离子液体制备和应用等.ppt

第第11章章 近代有机合成方法近代有机合成方法 1.近代有机合成方法是指在较广泛范围内应用的合成方法,如相转移催化反应、微波辐射有机合成、固相有机合成、无溶剂有机合成、声有机合成以及以离子液体为介质的其它有机合成等。这些方法一般来说，对于合成某一产物所用相应的经典方法，具有显著的优点：即提高反应效率，节约能源，提高反应的选择性，减少副反应，改善环境，更具有实用性，是相应的经典方法的补充和发展。2.相转移催化是上世纪70年代发展起来的一种有机反应新方法，近年来得到迅猛发展。它广泛地应用于有机合成、高分子聚合反应，并渗透到分析、造纸、印染、制革等领域，为制药工业和精细化工带来了可观的经济效益。11.1相相转转移催化反移催化反应应3.相相转转移催化移催化剂剂（phase transfer catalyst简简称称PTC）是能）是能够够使一些使一些负负离子离子（还还有一些正离子或中性分子）从一相有一些正离子或中性分子）从一相转转移到另一相的催化移到另一相的催化剂剂。相。相转转移催化移催化剂剂分三大分三大类类，即，即鎓盐鎓盐、聚、聚醚醚和高分子和高分子载载体。体。鎓盐鎓盐包括季包括季铵盐铵盐、季磷、季磷盐盐、季砷、季砷盐盐和叔硫和叔硫盐盐，而聚，而聚醚类醚类包括冠包括冠醚醚、穴、穴醚醚和开和开键键聚聚醚醚。季。季铵盐铵盐催化催化剂剂具有价格具有价格便宜，毒性小等便宜，毒性小等优优点，所以得到了广泛的点，所以得到了广泛的应应用。用。11.1相相转转移催化反移催化反应应11.1.1 相相转转移催化移催化剂剂4.11.1相相转转移催化反移催化反应应11.1.1 相相转转移催化移催化剂剂高分子高分子载载体催化体催化剂剂是一种不溶性的固体催化是一种不溶性的固体催化剂剂，亦称，亦称为为三相催化三相催化剂剂。用于。用于加速水加速水-有机两相体系反有机两相体系反应应。该该催化催化剂剂的高分子部分是有机硅的聚合体或苯的高分子部分是有机硅的聚合体或苯乙乙烯烯与与20的二乙的二乙烯烯基苯交基苯交联联的聚苯乙的聚苯乙烯烯，分子中，分子中10%的苯的苯环环被活性基被活性基聚代。活性基大致分聚代。活性基大致分为为三三类类：即：即鎓盐鎓盐型、冠型、冠醚醚型和共溶型和共溶剂剂型。型。5.11.1相相转转移催化反移催化反应应11.1.1 相相转转移催化移催化剂剂6.11.1相相转转移催化反移催化反应应11.1.2 相相转转移催化反移催化反应应原理原理 PTC的催化反应原理7.11.1相相转转移催化反移催化反应应11.1.2 相相转转移催化反移催化反应应原理原理 高分子PTC的催化反应原理8.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 1 1烃烃基化反基化反应应 9.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 1 1烃烃基化反基化反应应 10.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 1 1烃烃基化反基化反应应 11.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 2 2消去反消去反应应 12.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 2 2消去反消去反应应 13.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 2 2消去反消去反应应 14.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 3 3氧化氧化还还原反原反应应 相相转转移催化用于氧化移催化用于氧化还还原反原反应应，能，能够够加速反加速反应进应进行，增加反行，增加反应应的的选择选择性，性，显显示了一些独特的作用。常用的氧化示了一些独特的作用。常用的氧化剂剂和和还还原原剂剂多多为为无无机物，如机物，如KMnO4、K2Cr2O7、NaOCl、H2O2、NaBH4等。它等。它们们都都是水溶性的，在有机溶是水溶性的，在有机溶剂剂中的溶解度很小，因此将无机氧化中的溶解度很小，因此将无机氧化剂剂的水的水溶液加入有机物中溶液加入有机物中进进行氧化，行氧化，结结果一般不理想，有的甚至几乎没有果一般不理想，有的甚至几乎没有反反应发应发生。在相生。在相转转移催化下，移催化下，这这些氧化些氧化剂剂可以借助于催化可以借助于催化剂转剂转移到移到有机相中使氧化有机相中使氧化还还原反原反应应在温和条件下在温和条件下进进行，得到高行，得到高产产率的率的产产物。物。15.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 3 3氧化氧化还还原反原反应应16.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 3 3氧化氧化还还原反原反应应17.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 3 3氧化氧化还还原反原反应应18.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 4加成和加成和缩缩合合 式中R1=烷基，芳基；R2=R3=H，烷基，芳基；X=Cl,Br,I。19.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 4加成和加成和缩缩合合 20.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 5 5羰羰基化反基化反应应 21.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 5 5羰羰基化反基化反应应 22.11.1相相转转移催化反移催化反应应1113 相相转转移催化在有机合成中的移催化在有机合成中的应应用用 6 6聚合反聚合反应应23.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 微波的微波的频频率大致在率大致在300MHz-300GHz,即波即波长长在在100cm至至1mm(100cm-0.1cm)范范围围内的内的电电磁波。它位于磁波。它位于电电磁波磁波谱谱的的红红外外辐辐射（光波）和无射（光波）和无线电线电波之波之间间。因而只能。因而只能激激发发分子的分子的转动转动能能级跃级跃迁。迁。微波微波应应用于合成化学始于用于合成化学始于1986年年Gedye等等对对微波炉内微波炉内进进行行酯酯化、水解、氧化化、水解、氧化和和亲亲核取代反核取代反应应及及Giguere等等对对蒽和蒽和马马来酸二甲来酸二甲酯酯的的Diels-Alder环环加成反加成反应应的研的研究。短短十几年究。短短十几年时间时间，微波促，微波促进进反反应应的研究已的研究已发发展成展成为为一一门门引人注目的全新引人注目的全新领领域域MORE化学。（化学。（Microwave-Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry）微波作用下的反微波作用下的反应应速度比速度比传统传统的加的加热热方法快数倍甚至上千倍，具有操作方便、方法快数倍甚至上千倍，具有操作方便、产产率高及率高及产产品易品易纯纯化等化等优优点，因此微波有机合成几乎涉及所有点，因此微波有机合成几乎涉及所有类类型的有机化学反型的有机化学反应应。目前，微波有机合成化学的研究主要集中在三方面：第一，微波有机合成反。目前，微波有机合成化学的研究主要集中在三方面：第一，微波有机合成反应应技技术术的的进进一步完善和新技一步完善和新技术术的建立；第二，微波在有机合成中的的建立；第二，微波在有机合成中的应应用及反用及反应规应规律；第三，微波化学理律；第三，微波化学理论论的系的系统统研究。研究。24.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用1.1.酯酯化反化反应应25.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用1.1.酯酯化反化反应应26.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用2Diels-Alder反反应应27.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用3 3重排反重排反应应1 1）ClaisenClaisen重排重排2 2）PinacolPinacol重排重排表7-2 金属离子对Pinacol反应的影响Mn+Na+Ca2+Cu2+La3+Cr3+Al3+MWI产率（）382394949899常规产率（）5230809998注：微波450W辐射15min，常规加热100，反应15h28.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用3 3重排反重排反应应3)3)炔丙基醇重排反炔丙基醇重排反应应4 4）FriesFries重排重排29.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用4.Perkin4.Perkin反反应应 5.Knoevenagel5.Knoevenagel反反应应 30.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用6.6.苯偶姻苯偶姻缩缩合合 7.Wittig7.Wittig反反应应 8.O-8.O-烃烃基化反基化反应应 31.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用9.N-9.N-烷烷基化基化 10.C-10.C-烷烷基化反基化反应应 32.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用11.11.水解反水解反应应 12.12.消去反消去反应应 33.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用13.13.加成反加成反应应 X X：Me,Br,Cl,IMe,Br,Cl,I等等X X：Cl,Br,EtOCl,Br,EtO等等 34.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.1 微波微波辐辐射在有机合成中的射在有机合成中的应应用用14.14.取代反取代反应应 15.15.成成环环反反应应 35.11.2 微波微波辐辐射有机合成射有机合成 11.2.2 微波促微波促进进化学反化学反应应机理机理 关于微波能加速有机反关于微波能加速有机反应应的原因，目前学的原因，目前学术术界有两种不同的学界有两种不同的学术观术观点：点：一种一种观观点点认为认为，虽虽然微波是一种内加然微波是一种内加热热，具有加，具有加热热速度快、加速度快、加热热均匀、无均匀、无速度梯度、无滞后效速度梯度、无滞后效应应等特点，但微波等特点，但微波应应用于化学反用于化学反应仅仅应仅仅是一种加是一种加热热方式，方式，与与传统传统的加的加热热方式一方式一样样，对对某个特定的反某个特定的反应应而言，在反而言，在反应应物、催化物、催化剂剂、产产物不物不变变的情况下，的情况下，该该反反应动应动力学不力学不变变，与加，与加热热方式无关。他方式无关。他们认为们认为，微波用于化学，微波用于化学反反应应的的频频率率245MHz245MHz属于非属于非电电离离辐辐射，在与分子的化学射，在与分子的化学键发键发生共振生共振时时不可能引起不可能引起化学化学键键断裂，也不能使分子激断裂，也不能使分子激发发到更高的到更高的转动转动或振或振动动能能级级，微波，微波对对化学反化学反应应的的加速主要加速主要归结为对归结为对极性有机物的极性有机物的选择选择加加热热，即微波的致，即微波的致热热效效应应。另一种另一种观观点点认为认为，微波，微波对对化学反化学反应应的作用是非常复的作用是非常复杂杂的，一方面是反的，一方面是反应应物物分子吸收了微波能量，提高了分子运分子吸收了微波能量，提高了分子运动动速度，致使分子运速度，致使分子运动杂动杂乱无章，乱无章，导导致致熵熵增加；另一方面微波增加；另一方面微波对对极性分子的作用，迫使其按照极性分子的作用，迫使其按照电电磁磁场场作用方式运作用方式运动动，每，每秒秒变变化化2.451092.45109次，次，导导致了致了熵熵的减小，因此微波的减小，因此微波对对化学反化学反应应的机理是不能的机理是不能仅仅用微波致用微波致热热效效应应描述的。微波除了具有描述的。微波除了具有热热效效应应外，外，还还存在一种不是由温度引起存在一种不是由温度引起的非的非热热效效应应。微波作用下的有机反。微波作用下的有机反应应，改，改变变了反了反应动应动力学，降低了反力学，降低了反应应活化能。活化能。他他们认为们认为微波存在非微波存在非热热效效应应，并在反，并在反应应中起作用。中起作用。36.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 所所谓谓固相合成法（固相合成法（Solid-phase SynthesisSolid-phase Synthesis）就是把底物或催）就是把底物或催化化剂锚剂锚合在某种固相合在某种固相载载体上再与其它体上再与其它试剂试剂反反应应，生成的化合物，生成的化合物连连同同载载体体过虑过虑、淋洗与、淋洗与试剂试剂、副、副产产物分离，物分离，这这一一过过程可以重复多次以制程可以重复多次以制备备具有多个重复具有多个重复单单元或不同元或不同单单元的复元的复杂杂化合物，最后将最化合物，最后将最终产终产物从物从载载体上解脱下来。体上解脱下来。固相合成所用的固相合成所用的载载体，一般是由体，一般是由1%2%1%2%的二乙的二乙烯烯基苯和苯乙基苯和苯乙烯烯共聚生成的低交共聚生成的低交联联度的聚苯乙度的聚苯乙烯树烯树脂，在脂，在树树脂的苯脂的苯环环上引入上引入氯氯甲基、甲基、氨基、氨基、羟羟基等以便与底物基等以便与底物结结合。合。37.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 1 1多多肽肽固相合成固相合成38.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 1 1多多肽肽固相合成固相合成39.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成40.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成41.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成42.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成R=n-Bu,i-Bu,i-Pr,Bn,p-MeOBn,Ph,et al.总收率60%90%43.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成44.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.1固相合成法固相合成法 2 2固相一般有机合成固相一般有机合成反反应应条件：条件：(a)RCOCl,Py/DMF;(a)RCOCl,Py/DMF;(b)NaH/DMF,EI+(b)NaH/DMF,EI+(亲电试剂亲电试剂)组组分分;(c)RNCO/DMF;(c)RNCO/DMF;(d)MeI/THF;(e)5%TFA/CH2Cl2(d)MeI/THF;(e)5%TFA/CH2Cl2重氮重氮盐盐型无痕迹合成型无痕迹合成:无痕迹无痕迹（tracelesstraceless）LinKerLinKer的定的定义义是：裂解后在是：裂解后在产产物分子的裂解物分子的裂解位置上只有位置上只有C-HC-H键键、C-CC-C键键或或C-C-X X键键生成，没有生成，没有LinKerLinKer中含中含杂杂原子的原子的结结构留在构留在产产物物结结构中。构中。45.11.3 固相合成法和固相合成法和组组合合成合合成11.3.2 组组合合成法合合成法 组组合化学的方法有合化学的方法有许许多种，按照反多种，按照反应应的不同，可以分的不同，可以分为为液相中的液相中的组组合合合成法和固相中的合成法和固相中的组组合合成法。合合成法。组组合化学（合化学（Combinatorial ChemistryCombinatorial Chemistry）又称）又称组组合合成，是一种合成合合成，是一种合成大量化合物策略的一种方法，可以定大量化合物策略的一种方法，可以定义为义为平行、系平行、系统统、反复地共价、反复地共价连连接不接不同同结结构的构的“构建构建单单元元”（building blocksbuilding blocks）,迅速得到大量化合物，以迅速得到大量化合物，以进进行高通量行高通量筛选筛选的一种策略与方法。的一种策略与方法。组组合合成速度的合合成速度的实现实现在于摒弃了在于摒弃了许许多在合成中被固守的多在合成中被固守的规则规则，即把所有，即把所有化合物和中化合物和中间间体完全体完全纯纯化与表征的化与表征的规则规则，取而代之的是使用可靠的化学反，取而代之的是使用可靠的化学反应应以及以及简单简单而有效的而有效的纯纯化方法。在化方法。在传统传统的化学中，化合物被的化学中，化合物被单单独制独制备备，在，在组组合化学中，起始原料范合化学中，起始原料范围围内所有内所有产产物都有制物都有制备备的潜在机会，的潜在机会，传统传统化学与化学与组组合化学合化学对对比可以用下比可以用下图图表示：表示：46.11.4 其它合成方法其它合成方法11.4.1 无溶无溶剂剂反反应应 无溶无溶剂剂反反应应包括作用物在包括作用物在负载负载混合物存在下混合物存在下进进行的反行的反应应和和作用物不作用物不须负载须负载混合物直接混合物直接进进行的反行的反应应。它。它们们又称干反又称干反应应。前者通常以无机固体如三氧化二前者通常以无机固体如三氧化二铝铝、硅胶等、硅胶等为为介介质质，只需，只需把把负载负载混合物于适当温度下放置，混合物于适当温度下放置，间间或振或振动动即可，操作十分即可，操作十分简简便。后者把固体作用物（固便。后者把固体作用物（固-液作用物）在液作用物）在玛玛瑙乳瑙乳钵钵中研磨或在中研磨或在反反应应瓶中加瓶中加热热即可，操作也很方便。即可，操作也很方便。产产物均可用溶物均可用溶剂剂萃取或用萃取或用柱柱层层析分离，后析分离，后处处理亦很方便。理亦很方便。47.11.4 其它合成方法其它合成方法11.4.1 无溶无溶剂剂反反应应 1 1烷烷基化反基化反应应1 1）C-C-烷烷基化基化 4 5 6表7-3 乙酰乙酸乙酯烷基化产物分布烃烃化化试剂试剂456收率(%)Et2SO42%96%2%76%EtBr1%97%2%53%EtI85/15。离子液。离子液体可循体可循环环使用。使用。7）Diels-Alder反应64.11.4 其它合成方法其它合成方法11.4.3 离子液体离子液体4离子液体在有机合成中的应用8）加成反应65.