相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用

第二章精細(xì)有機(jī)合成工藝學(xué)基礎(chǔ)1相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!相轉(zhuǎn)移催化劑及在有機(jī)合成中的應(yīng)用

2相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、相轉(zhuǎn)移催化簡史1965~1975年迅速發(fā)展的一個(gè)新的化學(xué)領(lǐng)域。1913年首次報(bào)道了下面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：回流2周無反應(yīng)1.8小時(shí)99%3相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!

后來，三個(gè)研究小組的奠基性工作，使相轉(zhuǎn)移催化快速發(fā)展。（1）波蘭：M.Makosza堿水溶液中O、N烷基化反應(yīng)，1965年∶CCl2的制備及研究成果，1969年（2）瑞典：A.Br?ndstr?n季銨鹽在非極性介質(zhì)中的反應(yīng)（性質(zhì)、應(yīng)用）（3）美國：C.M.Starks

1971年提出“PTC”名稱，并在專利中使用。還提出“PTC”作用原理，使“PTC”迅速發(fā)展。4相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2、相轉(zhuǎn)移催化機(jī)理中性條件下，液—液PTC機(jī)理：有機(jī)相水相5相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!三、相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)的特點(diǎn)1、都包含互不相溶的兩相有機(jī)相：液體有機(jī)物或有機(jī)溶液無機(jī)相：酸、堿、鹽水溶液或其固體

有機(jī)反應(yīng)是通過分子碰撞完成的，劇烈攪拌效果較差，且易乳化。6相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!2、使用PTC優(yōu)點(diǎn)（1）替代昂貴非質(zhì)子溶劑（2）反應(yīng)速度快，溫度低（3）操作簡便（4）改善反應(yīng)選擇性，提高產(chǎn)率7相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!（二）PTC分類1、翁鹽類（1）優(yōu)缺點(diǎn)8相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!優(yōu)點(diǎn)2：R中含有特殊官能團(tuán)時(shí)，效果更好。如：OH-

水化作用強(qiáng)，不易進(jìn)入有機(jī)相，若R中含有基團(tuán)能與OH作用，則萃取能力大增。

β-OH易與OH-形成氫鍵，使難萃取的OH-進(jìn)入有機(jī)相。缺點(diǎn)：R4NX穩(wěn)定性較R4PX差，但R4PX較貴。9相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!2、大環(huán)多醚類（冠醚、穴醚等）（1）冠醚、穴醚PTC穴醚[2.2.2]10相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!18-C-6與鉀離子的作用圖示11相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!（3）冠醚作為PTC的特點(diǎn)

Ⅰ.易與無機(jī)鹽離子絡(luò)和，促使固體反應(yīng)物進(jìn)入有機(jī)相，實(shí)現(xiàn)S-LPTC。Ⅱ.常為中性配體，不引入其它負(fù)離子。Ⅲ.優(yōu)良的配位能力及配位選擇性。Ⅳ.較昂貴，制備困難，有毒性如：KMnO4不溶于苯，加入18C6攪拌后，苯層變?yōu)樽仙?2相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!（2）章魚狀化合物

1974年首次合成，六取代苯衍生物，形似章魚。水溶性油狀物，對(duì)陽離子有極強(qiáng)配位能力，萃取能力比相應(yīng)冠醚溶液更強(qiáng)。臂短或少時(shí)，萃取能力降低。OctopusmoleculesorOctopuspounds13相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!4、三相催化劑

Triphasetransfercatalyst聚合物支載的相轉(zhuǎn)移催化劑Polymer–supportedPTC問題：以上三類PTC的共同缺點(diǎn)是反應(yīng)完后PTC的回收不易！解決辦法：若將PTC聯(lián)接到聚合物載體上，將具有保存、分離、回收方便等優(yōu)點(diǎn)！

1975年，S.L.Regen首次報(bào)道了支載的三烷基芐銨鹽的應(yīng)用，提出“三相催化劑”這一術(shù)語。14相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂：氯型氫氧型載體有機(jī)載體：高分子聚合物無機(jī)載體：硅膠、氧化鋁等15相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!16相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!（3）負(fù)載PTC應(yīng)用實(shí)例95%94%97%99%51%同上同上同上17相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!催化劑相對(duì)反應(yīng)速度12.2×10-47.0×10-12.2×10-23.9×10-25.05.518相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!2、溶劑的影響

溶劑的性質(zhì)對(duì)催化劑在水相和有機(jī)相的分配關(guān)系影響很大！常用溶劑有機(jī)溶劑：苯、甲苯、簡單烷烴、鹵代烴、極性非質(zhì)子溶劑等無機(jī)溶劑：水

一般不用極性質(zhì)子溶劑，由于負(fù)離子被溶劑化，活性低。

有機(jī)物本身為液體則不用溶劑，所選溶劑應(yīng)能溶解反應(yīng)物之一。19相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!六、相轉(zhuǎn)移催化法在有機(jī)合成中的應(yīng)用（一）不用堿的相轉(zhuǎn)移催化取代反應(yīng)通式：Y：1、鹵代烷的制備（RI、RF）（1）RI的制備20相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!（3）長鏈醇制長鏈鹵代烷R≤C4~C6R：C6~C16＞90%2、腈的制備不同RX的反應(yīng)速度：1°RX＞2°RXPTC：翁鹽、冠醚（18C6、15C5）21相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（2）4、其它取代反應(yīng)22相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!底物酸性與堿的選擇：（1）NaOH水溶液（50%~60%）/R4NX：使pKa為22~25的底物去質(zhì)子化。如：醛、酮、酯、腈的α-H，酸性N-H、ROH、ArOH、端炔氫等23相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!2、N-烷基化常見酸性N—H：亞胺類：酰亞胺：取代肼：腙：某些酰胺：磺酰胺：24相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!3、C-烷基化通式：R1、R2、R3中至少有一個(gè)為吸電基，如：-COOR、-CN、-C6H5、-COCH3等。PTC：n-Bu4NBr、n-Bu4NCl、n-Bu4NHSO4、18C6、DC18C6、穴醚等。25相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!5、消除反應(yīng)（三）氧化-還原反應(yīng)氧化：KMnO4,K2Cr2O7,NaOCl,HNO3,H2SO4,HClO4等均為水溶性物質(zhì)，加入PTC，提高氧化劑在油相中的濃度，增強(qiáng)氧化能力，降低反應(yīng)溫度。26相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!DMAPDMAP作為逆向相轉(zhuǎn)移催化劑的催化循環(huán)示意圖27相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!例：95%（2）杯芳烴60℃Ln(n=4,6,8)X=Cl,Br,IY=CN,SCN,IR=C7H15,PhCH2,C8H1728相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!29相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!（二）溫控相轉(zhuǎn)移催化——水/有機(jī)兩相催化新進(jìn)展大連理工大學(xué)金子林等首次1994年報(bào)道。1、問題的提出

均相絡(luò)合催化的核心問題是過渡金屬催化劑的分離及其循環(huán)使用。（1）將催化劑靜態(tài)固定在高分子或無機(jī)載體上的固載均相催化?！獰o法解決金屬的脫落流失問題。（2）采用水溶性膦配體，將均相催化劑動(dòng)態(tài)擔(dān)載在與產(chǎn)物互不相溶的水相而實(shí)現(xiàn)的水/有機(jī)兩相催化。優(yōu)點(diǎn)：催化劑活性高，選擇性好，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物易分離。缺點(diǎn)：反應(yīng)的進(jìn)行受底物水溶性的限制。30相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（3）將水溶性催化劑擔(dān)載在附于玻璃球腔孔的水膜上，構(gòu)成固載水相催化劑（SAPC）。載體的高比表面積為催化劑提供了足夠的反應(yīng)中心，使憎水底物以較快速率反應(yīng)。但SAPC對(duì)水量很敏感，反應(yīng)中水流失常常使催化劑失活。（4）以非離子表面活性膦為配體的“溫控相轉(zhuǎn)移催化”在這方面有重要進(jìn)展。2、非離子表面活性膦配體及溫控相轉(zhuǎn)移催化（1）非離子表面活性膦配體的特征

非離子表面活性膦配體是指分子結(jié)構(gòu)中含有以乙氧基鏈為親水基的有機(jī)膦化合物。31相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!其它非離子表面活性膦配體32相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!（2）“溫控相轉(zhuǎn)移催化”原理℃ThermoregulatedPhaseTransferCatalysis33相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!吸氫量30℃70℃30℃70℃30℃烯丙醇的催化加氫反應(yīng)過程示意圖問題：（1）加氫反應(yīng)在那一相中進(jìn)行？（2）催化劑與產(chǎn)物如何分離？34相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!觀察以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你能得出那些結(jié)論？35相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!二、相轉(zhuǎn)移催化作用原理1、定義（1971年，C.M.Starks提出）

當(dāng)兩種反應(yīng)物分別處于互不相溶的兩相中時(shí)，彼此不能反應(yīng)。加入第三種物質(zhì)后，由于它的作用，反應(yīng)得以迅速進(jìn)行。這種作用稱為相轉(zhuǎn)移催化作用，這種物質(zhì)稱為相轉(zhuǎn)移催化劑。PTC：phasetransfercatalysisPTC：phasetransfercatalystPTC包括液—液固—液，氣—液中性條件下的反應(yīng)堿性條件下的反應(yīng)36相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!或：有機(jī)相水相PTC：相轉(zhuǎn)移催化劑，具有“搬運(yùn)”離子的作用，“搬運(yùn)工”。問題：若反應(yīng)需在水相中進(jìn)行呢？“逆相相轉(zhuǎn)移催化劑”！37相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!使兩相反應(yīng)順利進(jìn)行的措施：（1）采用質(zhì)子溶劑（如醇）：陽離子被溶劑化，活性降低，副反應(yīng)增多。（2）采用極性非質(zhì)子溶劑（如DMSO、DMF等）：成本高，溶劑回收問題。（3）采用PTC：Q+Y-進(jìn)入有機(jī)相，Y-未被溶劑化，呈裸露態(tài)，活性高，選擇性好。38相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!四、相轉(zhuǎn)移催化劑（一）PTC性能要求1、能形成離子對(duì)：如Q+Y-Q+X-2、Q+要有一定的親脂性（親脂鏈要有一定長度）3、Q+中烷基R多為直鏈，位阻盡可能小些4、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能循環(huán)使用39相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!優(yōu)點(diǎn)1：R、X可調(diào)性大，PTC選擇范圍寬常用：R：一般為C2~C16之間的烷基，總碳數(shù)＞12或＞16一般總碳數(shù)：15~25之間較好（總碳數(shù)的多少，決定親脂性）40相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!（2）常用翁鹽PTC

41相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!（2）冠醚作為PTC的作用機(jī)制冠醚同金屬離子形成的“偽”正離子，與季銨鹽離子具有類似的作用，它可將負(fù)離子以離子對(duì)的形式帶入有機(jī)相，從而促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。42相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!18-C-6在不同介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)圖示43相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!3、開鏈多醚類（1）聚乙二醇類（PEG）如：PEG–600，PEG–800，PEG–400等。特點(diǎn)：價(jià)格便宜，易與金屬離子絡(luò)合。polyethyleneglycol44相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!RRRR45相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!（1）三相催化劑種類負(fù)載季銨鹽：負(fù)載化形成季銨鹽速寫為：46相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!負(fù)載季磷鹽：粒度：60~100目或100~200目負(fù)載冠醚：47相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!無機(jī)載體負(fù)載的PTC：（2）負(fù)載PTC的特點(diǎn)操作簡便，易自動(dòng)化、工業(yè)化PTC易回收、易分離，可循環(huán)使用，不污染環(huán)境產(chǎn)物易分離純化負(fù)載催化劑活性比未負(fù)載時(shí)低48相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!五、影響相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)的因素反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)試劑的性質(zhì)催化劑的種類反應(yīng)溶劑反應(yīng)溫度影響較大1、相轉(zhuǎn)移催化劑的影響（種類、結(jié)構(gòu)）49相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!一般規(guī)律：（1）PTC活性大致順序：冠醚＞磷鹽＞銨鹽且：DC18C6＞18C6＞DB18C6（2）較大烷基比較小烷基有效（3）四烷基對(duì)稱比僅含一個(gè)長鏈烷基者有效（總碳數(shù)相當(dāng)）（4）負(fù)離子一般選Cl,Br,HSO4，不選IR4NI易進(jìn)入有機(jī)相，對(duì)其它負(fù)離子的攜帶能力不強(qiáng)。PTC用量：液-液1~3%固-液~10%50相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!溶劑選擇原則：（1）有機(jī)物本身為液體，一般不用溶劑（2）若離子對(duì)有一定親水性，可選低級(jí)鹵代烷為溶劑（3）對(duì)正離子體積大，負(fù)離子親脂性差（如OH-），可選乙醚、石油醚、甲苯等低極性溶劑（4）極性非質(zhì)子溶劑效果好，但較貴，且一般沸點(diǎn)較高。51相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!（2）RF的制備X：Cl、Br100%100%100%52相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!3、酯的制備＜5%而：高產(chǎn)率PTC：翁鹽、冠醚、穴醚RCOO-進(jìn)入有機(jī)相，親核性增強(qiáng)！53相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!（二）有外加堿的相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)C、O、N的烷基化碳-碳叁鍵、雙鍵等的親核加成α、β、γ消除反應(yīng)水解反應(yīng)等

底物去質(zhì)子化后變?yōu)樨?fù)離子再參與反應(yīng)。54相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!（2）粉狀KOH或K2CO3或t-BuOK/冠醚或穴醚/適當(dāng)溶劑：使Ph2CH2、Ar3CH等更弱的酸性化合物去質(zhì)子化。pKa：31~35（3）NaNH2或KH等/冠醚或穴醚/THF：使(p-CH3C6H4)2CH2、NH3、CH2=CHCH3等去質(zhì)子化。1、O-烷基化（合成醚）＞80%醇、酚RX≠3°RX55相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!＞80%對(duì)比：56相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!4、加成和縮合反應(yīng)（1）乙炔親核加成（2）Michael加成（3）羥醛縮合、安息香縮合57相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!七、相轉(zhuǎn)移催化的近期發(fā)展（一）逆向相轉(zhuǎn)移催化作用1、逆向相轉(zhuǎn)移催化IPTC是Mathias1986年首次提出的。InveresPhaseTransferCtalysisIPTC58相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!（2）逆向相轉(zhuǎn)移催化劑（1）吡啶及其衍生物DMAPPNO59相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!（3）環(huán)糊精及其衍生物

環(huán)糊精（CD）是一種具有疏水性內(nèi)腔的盆狀化合物，其外沿有一定親水性。環(huán)糊精的疏水性內(nèi)腔能包含有機(jī)分子、無機(jī)分子及氣體分子，因此，環(huán)糊精能將不溶于水的有機(jī)分子帶入水相進(jìn)行反應(yīng)。60相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!61相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!水溶性膦配體改善底物水溶性的辦法：（1）加入共溶劑或PTC—分離有困難（2）采用兩性水溶性膦配體或分子中有長鏈烷基的水溶性膦配體。62相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!

金子林等首次提出并設(shè)計(jì)、合成的膦配體的典型結(jié)構(gòu)如下：63相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用共67頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!特征：不但具有水溶性，而且具有非離子表面活性劑的“濁點(diǎn)”。

以乙氧基鏈為親水