第10章-反應(yīng)型高分子課件

第十章反應(yīng)型高分子§10.1概論 §10.2高分子試劑 §10.3在高分子載體上的固相合成 §10.4高分子催化劑§10.5酶的固化及其應(yīng)用 §10.1概論分類：反應(yīng)型功能高分子材料包括高分子試劑和高分子催化劑。應(yīng)用：主要用于化學(xué)合成和化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)也利用其反應(yīng)活性制備化學(xué)敏感器和生物敏感器。10.1.1高分子試劑與催化劑的概念（1）高分子化學(xué)反應(yīng)試劑化學(xué)反應(yīng)試劑是一類自身的化學(xué)反應(yīng)性很強(qiáng)，能和特定的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。它直接參與合成反應(yīng)，并在反應(yīng)中消耗掉自身。舉例;常見的能形成碳-碳鍵的烷基化試劑——格氏試劑、能與化合物中羥基和氨基反應(yīng)形成酯和酰胺的?；噭┑染蛯儆诨瘜W(xué)試劑。小分子試劑經(jīng)過高分子化，在某些聚合物骨架上引入反應(yīng)活性基團(tuán)，得到的具有化學(xué)試劑功能的高分子化合物被稱為高分子化學(xué)反應(yīng)試劑。（2）高分子化學(xué)反應(yīng)催化劑催化劑是一類特殊物質(zhì)，它雖然參與化學(xué)反應(yīng)，但是其自身在反應(yīng)前后并沒有發(fā)生變化（雖然在反應(yīng)過程中有變化發(fā)生）。功能:能幾十倍、幾百倍地增加化學(xué)反應(yīng)速度；在化學(xué)反應(yīng)中起促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的作用。常用催化劑多為酸或堿性物質(zhì)（用于酸堿催化），或者為金屬或金屬絡(luò)合物。通過聚合、接枝等方法將小分子催化劑高分子化，使具有催化活性的化學(xué)結(jié)構(gòu)與高分子骨架相結(jié)合，得到具有催化活性的高分子材料稱為高分子化學(xué)反應(yīng)催化劑。10.1.2高分子化學(xué)試劑和高分子催化劑的應(yīng)用特點(diǎn)（1）簡(jiǎn)化操作過程。一般來說，經(jīng)過高分子化后可以得到的高分子反應(yīng)試劑和催化劑在反應(yīng)體系中僅能溶脹，而不能溶解；這樣在化學(xué)反應(yīng)完成之后，可以借助簡(jiǎn)單的過濾方法使之與小分子原料和產(chǎn)物相互分離；從而簡(jiǎn)化操作過程，提高產(chǎn)品純度。（2）有利于貴重試劑和催化劑的回收和再生。利用高分子反應(yīng)試劑和催化劑的可回收性和可再生性，可以將某些貴重的催化劑和反應(yīng)試劑高分子化后使用，以便于回收再用，達(dá)到降低成本和減少環(huán)境污染的目的。這一技術(shù)對(duì)開發(fā)貴金屬絡(luò)合催化劑和催化專一性極強(qiáng)的酶催化劑（固化酶），以及采用易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的試劑具有特別重大意義。高分子化優(yōu)點(diǎn)高分子化優(yōu)點(diǎn)（3）可以提高試劑的穩(wěn)定性和安全性。高分子骨架的引入可以增加某些不易處理和儲(chǔ)存試劑的穩(wěn)定性，增加安全性，如小分子過氧酸經(jīng)過高分子化后穩(wěn)定性大大增加。分子量增加后揮發(fā)性的減小，也在一定程度上減小易燃易爆試劑的安全性。揮發(fā)性減小還可以消除某些試劑的不良?xì)馕叮瑑艋ぷ鳝h(huán)境。（4）固相合成工藝可以提高化學(xué)反應(yīng)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度。利用高分子載體連接多官能團(tuán)反應(yīng)試劑（如氨基酸）的一端，使反應(yīng)只在試劑的另一端進(jìn)行，這樣可以實(shí)現(xiàn)定向連續(xù)合成。反應(yīng)產(chǎn)物連接在固體載體上不僅使之易于分離和純化，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)械化和自動(dòng)化。高分子化優(yōu)點(diǎn)（5）提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性。利用高分子載體的空間立體效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)“模板反應(yīng)（templatereaction）”。這種具有獨(dú)特空間結(jié)構(gòu)的高分子試劑，是利用了它的高分子效應(yīng)和微環(huán)境效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)立體選擇合成。在高分子骨架上引入特定光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以完成某些光學(xué)異構(gòu)體的合成和拆分。（6）可以提供在均相反應(yīng)條件下難以達(dá)到的反應(yīng)環(huán)境。將某些反應(yīng)活性結(jié)構(gòu)有一定間隔地連接在剛性高分子骨架上，使其相互之間難于接觸，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)有機(jī)反應(yīng)中難于達(dá)到的“無限稀釋”條件。這種利用高分子反應(yīng)試劑中官能團(tuán)相互間的難解近性和反應(yīng)活性中心之間的隔離性，可以避免在化學(xué)反應(yīng)中的試劑“自反應(yīng)”現(xiàn)象，從而避免或減少副反應(yīng)的發(fā)生。同時(shí)，將反應(yīng)活性中心置于高分子骨架上特定官能團(tuán)附近，可以利用其產(chǎn)生的鄰位協(xié)同效應(yīng)，加快反應(yīng)速度、提高產(chǎn)物收率和反應(yīng)的選擇性。高分子化缺點(diǎn)（1）增加試劑生產(chǎn)的成本。在試劑生產(chǎn)中高分子骨架的引入和高分子化過程都會(huì)使高分子化學(xué)試劑和催化劑的生產(chǎn)成本提高。比較復(fù)雜的制備工藝也是成本增加的因素之一。（2）降低化學(xué)反應(yīng)速度。由于高分子骨架的立體阻礙和多相反應(yīng)的特點(diǎn)，與相應(yīng)的小分子試劑相比，由高分子化學(xué)試劑進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速度一般比較慢。（3）有機(jī)高分子載體的耐熱性較差，在高溫下的反應(yīng)不適用?！?0.2高分子試劑

高分子試劑主要通過聚合物載體的功能化或小分子試劑的高分子化的方法來制備，除了必須保持原有試劑的反應(yīng)性能，不因高分子化而改變其反應(yīng)能力之外，同時(shí)還應(yīng)具有一些我們所期待的新的性能。高分子試劑參與的化學(xué)反應(yīng)路線

有高分子試劑參與的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程與一般化學(xué)反應(yīng)基本相同。高分子反應(yīng)試劑最重要的特征有兩點(diǎn)：一是可以簡(jiǎn)化分離過程（一般經(jīng)過簡(jiǎn)單過濾即可）；二是高分子試劑可以回收，經(jīng)再生重新使用。10.2.1高分子氧化還原試劑在化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物之間有電子轉(zhuǎn)移過程發(fā)生，這種反應(yīng)前后反應(yīng)物中某些原子價(jià)態(tài)發(fā)生變化的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)。其中主反應(yīng)物失去電子的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，主反應(yīng)物得到電子的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。能促使并參與氧化反應(yīng)發(fā)生的試劑稱為氧化反應(yīng)試劑（在反應(yīng)中自身被還原），能促使還原反應(yīng)發(fā)生的試劑稱為還原反應(yīng)試劑（在反應(yīng)中自身被氧化）。還有一些試劑在不同的場(chǎng)合既可以作為氧化反應(yīng)試劑，也可以作為還原反應(yīng)試劑，具體反應(yīng)依反應(yīng)對(duì)象不同，電子的轉(zhuǎn)移方向也不同；這種既可以進(jìn)行氧化反應(yīng)，也可以進(jìn)行還原反應(yīng)的試劑稱為氧化還原試劑。經(jīng)高分子化的這三類試劑分別構(gòu)成高分子氧化試劑，高分子還原試劑和高分子氧化還原試劑。10.2.1.1氧化還原型高分子試劑

這是一類既有氧化作用，又有還原功能，自身具有可逆氧化還原特性的一類高分子化學(xué)反應(yīng)試劑。特點(diǎn):能夠在不同情況下表現(xiàn)出不同反應(yīng)活性。經(jīng)過氧化或還原反應(yīng)后，試劑易于根據(jù)其氧化還原反應(yīng)的可逆性將試劑再生使用。醌型高分子試劑硫醇型高分子試劑吡啶型高分子試劑二茂鐵型高分子試劑多核芳香雜環(huán)型高分子試劑

（1）氧化還原型高分子反應(yīng)試劑的制備方法一是從合成具有氧化還原活性的單體出發(fā)，首先制備含有氧化還原活性中心結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有可聚合基團(tuán)的活性單體；再利用聚合反應(yīng)將單體制備成高分子反應(yīng)試劑。二是以某種商品聚合物為載體，利用特定化學(xué)反應(yīng)，將具有氧化還原反應(yīng)活性中心結(jié)構(gòu)的小分子試劑接枝到聚合物骨架上，構(gòu)成具有同樣氧化還原反應(yīng)活性的高分子反應(yīng)試劑。

前一種方法得到的試劑其氧化還原活性中心在整個(gè)聚合物中分布均勻，活性中心的密度較大，但是形成的高分子試劑的機(jī)械強(qiáng)度受聚合單體的影響較大，難以得到保障。用后一種方法得到的高分子試劑其氧化還原活性中心一般主要分布在聚合物表面和淺層，活性點(diǎn)擔(dān)載量較小，試劑的使用壽命受到一定的限制，但是其機(jī)械強(qiáng)度受活性中心的影響不大。（a）醌型氧化還原高分子反應(yīng)試劑的合成路線醌型氧化還原高分子反應(yīng)試劑的制備過程是以溴取代的二氫醌為起始原料，經(jīng)與乙基乙烯基醚反應(yīng)，對(duì)酚羥基進(jìn)行保護(hù)，形成酚醚。再在強(qiáng)堿正丁基鋰作用下，在溴取代位置形成正碳離子；正碳離子與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到羥乙基取代物；羥乙基在堿性溶液中發(fā)生脫水反應(yīng)，得到可聚合基團(tuán)——乙烯基；再經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚乙烯類高分子骨架。脫去保護(hù)基團(tuán)便取得具有與常規(guī)醌型氧化還原試劑同樣性能的高分子反應(yīng)試劑。制備醌型氧化還原試劑的注意點(diǎn)①為了保證試劑的良好穩(wěn)定性，苯環(huán)上的氫原子應(yīng)由其他原子或基團(tuán)所取代。當(dāng)苯環(huán)上有未被取代的氫原子，試劑處在醌型氧化態(tài)時(shí)，易于受自由基的攻擊，引起交聯(lián)反應(yīng)，從而降低高分子試劑氧化還原反應(yīng)的可逆性。②生成的聚合物中，氧化還原中心之間若能被有效的分隔開，減少相互間的作用，可以降低其氧化還原半波電位的范圍（寬度），從而提高試劑的反應(yīng)選擇性。這可以通過在聚合反應(yīng)中加入適量其他單體，進(jìn)行共聚來實(shí)現(xiàn)。③為了改變?cè)噭┑倪x擇性（即氧化還原電位），可以通過改變苯環(huán)上的取代基來達(dá)到目的，因?yàn)槿〈碾娯?fù)性或空間構(gòu)型可以改變醌型試劑得失電子的難易，從而改變其氧化還原電位。④制備具有低交聯(lián)度的大網(wǎng)絡(luò)型、高孔隙度的高分子反應(yīng)試劑，增大試劑的比表面積和通透性，有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。這一目的可以通過控制交聯(lián)劑的加入量來實(shí)現(xiàn)。⑤生成的高分子試劑在反應(yīng)體系中最好應(yīng)具有良好的可潤(rùn)濕性和可溶脹性，使其有利于反應(yīng)的進(jìn)行。在聚合物結(jié)構(gòu)中引入磺酸基或季銨鹽基團(tuán)可以提高生成聚合物的可潤(rùn)濕性。b）硫醇型氧化還原高分子反應(yīng)試劑的制備以聚氯甲基苯乙烯為原料，與硫氫酸鈉發(fā)生親核取代反應(yīng)，直接生成含有硫醇基團(tuán)的聚苯乙烯聚合物。首先合成含有巰基的可聚合單體，對(duì)巰基苯乙烯，用乙?；磻?yīng)來保護(hù)巰基，再以此為原料，以雙偶氮異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，引發(fā)聚合反應(yīng)制備聚合物，經(jīng)水解脫保護(hù)后得到硫酚類高分子試劑。（c）吡啶類氧化還原型高分子試劑—聚合型煙酰胺的制備

以對(duì)氯甲基苯乙烯為起始原料，與芐基氯與煙酰胺上的芳香氮原子直接反應(yīng)，生成帶有吡啶反應(yīng)活性基團(tuán)的單體。這種活性單體可以通過多種聚合反應(yīng)生成高分子反應(yīng)試劑。（c）吡啶類氧化還原型高分子試劑—聚合型煙酰胺的制備

含有聯(lián)吡啶結(jié)構(gòu)的高分子氧化還原試劑還可以通過引入吡咯基團(tuán)后，再進(jìn)行電氧化聚合反應(yīng)制備，得到的高分子試劑直接附著在電極表面。（d）聚合型二茂鐵試劑的合成路線

二茂鐵類高分子反應(yīng)試劑的制備可以先從合成乙烯基二茂鐵入手，再經(jīng)乙烯基的聚合反應(yīng)生成具有聚乙烯骨架的高分子試劑。或者由聚苯乙烯重氮鹽與二茂鐵直接反應(yīng)，生成有聚苯乙烯結(jié)構(gòu)骨架的聚合二茂鐵試劑。也有人將二茂鐵試劑與正丁基鋰強(qiáng)堿作用，奪取環(huán)茂基上的一個(gè)氫原子，直接交聯(lián)生成聚合型二茂鐵試劑。（e）聚合型多核雜芳類化學(xué)反應(yīng)試劑—聚吩噻嗪的合成

以上介紹的類似的方法適用于多核芳雜環(huán)氧化還原型試劑的合成。如聚合型的吩噻嗪試劑就是由對(duì)氯甲基苯乙烯聚合物為原料，與先期制備的二胺基吩噻嗪反應(yīng)制得的。（2）高分子氧化還原型化學(xué)反應(yīng)試劑的應(yīng)用醌型高分子化學(xué)反應(yīng)試劑在不同條件下可以使不同有機(jī)化合物氧化脫氫，生成不飽和鍵。醌型高分子試劑在工業(yè)上更重要的應(yīng)用是與二氯化鈀催化劑組成一個(gè)反應(yīng)體系，連續(xù)以廉價(jià)石油工業(yè)原料乙烯制取在化工上具有重要意義的乙醛。反應(yīng)過后在氧氣參與下，高分子試劑可以通過氧化反應(yīng)再生。類似的醌型高分子氧化還原反應(yīng)試劑還可以與碳酸鈉和氫氧化鈉配成水溶液，將通入的硫化氫氣體氧化成固體硫磺，從而在環(huán)保方面得到應(yīng)用。其它，如作為細(xì)菌培養(yǎng)時(shí)的氧氣吸收劑，化學(xué)品儲(chǔ)存和化學(xué)反應(yīng)中的阻聚劑，彩色照相中使用的還原劑，以及氧化還原試紙等。高分子醌試劑在合成反應(yīng)中的應(yīng)用⑴⑵

（3）⑷

硫醇類高分子試劑的應(yīng)用

可以有效地使二硫化物和蛋白質(zhì)的—S—S—鍵斷裂，還原成巰基，而高分子試劑中的巰基則轉(zhuǎn)變?yōu)椤猄—S—基團(tuán)。煙酰胺的應(yīng)用煙酰胺是乙醇脫氫酶（ADH）輔酶（NDA）的活性結(jié)構(gòu)中心，其在生命過程中的氧化還原反應(yīng)中起著重要作用。其氧化還原反應(yīng)是二電子型的，反應(yīng)機(jī)理如下式所示。二茂鐵高分子試劑的應(yīng)用

二茂鐵高分子試劑可以與四價(jià)砷，對(duì)苯醌和稀硝酸等發(fā)生反應(yīng)，可逆地被氧化成三價(jià)的二茂鐵離子。這種鐵離子可以再被三價(jià)鈦或抗壞血酸所還原。伴隨著氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，高分子試劑的顏色也隨之發(fā)生變化。10.2.1.2高分子氧化試劑

氧化劑的高分子化是在保持試劑活性的前提下，通過高分子化提高分子量，減低試劑的揮發(fā)性和敏感度，增加其物理和化學(xué)穩(wěn)定性。聚苯乙烯過氧酸的制備過程以聚合好的聚苯乙烯樹脂為原料，與乙酰氯發(fā)生芳香親電取代反應(yīng)生成聚乙酰苯乙烯；然后在酸性條件下經(jīng)與無機(jī)氧化劑（高錳酸鉀或鉻酸）反應(yīng)，乙酰基上的羰基被氧化，得到苯環(huán)帶有羰基的聚苯乙烯氧化劑中間體。最后在甲基磺酸的參與下，與70%雙氧水反應(yīng)生成過氧鍵，得到聚苯乙烯型高分子氧化試劑。高分子過氧酸的特點(diǎn)低分子過氧酸極不穩(wěn)定，在使用和儲(chǔ)存的過程中容易發(fā)生爆炸或燃燒。如用上法合成的高分子過氧酸，穩(wěn)定性好，不會(huì)爆炸，在20℃以下可以保存70天，-20℃時(shí)可以保持7個(gè)月無顯著變化。高分子過氧酸可以使烯烴氧化成環(huán)氧化合物（采用芳香骨架型過氧酸）或鄰二羥基化合物。

聚對(duì)氯苯乙烯型高分子硒試劑

的制備過程以對(duì)氯苯乙烯為原料，依次與格式試劑和硒反應(yīng)，經(jīng)酸性水解生成含硒的苯乙烯單體，再經(jīng)聚合反應(yīng)（AIBN引發(fā)）得到還原型高分子有機(jī)硒試劑。此試劑再經(jīng)氧化過程即可得到選擇性很好的高分子硒氧化試劑。這種試劑也可以以聚對(duì)溴苯乙烯為原料，與苯基硒化鈉反應(yīng)，經(jīng)氧化后得到。10.2.1.3高分子還原試劑

高分子還原反應(yīng)試劑是一類主要以小分子還原劑（包括無機(jī)試劑和有機(jī)試劑），經(jīng)高分子化之后得到的仍保持有還原特性的高分子試劑。如同前兩種高分子反應(yīng)試劑一樣，這種高分子也具有同類型低分子試劑所不具備的諸如穩(wěn)定性好、選擇性高、可再生性等一些優(yōu)點(diǎn)。（1）高分子還原試劑的合成方法

以聚苯乙烯為原料，經(jīng)與鋰試劑（正丁基鋰）反應(yīng)，生成聚苯乙烯的金屬鋰化合物；再經(jīng)格氏化反應(yīng)，將丁基二氯化錫基團(tuán)接于苯環(huán)，最后與氫化鋁鋰還原劑反應(yīng)，得到高分子化的硒還原試劑。高分子錫還原試劑聚苯乙烯磺酰肼

以聚苯乙烯為原料，經(jīng)磺?；磻?yīng)得到對(duì)磺酰氯苯乙烯中間產(chǎn)物；再與肼反應(yīng)，得到有良好還原反應(yīng)特性的磺酰肼高分子試劑。（2）高分子還原試劑的特點(diǎn)和應(yīng)用

高分子錫還原試劑可以將苯甲醛、苯甲酮和叔丁基苯甲酮等鄰位具有能穩(wěn)定正碳離子基團(tuán)的含羰基化合物還原成相應(yīng)的醇類化合物，并具有良好的反應(yīng)收率。特別是對(duì)此類化合物中的二元醛有良好的單官能團(tuán)還原選擇性。表10-1高分子氧化還原試劑和主要用途高分子試劑結(jié)構(gòu)試劑主要用途高分子試劑結(jié)構(gòu)試劑主要用途將羰基化合物還原成醇還原酮還原羰基化合物還原羰基化合物，選擇性還原二醛還原酮扁桃酸酯脫氫氧化2，6-二甲基苯酚氧化各種芳香和飽和多元醇氧化醇氧化醇和硫醚還原酮氧化鹵代烴和甲苯磺酸酯成羰基化合物醌還原成對(duì)二羥基苯還原酰鹵成醛10.2.2高分子鹵代試劑鹵化反應(yīng)是有機(jī)合成和石油化工中常見反應(yīng)之一，包括鹵元素的取代反應(yīng)和加成反應(yīng)，用于該類反應(yīng)的化學(xué)試劑稱為鹵代試劑。在這類反應(yīng)中，要求鹵代試劑能夠?qū)Ⅺu素原子按照一定要求有選擇性地轉(zhuǎn)遞給反應(yīng)物的特定部位。其重要的反應(yīng)產(chǎn)物為鹵代烴，是重要的化工原料和反應(yīng)中間體，常用的鹵化試劑揮發(fā)性和腐蝕性較強(qiáng)，容易惡化工作環(huán)境并腐蝕設(shè)備。高分子化后的鹵代試劑除了克服上述缺點(diǎn)之外，還可以簡(jiǎn)化反應(yīng)過程和分離步驟。常見高分子鹵代試劑：二鹵化磷型、N-鹵代酰亞胺型、三價(jià)碘型三種類型。（1）高分子鹵代試劑的合成方法以對(duì)溴苯乙烯為起始物，經(jīng)聚合反應(yīng)生成帶有溴苯結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯聚合物；在強(qiáng)堿正丁基鋰的輔助作用下，在溴原子取代位置與二苯基氯化磷發(fā)生取代反應(yīng)，生成高分子鹵化試劑的前體—三苯基磷聚合物。這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物與某些金屬反應(yīng)生成的絡(luò)合物是一種優(yōu)良的高分子催化劑。三苯基磷聚合物再與過氧酸反應(yīng)，生成的含有羰基的五價(jià)磷化合物與光氣反應(yīng)，即可得到高分子氯代試劑——三苯基二氯化磷聚合物。含有三苯基二氯化磷結(jié)構(gòu)的高分子作為鹵代試劑N-鹵代酰亞胺N-鹵代酰亞胺是一種優(yōu)良的鹵代試劑，特別是在溴代和碘代反應(yīng)中應(yīng)用較多，其中溴代試劑簡(jiǎn)稱NBS。三價(jià)碘高分子鹵代試劑（2）高分子鹵代試劑的特點(diǎn)和應(yīng)用

很多鹵代產(chǎn)物是重要的化工產(chǎn)品，如氟利昂制冷劑和六氯苯農(nóng)藥等。但是更多的應(yīng)用是作為化學(xué)反應(yīng)中間體和化學(xué)反應(yīng)試劑，在制藥工業(yè)和精細(xì)化工工業(yè)中使用廣泛。高分子化的NBS的應(yīng)用在溴元素的取代或加成反應(yīng)中經(jīng)常用到N-溴代酰亞胺(NBS)反應(yīng)試劑，該試劑在反應(yīng)過程中產(chǎn)生鹵化氫氣體，因而保護(hù)了環(huán)境；反應(yīng)后溶液的酸度亦不發(fā)生變化，反應(yīng)易于進(jìn)行到底。高分子化的NBS不僅可以對(duì)羥基等基團(tuán)進(jìn)行溴代反應(yīng)，而且對(duì)其他活潑氫也可以進(jìn)行溴代反應(yīng)。高分子化的NBS的應(yīng)用

對(duì)不飽和烴的加成反應(yīng)是高分子N-鹵代酰亞胺試劑的另一種應(yīng)用，產(chǎn)物為飽和雙取代鹵代烴?？傮w來講，與小分子同類試劑相比，經(jīng)過高分子化的NBS試劑的轉(zhuǎn)化率有所降低，原因可能是高分子骨架對(duì)小分子試劑有屏蔽作用。但是經(jīng)過高分子化后NBS試劑的選擇性有所提高。

三價(jià)碘型高分子鹵代試劑的應(yīng)用

三價(jià)碘型高分子鹵代試劑主要用于氟代和氯代反應(yīng)，也用于上述兩種元素的加成反應(yīng)。在鹵代反應(yīng)中氯代和氟代反應(yīng)是比較困難的，反應(yīng)過程不容易控制，選擇性也較低。采用三價(jià)碘高分子鹵代試劑可以在一定程度上克服上述困難。當(dāng)采用三價(jià)碘高分子氟化劑進(jìn)行氟的雙鍵加成反應(yīng)時(shí)，常常伴有重排反應(yīng)發(fā)生，得到的產(chǎn)物常為諧二氟化合物，應(yīng)當(dāng)給與注意。其他種類的高分子鹵代試劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和用途

高分子鹵代試劑的結(jié)構(gòu)高分子鹵代試劑的用途酮和烯烴溴化烷基苯鹵代和烯烴加成羰基化合物的α溴代和不飽和烴加成烯丙基溴化將酸轉(zhuǎn)化成酰鹵，將醇轉(zhuǎn)化成鹵代烴將酸轉(zhuǎn)化成酰氯，將苯乙酮轉(zhuǎn)化成α氯代苯乙烯用于芳香化合物的氯化反應(yīng)氯化試劑10.2.3高分子?；噭?/p>

?；磻?yīng)：主要指對(duì)有機(jī)化合物中氨基、羧基和羥基的酰化反應(yīng)，分別生成酰胺、酸酐和酯類化合物。酰基化反應(yīng)廣泛用于有機(jī)合成中的活潑官能團(tuán)的保護(hù)；在肽的合成，藥物合成方面都是極重要的反應(yīng)步驟?；衔镏械臉O性基團(tuán)通過酯化反應(yīng)，可以改變化合物的極性，增加其脂溶性和揮發(fā)性；因此常用于天然產(chǎn)物中有效成分的分離提取過程，特別是極性產(chǎn)物的氣相色譜分析。（1）高分子酰基化反應(yīng)試劑的合成方法方法一、從可聚合單體合成開始，在苯環(huán)上引入雙鍵。然后將得到的對(duì)甲氧基苯乙烯與二乙烯（交聯(lián)劑）共聚。共聚反應(yīng)產(chǎn)生的交聯(lián)型聚合物經(jīng)三溴化硼脫保護(hù)，將甲基醚轉(zhuǎn)變成活性酚羥基；再經(jīng)硝酸硝化以增強(qiáng)酚羥基的活性，即可得到制備高分子活性酯的前體——間硝基對(duì)羥基聚苯乙烯。高分子?；磻?yīng)試劑的合成方法

方法二、采用聚苯乙烯和對(duì)氯甲基鄰硝基苯酚為原料，在三氯化鋁催化下反應(yīng)得到高分子活性酯前體。高分子?；磻?yīng)試劑的合成方法

方法三、采用聚對(duì)羥甲基苯乙烯為原料與光氣反應(yīng)生成反應(yīng)性很強(qiáng)的碳酰氯；再與適當(dāng)?shù)聂人岱磻?yīng)得到預(yù)期的高分子酸酐型?；噭；蛘呤紫群铣蓪?duì)乙烯基苯甲酸，經(jīng)聚合反應(yīng)生成的聚合物與乙二酰氯反應(yīng)制備聚合型酰氯；再與苯甲酸反應(yīng)得到高分子酸酐。（2）高分子?；噭┑膽?yīng)用高分子活性酯?；噭┲饕糜陔牡暮铣?，高分子活性酯可以將溶液合成轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗪铣?，從而大大提高合成的效率。含有酸酐結(jié)構(gòu)的高分子?；噭┰谒幬锖铣梢呀?jīng)得到應(yīng)用。如經(jīng)?；髮?duì)頭孢菌素中的氨基進(jìn)行保護(hù)，可以得到長(zhǎng)效型抗菌藥物。高分子酰基化試劑高分子?；噭┑闹饕猛緦忿D(zhuǎn)換成酰胺，醇轉(zhuǎn)換成酯將胺轉(zhuǎn)換成酰胺，酸轉(zhuǎn)換成酯酐將酸轉(zhuǎn)換成酯醇或酚的?；返孽；返孽；糜陔牡暮铣砂泛痛嫉孽；嫉孽；糜陔牡暮铣捎糜陔牡暮铣桑╖=CO，NH）10.2.4高分子烷基化試劑烷基化反應(yīng)在合成反應(yīng)中主要用于碳-碳鍵的形成，用以增長(zhǎng)碳骨架。主要包括高分子金屬有機(jī)試劑、高分子金屬絡(luò)合物和有疊氮結(jié)構(gòu)的高分子烷基化試劑。

硫甲基鋰型高分子烷基化試劑

可用于碘代烷和二碘代烷的同系列化反應(yīng)，用以增長(zhǎng)碘化物中的碳鏈長(zhǎng)度；可以得到較好的收率。反應(yīng)后回收的烷基化試劑與丁基鋰反應(yīng)再生后可以重復(fù)使用。帶有疊氮結(jié)構(gòu)的高分子烷基化試劑與羧酸反應(yīng)可以制備相應(yīng)的酯，副產(chǎn)物氮?dú)庠诜磻?yīng)中自動(dòng)除去，使反應(yīng)很容易進(jìn)行到底。10.2.5高分子親核試劑

親核反應(yīng):指在化學(xué)反應(yīng)中試劑的多電部位（鄰近有給電子基團(tuán)）進(jìn)攻反應(yīng)物的缺電子部位（鄰近有吸電子基團(tuán)）的化學(xué)反應(yīng)。高分子親核試劑高分子親核試劑多與含有電負(fù)性基團(tuán)的化合物反應(yīng)，如鹵代烴中鹵素原子的電負(fù)性使得相鄰的碳原子上的電子云部分地轉(zhuǎn)移到鹵元素一側(cè)，使該碳原子易受親核試劑的攻擊。帶有氰負(fù)離子的高分子親核試劑在一定的有機(jī)溶劑中與鹵代烴一起攪拌加熱，可以得到多一個(gè)碳原子的腈化物（氰基被轉(zhuǎn)遞到反應(yīng)物碳鏈上），完成親核反應(yīng)。一般來說，在此類反應(yīng)中鹵代烴的分子體積越小，收率越高。對(duì)不同的鹵素取代物，碘化物的收率高于溴化物和氯化物（RI>RBr>RCl），氟化物不反應(yīng)。其他類型的高分子試劑

其他類型的高分子試劑還包括高分子縮合試劑、高分子磷試劑、高分子基團(tuán)保護(hù)試劑和高分子偶氮轉(zhuǎn)遞試劑。§10.3在高分子載體上的固相合成

1963年，Ｍerrifield報(bào)道了在高分子載體上利用高分子反應(yīng)合成肽的固相合成法（solidpHasesynthesis），從而為有機(jī)合成史揭開了新的一頁(yè)。目前這種固相合成方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多肽、寡核苷酸、寡糖等生物活性大分子的合成研究。最近某些難以用普通方法合成的大環(huán)化合物，以及光學(xué)異構(gòu)體的定向合成等也通過固相有機(jī)合成方法得到解決或改善，極大地推動(dòng)了合成化學(xué)研究的進(jìn)展。目前組合化學(xué)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于藥物篩選過程。10.3.1固相合成法概述固相合成法

表示高分子固相合成試劑，X表示連接官能團(tuán)固相合成用的高分子試劑的結(jié)構(gòu)要求對(duì)有機(jī)合成反應(yīng)起擔(dān)載作用、在反應(yīng)體系中不溶解的載體和起連接反應(yīng)性小分子和高分子載體并能夠用適當(dāng)化學(xué)方法斷鍵的連接結(jié)構(gòu)兩部分。10.3.1.1載體作為固相合成中的載體需要具備下列條件。(1)要求載體在反應(yīng)體系中（包括溶劑和試劑）不溶解，保證合成反應(yīng)在固相中進(jìn)行。只有在固相中進(jìn)行的反應(yīng)才簡(jiǎn)化合成過程。（2）要求載體具有高比表面積或者在溶劑中有一定溶脹性，前者要求固體的粒度要小，或者為多孔性；后者要求構(gòu)成載體的骨架有一定親溶劑性質(zhì)，并需要適度交連。這樣能夠保證固相反應(yīng)可以擁有適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)速度。(3)要求載體能高度功能化，其功能基在載體中的分布盡可能均勻；因此在載體的骨架上應(yīng)該具有一定反應(yīng)活性的官能團(tuán)，以利于反應(yīng)性小分子的固化和合成反應(yīng)效率的提高。(4)要求載體可以用相對(duì)簡(jiǎn)單的方法再生重復(fù)使用。為了降低合成反應(yīng)成本，提高材料的利用率，載體的重復(fù)使用是必要的，也是綠色化學(xué)的要求。10.1.1.2連接結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)的主要功能：首先是能夠與參與反應(yīng)的小分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在兩者間生成具有一定穩(wěn)定性要求的化學(xué)鍵，要保證在隨后的合成反應(yīng)中該鍵不斷裂，在整個(gè)合成過程中十分穩(wěn)定。其次，生成的連接鍵要有一定的化學(xué)活性，能夠采用特定的方法使其斷裂，又不破壞反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，保征固相合成反應(yīng)后可以定量地切割下反應(yīng)產(chǎn)物。10.3.1.3固相合成的應(yīng)用領(lǐng)域固相合成的最早應(yīng)用是用來合成天然大分子多肽。肽是由多種氨基酸相互之間進(jìn)行縮合反應(yīng)形成酰胺鍵（肽鍵）。肽的合成采用的反應(yīng)類型不多，但是由于官能團(tuán)之間相互影響，加上中間產(chǎn)物和試劑結(jié)構(gòu)類似，選擇反應(yīng)和分離條件困難，產(chǎn)率不高。應(yīng)用固相合成由于簡(jiǎn)化了分離過程（過濾），并可以使用大大過量的小分子試劑，合成過程大幅度簡(jiǎn)化，合成產(chǎn)率相應(yīng)提高。與多肽有類似結(jié)構(gòu)的天然大分子如寡糖和寡核苷酸也適合采用固相合成制備。此外，非天然的類似化合物，如類肽、聚砜、聚脲等的合成采用固相合成也有一定優(yōu)勢(shì)。10.3.1.3固相合成的應(yīng)用領(lǐng)域有些采用通常合成方法難以得到的化合物也通過固相合成獲得成功，如某些產(chǎn)率非常低的合成反應(yīng)和光學(xué)異構(gòu)體的合成等。在組合化學(xué)中，利用固相載體的擔(dān)載作用，可以大大提高合成效率，已經(jīng)成為藥物篩選的重要手段之一。生物芯片技術(shù)也是固相合成的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。10.3.2多肽的固相合成載體:氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物，以及它們的衍生物?；静襟E:首先氨基得到保護(hù)的氨基酸與高分子載體（高分子酰氯試劑）反應(yīng)，分子間脫氯化氫。產(chǎn)物以酯鍵的形式與載體相連接，在載體上構(gòu)成一個(gè)反應(yīng)增長(zhǎng)點(diǎn)。然后在保證生成的酯鍵不斷裂的條件下進(jìn)行脫氨基保護(hù)反應(yīng)，一般是條件溫和的酸性水解反應(yīng)，脫保護(hù)的氨基作為進(jìn)一步反應(yīng)的官能團(tuán)。第三步是取另外一個(gè)氨基受到保護(hù)的氨基酸與載體上的氨基發(fā)生酰化反應(yīng)，或者通過與活性酯的酯交換反應(yīng)形成酰胺鍵。反復(fù)重復(fù)第二和第三步反應(yīng)，直到所需要序列的肽鏈逐步完成。最后用適宜的酸（氫溴酸和醋酸的混合液或者用三氟醋酸及氫氟酸）水解解除端基保護(hù)，并使載體和肽之間的酯鍵斷裂制得預(yù)期序列的多肽。多肽的固相合成的基本步驟表10-4常見的用于肽合成的固相合成載體

（1）（3）（2）（4）加壓素(vasopressin)加壓素(vasopressin)是腦垂體后葉分泌的一種九肽。本品臨床上主要用于治療小便失禁和腦下垂體激素分泌不足引起的尿崩癥、小兒遺尿和糖尿病人的多尿癥。加壓素的一級(jí)結(jié)構(gòu)為Cys-Tyr-PHe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly，各符號(hào)代表的氨基酸名稱與結(jié)構(gòu)見表10-5。10-5加壓素中氨基酸的名稱與結(jié)構(gòu)符號(hào)氨基酸的名稱氨基酸的結(jié)構(gòu)Cys半胱氨酸Tyr酪氨酸PHe苯丙氨酸Gln谷酰胺Asn天門冬酰胺Pro脯氨酸Arg精氨酸Gly甘氨酸加壓素的合成步驟降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素基因相關(guān)肽(calcitoningenerelatedpeptide,CGRP)是應(yīng)用基因工程發(fā)現(xiàn)的一種生物多肽。CGRP由37個(gè)氨基酸殘基組成，在第2位和第7位有一對(duì)二硫鍵。人的CGRP有α和β兩種形式，α-CGRP的一級(jí)結(jié)構(gòu)組成為，Ala-Cys-Asp-Thr-Ala-Thr-Cys-Val-Thr-His-Arg-Leu-Ala-Gly-Leu-Leu-Ser-Arg-Ser-Gly-Gly-Val-Val-Lys-Asn-Asn-PHe-Val-Pro-Thr-Asn-Val-Gly-Ser-Lys-Ala-PHe-NH2，組成式中的符號(hào)分別為不同氨基酸英文名稱的縮寫。β-CGRP僅在3、22和25位上與α-CGRP不同，分別為Asn、Met和Ser。CGRP廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中，是目前體內(nèi)已知的最強(qiáng)舒張血管物質(zhì)，對(duì)心血管系統(tǒng)有著重要的調(diào)節(jié)作用。降鈣素基因相關(guān)肽的制備美國(guó)的SalkInstitute和上海生化所先后采用1％交聯(lián)的聚苯乙烯胺基樹脂作固相載體，以Boc-氨基酸為原料，氟化氫脫保護(hù)成功合成了CGRP。中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院王良友等采用Rink樹脂作為固相載體，以Fmoc-氨基酸(Fmoc為9-芴甲基氧化碳酰的英文縮寫)為原料，經(jīng)HBTU-HOBT-NMM縮合，用三氟乙酸—苯甲硫醚一三甲基溴硅烷脫保護(hù)，分別用鐵氰化鉀和二甲基亞砜氧化形成分子內(nèi)二硫鍵，經(jīng)反相高壓液相色譜純化，合成了結(jié)構(gòu)正確并具有較強(qiáng)降血壓生理活性的CGRP。10.3.3寡核苷酸的固相合成核酸存在于一切生物體，是生命和遺傳的基礎(chǔ)。核酸由少數(shù)小分子連接構(gòu)成的長(zhǎng)鏈高分子化合物，相對(duì)分子量可以達(dá)到數(shù)百萬以上。天然核酸主要有兩類，含有脲嘧啶和核糖結(jié)構(gòu)的稱為核糖核酸(RNA)；含有胸腺嘧啶和脫氧核糖結(jié)構(gòu)的稱為脫氧核糖核酸（DNA）。組成核酸的單體是核苷酸。核酸經(jīng)過酶水解或者弱堿水解就可以得到單體核苷酸。核酸的概念核酸的概念核苷酸的概念核苷酸一般由三部分性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組成，分別為磷酸基、戊糖基和堿基。后兩者結(jié)合在一起也稱為核苷。通常核酸經(jīng)過充分水解后可以得到磷酸與核苷，或者磷酸、核糖（脫氧核糖）和雜環(huán)堿。所有核酸都是由上述三種物質(zhì)，即磷酸、戊糖（核糖、脫氧核糖）、堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、脲嘧啶和胸腺嘧啶）構(gòu)成。圖10-3構(gòu)成核酸的子結(jié)構(gòu)寡核苷酸的定義核苷酸一般由堿基雜環(huán)內(nèi)的飽和氮原子與核糖1位上的羥基反應(yīng)脫水相連接，磷酸與核糖5位上的羥基反應(yīng)脫水形成酯鍵。核苷酸之間則通過磷酸與另一個(gè)核苷酸糖上3位羥基反應(yīng)形成二酯鍵連接。當(dāng)多個(gè)核苷酸以一定順序連接構(gòu)成短鏈核酸，則一般稱為寡核苷酸10.3.3.1寡核苷酸固相合成過程反應(yīng)式中CBZ表示苯甲?；Ｗo(hù)的堿基結(jié)構(gòu)；DMT表示二甲氧基三苯甲烷羥基保護(hù)基結(jié)構(gòu)；PS表示高分子固相載體。在真實(shí)的寡核苷酸合成過程中，為了消除未反應(yīng)5-羥基對(duì)產(chǎn)物純度的影響，在反應(yīng)步驟中一般還需要一個(gè)稱為5-羥基屏蔽反應(yīng)步驟，一般是用乙酸酐將5-羥基酯化封閉。10.3.3.2用于寡核苷酸固相合成的載體在寡核苷酸固相合成中應(yīng)用最廣泛的載體是可控孔徑玻璃珠(controllingporeglass,CPG)和聚苯乙烯(polystyrene,PS)兩類。PS載體是與多肽合成用固相載體相類似的載體，技術(shù)成熟，適用范圍廣。（見表10-6）表10-6用于寡核苷酸固相合成的常見聚苯乙烯型載體載體結(jié)構(gòu)適用范圍載體結(jié)構(gòu)適用范圍適用于多種連接體連接胺、酰胺、磺酰胺、脲、雜環(huán)類與酸連接連接酰氯、磺酰氯、異氰酸等與羧酸、胺、醇、咪唑和酚類連接連接酸、醛、磺酰氯等連接酸和仲胺連接酸、胺和酚類連接醇、羧酸和芳香化合物連接胺類CPG載體CGP載體是利用多孔玻璃珠表面的硅羥基與連接體相連，機(jī)械強(qiáng)度好，形狀規(guī)則。CPG的制備方法：將硼硅玻璃制成規(guī)則的顆粒，然后加熱溶解除去硼化物，留下孔徑一致的多孔性氧化硅玻璃載體。CPG根據(jù)有無鍵合有機(jī)連接體，可以分成無鍵合裸CPG載體和連接有機(jī)修飾層的鍵合CPG載體。CPG除了用于固相合成之外，還在色譜分析、酶反應(yīng)器等場(chǎng)合廣泛作為固定相和載體。CPG載體寡核苷酸合成用CPG載體分成專用載體和通用型載體兩種。專用載體是載體上已經(jīng)連接有特定核苷酸單體作為寡核苷酸合成的起點(diǎn)，因此只能用于特定端基的寡核苷酸。通用型載體一般是用無堿基的縮水糖環(huán)（二羥基吡喃）作為連接體預(yù)先與CPG載體連接，然后在連接體上再進(jìn)行寡核苷酸的固相合成，因此適用于多種寡核苷酸的合成。表10-7用于寡核苷酸固相合成的常見CPG型載體Aminopropyl-CPGFmoc-LinkerAm-CPG10.3.4固相合成法在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用由于在有機(jī)分子結(jié)構(gòu)中碳原子的4個(gè)鍵呈正四面體結(jié)構(gòu)，如果在碳原子上連接的4個(gè)基團(tuán)各不相同，將依據(jù)其空間結(jié)構(gòu)的差異形成兩種外觀一樣，組成相同，但不能完全重合的分子結(jié)構(gòu)，稱為手性結(jié)構(gòu)。有這種特征的分子對(duì)，旋光性質(zhì)不同，稱為旋光異構(gòu)體。用常規(guī)的液相合成法合成光學(xué)活性化合物總是得到兩種光學(xué)異構(gòu)體的1:1混合物，由于旋光度等于零，稱為外消旋體。不對(duì)稱合成:指在一定反應(yīng)條件下，反應(yīng)環(huán)境和體系對(duì)光學(xué)異構(gòu)體的生成有區(qū)分作用，得到的產(chǎn)物中兩種光學(xué)異構(gòu)體的比例不是1:1，這樣可以得到某一種光學(xué)異構(gòu)體占優(yōu)的化學(xué)產(chǎn)品。相關(guān)概念固相合成法在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用的原理利用含有手性結(jié)構(gòu)的載體，或者利用高分子骨架在前手性試劑的特定方向形成立體阻礙而產(chǎn)生立體選擇性。固相合成法在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用實(shí)例一利用含有手性糖的交聯(lián)聚合物為載體合成光學(xué)異構(gòu)體R—苯基乳酸：固相合成法在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用實(shí)例二利用光活性載體進(jìn)行固相不對(duì)稱合成的例子是2-烷基取代環(huán)己酮手性異構(gòu)體的合成：高分子手性試劑主要用途2-烷基環(huán)己酮光學(xué)異構(gòu)體合成烯酮的甲醇不對(duì)稱還原烯酮的甲醇不對(duì)稱還原苯己腈的不對(duì)稱乙?；槎ū奖１剑┑牟粚?duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)不對(duì)稱Michael反應(yīng)不對(duì)稱加成反應(yīng)2-烷基環(huán)己酮不對(duì)稱合成酮的不對(duì)稱還原α，β不飽和衍生物的不對(duì)稱氫化10.3.5固相合成法在其他有機(jī)合成中的應(yīng)用hooplanes也有人稱其為輪烷(rotaxanes)，是一種結(jié)構(gòu)很特殊的物質(zhì)，通常為兩個(gè)或多個(gè)分子，或者分子本身相套結(jié)在一起，形成非常特殊的輪形結(jié)構(gòu)。從拓?fù)鋵W(xué)的觀點(diǎn)，這種化合物的合成是非常困難的，甚至只拿到僅分析用的微量產(chǎn)品都非常難。利用固相合成法分離相對(duì)容易，試劑可以回收等優(yōu)點(diǎn)，是解決上述合成困難的有效方法之一。Hooplanel的結(jié)構(gòu)Hooplanel的結(jié)構(gòu)由兩部分組成。一是由一個(gè)十個(gè)碳原子組成的飽和碳鏈構(gòu)成的“軸”，“軸”兩端通過醚鍵與大體積的三苯基甲基相連接，與輪子部分鎖定在一起。另一部分由一個(gè)三十個(gè)碳原子構(gòu)成的大環(huán)構(gòu)成，大環(huán)如同“車輪”一樣套在“軸”上。由于“軸”兩端大體積的三苯甲基的存在，兩個(gè)分子無法脫開而結(jié)合成一體。Hooplanel的合成過程以常規(guī)合成方法合成hooplanel中的大環(huán)結(jié)構(gòu)部分，然后將此大環(huán)結(jié)構(gòu)通過酯鍵臨時(shí)固定到高分子載體上。將此帶有大環(huán)的高分子載體在適宜的反應(yīng)條件下與癸二醇（“車軸”）和三苯甲基氯（“螺栓”）一起進(jìn)行固相反應(yīng)，按幾率推算至少應(yīng)有部分癸二醇插入大環(huán)中，并在插人期間與三苯甲基氯反應(yīng)而“擰緊螺栓”，得到預(yù)期產(chǎn)物。沒有插入大環(huán)而又套上“螺栓”的副產(chǎn)物，以及過量的試劑通過過濾和清洗除去，高分子載體上只留下套在一起的產(chǎn)品和仍在“守株待兔”的固化大環(huán)。反復(fù)重復(fù)以上反應(yīng)過程（＞70次），理論上即可產(chǎn)生一定量的固化在載體上的產(chǎn)物。經(jīng)水解反應(yīng)將產(chǎn)物與聚合物載體分離；再經(jīng)純化除去未反應(yīng)的大環(huán)化合物，hooplanel的合成即告結(jié)束。固相合成試劑的作用

固相合成試劑可以用來檢測(cè)和捕捉化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的短壽命中間體，為反應(yīng)機(jī)理研究提供證據(jù)。例如，聚合物骨架上含有煙酰胺結(jié)構(gòu)和吡啶鹽結(jié)構(gòu)的高分子試劑可以捕捉四氧嘧啶和茚三酮型自由基中間體。表10-9可以捕捉自由基的固相試劑和被捕捉的自由基固相試劑被捕捉的自由基類型固相試劑被捕捉的自由基類型10.3.6固相組合合成

組合化學(xué)是一門新的合成技術(shù)，它打破了傳統(tǒng)合成化學(xué)的觀念，不再以單個(gè)化合物為目標(biāo)逐個(gè)合成，而是采用相似的反應(yīng)條件一次性同步合成成千上萬種結(jié)構(gòu)不同的分子，即合成一個(gè)化合物庫(kù)，然后進(jìn)行生物活性的測(cè)定，從而尋找或優(yōu)化特定化合物。組合化學(xué)以固相合成為基礎(chǔ)，并且隨著固相合成技術(shù)的進(jìn)步而得到迅速發(fā)展。固相組合合成的方法固相組合合成的方法主要有兩種，為平行合成法和混合-等分法。平行合成法是指在不同的反應(yīng)器內(nèi)分別合成單個(gè)產(chǎn)物。平行進(jìn)行的各個(gè)反應(yīng)可以利用相似或相近的反應(yīng)條件，在每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的最終產(chǎn)物都是單一的化合物。從某種意義上講，在不同的反應(yīng)器內(nèi)平行合成許多單個(gè)化合物是建立化合物庫(kù)最直接的方法。由于最終的產(chǎn)物互不干擾，因此可以采用常規(guī)的分析方法確定化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。此外，對(duì)庫(kù)中的化合物的生物活性可以進(jìn)行直接檢測(cè)和篩選。平行合成法應(yīng)用比較廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是合成的目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)確定，缺點(diǎn)是重復(fù)操作過多。固相組合合成的方法混合-等分法以三種結(jié)構(gòu)單元為例進(jìn)行說明，見圖10-5。首先將樹脂分成三份，分別與結(jié)構(gòu)單元X，Y，Z偶聯(lián)，然后混合，之后再平均分成三份，每份分別與X，Y，Z偶聯(lián)，然后再混合。如此反復(fù)進(jìn)行，混合-均分-偶聯(lián)，直到合成完畢。由圖可見，由三種結(jié)構(gòu)單元經(jīng)過三次混合、均分、偶聯(lián)，最后得到27個(gè)產(chǎn)物。由混分法得到的化合物的數(shù)目為N=n1×n2×……×nm.，其中n是每步合成反應(yīng)中結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，m是引入新的結(jié)構(gòu)單元的反應(yīng)步驟的數(shù)目。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)等摩爾地合成大量產(chǎn)物。圖10-5混合-等分法

§10.4高分子催化劑定義

將催化活性物種（通常是金屬離子、絡(luò)合物等）以物理方式（吸附、包埋）或化學(xué)鍵合作用（離子鍵、共價(jià)鍵）固定化于線型或交聯(lián)聚合物載體上所得到的具有催化功能的高分子材料（顆粒、粉末、塊狀體、纖維、薄膜等）稱為高分子負(fù)載金屬或金屬絡(luò)合物催化劑簡(jiǎn)稱高分子催化劑。10.4.1高分子酸堿催化劑

小分子酸堿催化劑多半可以由陽離子或陰離子交換樹脂所替代，原因是陽離子交換樹脂可以提供質(zhì)子，其作用與酸性催化劑相同；陰離子交換樹脂可以提供氫氧根離子，其作用與堿性催化劑相同。同時(shí)，由于離子交換樹脂的不溶性，可使原來的均相反應(yīng)轉(zhuǎn)變成多相反應(yīng)。目前已經(jīng)有多種商品化的具有不同酸堿強(qiáng)度的離子交換樹脂作為酸堿催化劑使用；其中最常用的是強(qiáng)酸強(qiáng)堿型離子交換樹脂。最常見的聚苯乙烯型酸堿催化用離子交換樹脂其分子結(jié)構(gòu)如下：高分子催化劑進(jìn)行多相催化的反應(yīng)方式可以像普通反應(yīng)一樣將催化劑與其他反應(yīng)試劑混在一起加以攪拌進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后得到的反應(yīng)混合物經(jīng)過過濾等簡(jiǎn)單純化分離過程進(jìn)行后處理?？梢詫⒋呋瘎┕潭ㄔ诜磻?yīng)床上進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)物作為流體通過反應(yīng)床，產(chǎn)物隨流出物與催化劑分離。在中小規(guī)模合成反應(yīng)中也可以采用第三種方法，即將反應(yīng)器制成柱狀（實(shí)驗(yàn)室中常常用色譜分離柱代替），催化劑作為填料填人反應(yīng)柱中，反應(yīng)時(shí)如同柱色譜分離過程一樣將反應(yīng)物和反應(yīng)試劑從柱頂端加人，在一定溶劑沖洗下通過填有催化劑的反應(yīng)柱；當(dāng)產(chǎn)品與溶劑混合物從柱中流出后反應(yīng)即已完成。這種反應(yīng)裝置可以連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，在工業(yè)上提高產(chǎn)量，降低成本，簡(jiǎn)化工藝。高分子催化劑進(jìn)行多相催化舉例

以丙酮為原料，制備4-甲基-4-羥基戊酮-2。通過經(jīng)Ａmberlite離子交換樹脂催化的縮合反應(yīng)可以從丁醛制備α-乙基-β-羥基己醛。由間苯二酚和乙酰乙酸乙酯合成天然產(chǎn)物4-甲基-５-羥基香豆素等。10.4.2高分子金屬絡(luò)合物催化劑

許多金屬、金屬氧化物、金屬絡(luò)合物在有機(jī)合成和化學(xué)工業(yè)中均可作為催化劑。金屬和金屬氧化物在多數(shù)溶劑中不溶解，一般為天然多相催化劑。而金屬絡(luò)合物催化劑由于其易溶性常常與反應(yīng)體系成為均相，多數(shù)只能作為均相反應(yīng)的催化劑。金屬絡(luò)合物催化劑經(jīng)過高分子化后溶解度會(huì)大大下降，可以改造成為多相催化劑。高分子金屬絡(luò)合物催化劑的制備

關(guān)鍵的步驟：在高分子骨架上引人配位基團(tuán)和在金屬離子之間進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。

常見的方法：通過共價(jià)鍵使金屬絡(luò)合物中的配位體與高分子骨架相連接，構(gòu)成的高分子配位體再與金屬離子進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)形成高分子金屬絡(luò)合物。根據(jù)分子軌道理論和配位化學(xué)規(guī)則，作為金屬絡(luò)合物的配位體，在分子中應(yīng)具有以下兩類結(jié)構(gòu)之一；一類是分子結(jié)構(gòu)中含有P、S、O、N等可以提供未成鍵電子的所謂配位原子，含有這類結(jié)構(gòu)的化合物種類繁多，比較常見的如EDTA、胺類、醚類及雜環(huán)類化合物等；另一類是分子結(jié)構(gòu)中具有離域性強(qiáng)的π電子體系，如芳香族化合物和環(huán)戊二烯等均是常見配位體。小分子配位體的高分子化是制備高分子金屬絡(luò)合物催化劑的主要工作。高分子配位體的合成方法①利用聚合物和配位基上的某些基團(tuán)反應(yīng)，將配位體直接鍵合到聚合物載體上，制備高分子配位體。②首先合成具有可聚合官能團(tuán)的配位體單體（功能性單體），然后在適當(dāng)條件下完成聚合。③合成得到的配位體單體也可以先與金屬離子絡(luò)合，生成絡(luò)合物型單體后再進(jìn)行聚合反應(yīng)，完成高分子化過程。10.4.2.1加氫反應(yīng)催化劑烯烴、芳香烴、硝基化合物、醛酮等帶有不飽和鍵的化合物都可以在金屬絡(luò)合物催化劑存在下進(jìn)行加氫反應(yīng)。舉例1.銠的高分子絡(luò)合物制備方法：以聚對(duì)氯甲基苯乙烯為高分子骨架原料，經(jīng)與二苯基磷鋰反應(yīng)得到有絡(luò)合能力的二苯基磷型高分子配合物；再與RhCl(PPH3)3反應(yīng)，磷與銠離子絡(luò)合即得到有催化活性的銠離子高分子絡(luò)合物。加氫反應(yīng)催化劑舉例2.高分子二茂鈦絡(luò)合物的制備過程高分子化后的二茂鈦絡(luò)合物從可溶性均相加氫催化劑轉(zhuǎn)變成不溶性多相加氫催化劑，性能有較大改進(jìn)；不僅使催化劑的回收和產(chǎn)品的純化變得容易，而且由于聚合物剛性骨架的分隔作用，克服了均相催化劑易生成二聚物而失效的弊病。除了銠和鈦絡(luò)合物之外，鈀和鉑的高分子絡(luò)合物也是常用的加氫催化劑。加氫反應(yīng)催化劑舉例3.鈷或銠的高分子羰基絡(luò)合物烯烴的羰基化反應(yīng)是在工業(yè)上有重要意義的單元反應(yīng)，在加氫催化劑作用下，烯烴與二氧化碳和氫氣反應(yīng)，直接生成多一個(gè)碳原子的醛類化合物。鈷或銠的高分子羰基絡(luò)合物在這種加氫催化劑中是比較典型的。烯烴、一氧化碳和氫氣都是價(jià)廉易得的化工原料，而醛則是重要的化工產(chǎn)品。10.4.2.2以硅膠為載體的高分子金屬絡(luò)合物催化劑硅膠表面的硅羥基是鍵合反應(yīng)的活性點(diǎn)，有多種官能團(tuán)可以與硅羥基反應(yīng)生成酯鍵，或者醚鍵。此外硅膠微粒經(jīng)三乙氧基硅丙硫醇處理，在其表面鍵合一層含巰基配位體；配位體與鉑等金屬反應(yīng)形成高分子催化劑。這種鉑的絡(luò)合物有催化氫硅加成作用。舉例在該催化劑作用下，三乙氧基硅烷與己烯-1加成，可以得到正己基三乙氧基硅烷。10.4.2.3高分子金屬絡(luò)合物催化劑在太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用舉例：

降冰片二烯(norbornadiene)有個(gè)獨(dú)特的性能，在陽光照射下吸收光能，異構(gòu)化為高能態(tài)的四環(huán)烷（quadricyclane），能夠?qū)⑻柲芤曰瘜W(xué)能的方式儲(chǔ)存下來。在室溫下四環(huán)烷是穩(wěn)定的，但是在與一些過渡金屬絡(luò)合物催化劑接觸時(shí)，四環(huán)烷重新異構(gòu)化為低能態(tài)的降冰片二烯，同時(shí)放出大量熱能(1.15×103kJ/L)。再生后的降冰片二烯受太陽光照后仍可異構(gòu)化為四環(huán)烷，因此可以反復(fù)使用。如果將這種具有異構(gòu)化催化作用的催化劑高分子化后，能量轉(zhuǎn)換過程將更加容易控制，使用方便，而且過渡金屬絡(luò)合物催化劑的效能更好。10.4.2.3高分子金屬絡(luò)合物催化劑在太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用

舉例：

降冰片二烯(norbornadiene)高分子過渡金屬絡(luò)合物催化劑與同類型的小分子均相催化劑的區(qū)別①降低催化劑使用成本，由于高分子骨架的引人，使得反應(yīng)中催化劑的損失降到最低。②選擇性增強(qiáng)，高分子骨架改變反應(yīng)點(diǎn)的立體環(huán)境，使高分子催化劑的立體選擇性發(fā)生變化，因此可以增強(qiáng)反應(yīng)的選擇性。③增加催化性能，在同一個(gè)聚合物骨架上有可能同時(shí)連接兩種不同功能的催化劑，使得多步催化反應(yīng)有可能在同一個(gè)催化劑上完成。10.4.3高分子相轉(zhuǎn)移催化劑定義：相轉(zhuǎn)移催化劑指在反應(yīng)中能與陰離子形成離子對(duì)，或者與陽離子形成絡(luò)合物，從而增加這些離子型化合物在有機(jī)相中的溶解度的物質(zhì)。這類物質(zhì)主要包括親脂性有機(jī)離子化合物（季銨鹽和磷嗡鹽）和非離子型的冠醚類化合物。相轉(zhuǎn)移的反應(yīng)過程：圖中Q+Y-和Q+X-分別表示相轉(zhuǎn)移催化劑形成的離子對(duì)，承擔(dān)反應(yīng)中離子在兩相之間的傳遞和離子交換作用。冠醚類相轉(zhuǎn)移催化劑借助與陽離子間的螯合作用完成上述過程。高分子相轉(zhuǎn)移催化劑的特點(diǎn)高分子相轉(zhuǎn)移催化劑不污染反應(yīng)物和產(chǎn)物，催化劑的回收比較容易，因此可以采用比較昂貴的催化劑。可以降低小分子冠醚類化合物的毒性．減少對(duì)環(huán)境的污染。磷嗡離子相轉(zhuǎn)移催化劑的穩(wěn)定性和催化活性都要比相應(yīng)季銨鹽型催化劑要好，而聚合物鍵合的高分子冠醚相轉(zhuǎn)移催化劑的催化活性最高。這是得益于陽離子被絡(luò)合之后，增強(qiáng)了陰離子的親核反應(yīng)能力。高分子相轉(zhuǎn)移催化劑①

主要應(yīng)用注①：，

10.4.4其它種類的高分子催化劑定義：能夠得到電子的化合物稱為路易斯酸，將小分子路易斯酸接入高分子骨架即成高分子路易斯酸。特點(diǎn)：高分子路易斯酸作為催化劑穩(wěn)定性較好，不易被水解破壞。原因是憎水性高分子骨架降低了水的攻擊力；采用高分子路易斯酸催化劑還可以降低生成較高分子化合物的競(jìng)爭(zhēng)性副反應(yīng)。高分子三氯化鋁是代表性的路易斯酸催化劑，可以有效地催化成醚、酯和醛的合成反應(yīng)。當(dāng)在含有強(qiáng)酸性基團(tuán)的陽離子交換樹脂中再引入路易斯酸時(shí)，樹脂的給質(zhì)子功能將大大增強(qiáng)，成為高分子過酸。10.4.4.1高分子路易斯酸和過酸催化劑高分子路易斯酸和過酸催化劑舉例

三氯化鋁與磺酸基離子交換樹脂反應(yīng)，即可得到酸性很強(qiáng)的高分子過酸。這種過酸甚至可以使中性石蠟油質(zhì)子化。一種更穩(wěn)定，酸性更強(qiáng)的高分子過酸是由全氟化的磺酸基樹脂與三氯化鋁反應(yīng)制備的。10.4.4.2聚合物脫氫和脫羰基催化劑

阻胺酸的嘧啶基是多種脫氫酶的活性點(diǎn)，因此含有類似結(jié)構(gòu)的聚合物也可以作為脫氧高分子催化劑用于催化酯和酰胺的氫化反應(yīng)。有些高分子表面活性劑（聚皂）能夠催化脫羰基反應(yīng)。這類催化劑包括季銨化的聚乙胺、聚合型冠醚、聚乙二醇和聚乙烯基吡咯酮等，均是有效的高分子脫羰基試劑。10.4.4.3聚合物型pH指示劑和聚合型引發(fā)劑原理:將偶氮類結(jié)構(gòu)連接到高分子骨架上，當(dāng)遇到酸或堿性物質(zhì)時(shí)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生顏色變化，因此可以制成聚合物型pH指示劑。特點(diǎn).:穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、不怕微生物攻擊和不污染被測(cè)溶液。典型結(jié)構(gòu)：§10.5酶的固化及其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：催化效率高，選擇性極好，大多數(shù)情況下是專一性催化、許多在工業(yè)上需要高溫高壓才能進(jìn)行的反應(yīng)，在生物體內(nèi)由酶催化只需常溫常壓條件即可進(jìn)行。缺點(diǎn)：酶的穩(wěn)定性不好，很容易變性失活。此外大多數(shù)酸是水溶性的，在水性介質(zhì)中為均相催化劑，反應(yīng)后的分離、純化和回收有一定困難。酶的這一性質(zhì)大大限制了它在工業(yè)上的直接應(yīng)用，因?yàn)樵诿复俜磻?yīng)之后要在不使酶變性的條件下回收酶是相當(dāng)困難和復(fù)雜的。酶催化劑的特點(diǎn)10.5.1固化酶的制備方法酶的固化主要目的是改變其水溶性。酶的固化過程主要應(yīng)滿足的要求①固化后酶催化劑不應(yīng)溶于水或化學(xué)反應(yīng)中使用的其他反應(yīng)介質(zhì)，以保證酶催化劑的分離和回收的簡(jiǎn)單性。這是酶固化過程的基本目的和要求。在酶分子之間進(jìn)行交聯(lián)或用聚合物網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行包裹是達(dá)到這一目的的首選方法。②固化過程應(yīng)不影響或少影響酶的活性。所有會(huì)使蛋白質(zhì)變性或影響酶活性的方法均不宜采用，這是從應(yīng)用角度選擇固化方法和反應(yīng)條件必須考慮的重要因素之一。任何高溫、高壓，或有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿參與的反應(yīng)都應(yīng)避免。酶的固化過程主要應(yīng)滿足的要求③固化方法的選擇應(yīng)考慮到酶自身的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，不要引人多余化學(xué)結(jié)構(gòu)而影響酶的性質(zhì)，盡可能利用酶結(jié)構(gòu)中各種非催化活性官能團(tuán)進(jìn)行固化反應(yīng)。④作為酶固化的載體應(yīng)有一定的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，以適應(yīng)反應(yīng)工藝要求和有一定的使用壽命，保證不對(duì)或少對(duì)酶促反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。10.5.1.1化學(xué)鍵合酶固化方法通過化學(xué)鍵將酶鍵合到高分子載體上需滿足的要求：

聚合物載體可以是人工合成的，或是天然的有機(jī)高分子化合物。有些情況下也可以為無機(jī)高分子材料。載體要求不溶于反應(yīng)溶劑，還要求分子結(jié)構(gòu)中含有一定的親水性基團(tuán)，以保證有一定的潤(rùn)濕性。高分子載體的存在不能影響酶的活性。對(duì)鍵合反應(yīng)的要求是反應(yīng)條件必須溫和，不能使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和某些有機(jī)溶劑，反應(yīng)的溫度也有一定限制。因而要求高分子載體應(yīng)帶有活性較強(qiáng)的反應(yīng)基團(tuán)，如重氮鹽、酰氯、醛、活性酯等高活性基團(tuán)，以保證后續(xù)的鍵合反應(yīng)能在溫和的條件下進(jìn)行?；瘜W(xué)鍵合酶固化方法：舉例1

最常用的用于酶固化的聚合物載體骨架為聚苯乙烯，在其苯環(huán)上引人重氮鹽基團(tuán)，利用在重氮鹽基團(tuán)上的鍵合反應(yīng)，比如與酶蛋白質(zhì)中酪氨酸中的苯酚基，或者與組氨酸的咪唑基進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，可以在高分子載體上連結(jié)淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核精核酸酶等形成固化酶催化劑。化學(xué)鍵合酶固化方法：舉例2

含有縮醛結(jié)構(gòu)的聚合物作為酶固化的載體，可以與蛋白質(zhì)中廣泛存在的氨基發(fā)生縮合反應(yīng)，在載體與酶之間生成碳氮雙鍵，因此可固化大多數(shù)酶。或者在聚合物骨架中引入內(nèi)酸酐基團(tuán)，利用內(nèi)酰胺化反應(yīng)與酶中氨基相連也是一種制備酶固化載體的方法?；瘜W(xué)鍵合酶固化方法：舉例3一些聚酸胺或多肽高分子化合物經(jīng)過活化預(yù)處理后作為載體與酶結(jié)合形成不溶性的固定化酶。