聚乙二醇在有机合成中的应用研究进展

第41卷第2期化工技术与开发Vol 41 No. 22012年2月Technology development of Chemical IndustFeb 2012迟与进属聚乙二醇在有机合成中的应用研究进展赵匡民,杨涛(四川大学化学工程学院,四川成都610065)摘要:综述了聚乙二醇(PEG)作为一种环境友好型的相转移催化剂溶剂和有机分子支载体在有机合成中的应用,介绍了PEG的作用原理和其与新技术结合的研究成果,并对其今后的主要发展方向进行了展望。关键词:聚乙二醇;有机合成;相转移催化剂中图分类号:06213文献标识码:A文章编号:1671-9905(2012)02001404聚乙二醇(PEG)是平均分子量200以上的乙指标。季铵盐是最常见的相转移催化剂,其它的二醇高聚物的总称。随着平均分子量的增大,性有季膦盐、冠醚、穴醚和开链聚醚,聚乙二醇是最质也随之产生差异,从无色无臭粘稠液体变为蜡简单、最便宜和最有效的开链聚醚的代表。状固体。PEG作为相转移催化剂可以归结于它具有聚乙二醇的两羟基具有伯醇性质,尤能进行和各种离子或分子生成络合物的独特性质,一是酯化和醚化反应,低分子量聚乙二醇的反应产物能使无机盐或碱金属以离子对形式迁移到有机易同油相混,高分子量聚乙二醇的反应产物趋于相;二是当无机盐溶解时,在溶液中存在的抗衡水溶性。聚乙二醇是具有醚结构的大分子化合离子是溶剂化很低的“裸露”的阴离子,它的反应物,近年来在有机合成中得到了广泛的应用。活性甚为活泼,加速了亲核取代反应的进行。1聚乙二醇的相转移催化作用1.2相转移催化的应用1.2.1液-液相转移催化合成相转移催化( Phase Transfer Catalysis,简称二苯并[b,f]-1,4嗯唑频( dibenz[b,f]-1,4PC),是20世纪60年代末以后发展起来的一种 oxazepine)作为一种精细有机中间体以前只在高新型合成方法,70年代起,关于PC的研究开始沸点的非质子溶剂DMF和DMSO中高温合成,在不断深人,并在工业生产中应用。PEG为开链的100℃以上反应10h可以得到最高产率为74%聚乙二醇,作为一种环境友好型催化剂,近年的Yogesh R. Jorapur等山采用如下反应在PEG研究显示其在液液液固、三相催化中都表现出400的催化下可以得到89%的产率,此合成反应很高的活性。有效地减少了有毒溶剂的使用并大幅度提高产1.1催化原理率,此实验还对比了不同聚合度的PEG对反应的影响,发现在分子量小于1000时PEG得到的产0-R率维持在88%左右,但从PEC2000开始随分子Nue量增加,溶液的粘度增大,溶液的混匀程度下降导致反应物无法充分接触,得到的产率也下降至65%左右。相转移催化原理图Q=PTC其作用是在两相反应中将不溶于有机相的CHO HNPEG, KCO,反应物带入有机相与不溶于水相的有机反应物1000进行反应,其带入能力就是PC催化反应的主要2a,89%中国煤化工基金项目:四川大学201年大学生科学探索实验计划(编号:383CNMHG作者简介:赵匡民(1991-),男,湖南省益阳市人,研究方向:精细有机合成邮箱:zkm1991@126c0m,电话:1519667698收稿日期:20111-22第2期赵匡民等:聚乙二醇在有机合成中的应用研究进展N,N-二乙基苯胺是制备优秀染料、药物和彩1.2.3三相相转移催化合成色显影剂的重要中间体,传统合成方法是将定量固载化聚乙二醇类三相催化剂自1977年的苯胺、氯乙烷放入装有液碱的高压釜中,夹套 Regen)首次合成并应用以来,吸引了很多人的蒸气升温到120℃,压力1MPa时,停气。其后注意,三相相转移催化剂( triphase phase transfer由于反应热产生,温度可升到215-230℃,压力达 catalyst,TpPC)具有比相转移催化剂( phase4.5-5.5MPa,反应3h,出料用水汽蒸馏,得粗品, transfer catalyst,PTC)更明显的优点:不溶于水、加苯二甲酸酐酯化,再进行一次蒸馏得成品。酸、碱和有机溶剂,反应结束只需简单过滤即可田庆伟2提出用聚乙二醇800(PEG800)作定量回收,并可多次重复使用,而活性不降低或相转移催化剂,在氢氧化钠溶液存在下,使苯胺稍降低。反应产物从反应体系中的分离提取也很和溴乙烷作用,合成N,N-二乙基苯胺,控制反应方便。瓶内温度为65℃,常压下搅拌反应7h,产品产Regen等在1977年首次把固载PEG单甲醚率为71.5%,此方法相对传统方法降低了反应的用作三相催化剂,完成了1溴金刚烷和三丁基溴温度和压力,在常压低温下实现了合成。同时田的水解反应,从而奠定了固载聚乙二醇类化合庆伟35也用了不同聚合度的聚乙二醇做了此合物在三相反应中应用的基础。成实验,都取得了不错结果。蔡亮6用聚乙二醇400作为相转移催化剂合H2o+HBr成1,3-二(对腈基苯氧基)丙烷。相比传统的威廉森反应合成,相转移催化大幅度提高了产率,达从 Regen等的研究后,国内外都有不少人在到了72%。研究固载化聚乙二醇类三相催化剂的研究,将其1.22固液相转移催化合成广泛应用于醚和酯类物质的合成12。 Totten等研究发现,分子量小于800的PEG可以用综述了PEG及其衍生物作为三相催化剂的各来作为固液相转移催化剂其中PECG400的催化类研究,详细地介绍了TPC近年的研究方向。效果最好,故研究人员大部分将PEG400用于固1.2.4其它相转移催化合成液相转移催化合成的研究近年来开发的气-液相转移催化( GL-PTC)GD. Yadav等用PEG-400固液相转移催化是一种潜力特別大的两相催化方法,其釆用连续对甲苯磺酰氯合成对甲苯磷酰氟,并研究了此反流程,气体反应物流动通过荷载在固体亲核试剂应的动力学和热力学因素。发现在温和的反应条上得熔融的热稳定相转移催化剂PEG。近年来件30℃下,h反应可达到90%的转化率,并全部PEG相转移催化的研究重点在别的非典型两相选择性地合成了对甲苯磺酰氟反应的表观活化反应。能为3659 kJ mol丙二酸二乙酯不仅是重要的精细化学品中2聚乙二醇支撑的有机合成反应间体,也是制备烃基丙二酸的原料,在强碱(钠目前,分子量从3000到6000的聚乙二醇(醇钠)作用下,可以和卤代烃反应,生成烃基丙PEG)是液相有机合成中使用最多的可溶性聚合二酸二乙酯,然后水解为烃基丙二酸,该工艺要物支持体。求在苛刻无水条件下进行,所以限制了其应用。Reggelin等6用 MeO-PEG5000支持醛与烯徐立中等以氯化苄和丙二酸二乙酯为原料,醇盐进行了不对称Adl反应。通过分析,产物的在无水KCO3下,采用相转移催化技术和薄层层光学纯度≥97%;HPd进行均相催化反应可将析技术(TC)进行固液相转移苄基化反应,然后产物醇顺利地解离下来。再水解制得苄基丙二酸,在PEG-400催化下,温00度控制在160℃,产率可达到7584%,反应时间缩MeoPeGO.中国煤化工短至2h。CNMHG义谢筱娟9、刘巧占0等也做了固-液相转移催 MeOPEcO化的研究。16化工技术与开发第41卷不溶性聚合物支持的催化剂和试剂已得到浴锅中加热反应,其他条件不变情况下产率只有广泛的应用,但由于反应在非均相体系中进行,14%。此方法高效实用,而且催化剂体系在乙醚作动力学和其他反应行为与溶液相中有较大的差用下还可以沉淀回收,在杂环化合物的N芳香基异。为了解决这些问题,出现了可溶性聚合物支取代反应中有广泛的适用性。持的催化剂和试剂,使反应在均相条件下得以进聚乙二醇作为环境友好型催化剂,近年国内行。 Wenthworth等m合成了PEG支持的三氟甲磺PEG与微波结合应用于有机合成的研究也有许酰化试剂,该试剂可有效地对芳基酚和烯醇锂盐多,罗军等2运用PEG6000作相转移催化剂从进行三氟甲磺酰化反应。对硝基氯苯合成对硝基氟苯,微波加热的反应速SO-CF3率是常规加热的近3倍,对硝基氟苯的收率为91.6%。同样,在微波加热下邻硝基氯苯、2,5-二FCO.0氯硝基苯和3,4二氯硝基苯的卤素交换氟化反应速率分别提高到常规加热的6倍、24倍和52倍,产物邻硝基氟苯5-氯2-氟硝基苯和3氯4Pozi等冾成了聚乙二醇支持的 TEMPO作氟硝基苯的收率分别提高到792%、667%和82.8%为可回收的催化剂,能够高效地对醇进行选择性此外K. Solanki2,H.S.P.Rao20等在微波技氧化。术和聚乙二醇结合应用于有机合成也有研究。OMs + HN-o.3.2聚乙二醇与超声波技术结合20世纪20年代,研究发现超声波对有机反应有加速作用。近年来,许多化学工作者将超声辐射与相转移催化技术相结合引入有机合成中。两相技术互为补充,极大地提高了反应产率,成3聚乙二醇与新技术的结合倍地缩短了反应时间,降低了反应条件2。3.1聚乙二醇与微波技术结合李记太等在硼氢化钠对二苯酮的还原中,微波应用于有机合成的研究始于1986年,以聚乙二醇为潜溶剂可使反应的温度降低,使还Gedye等通过比较常规条件与微波辐射条件下原剂的用量降低。施加超声波作用,聚乙二醇为潜溶剂,室温反应5mn即可使产品达到或接近进行酯化水解、氧化等反应,发现在微波辐射下,经典方法于乙醇中回流05h的收率反应得到了不同程度的加快,而且有的反应速度加快了几百倍,从此形成了一个新科学领域超声波技术应用于相转移催化的研究相对MORE化学(微波诱导催化有机反应化学)。微波较少,超声波的优越催化反应性能使其在有机合辐射应用于相转移催化反应,既可以改善反应条成中的应用前景十分广阔。件,又可以提高产率。人们主要提出“热效应”和4结语与展望“非热效应”两观点对其加热机理加以解释。E. Colacino等选择PEG3400作为碳酸铯(1)聚乙二醇(PEG)作为相转移催化剂的催和氧化亚铜的溶剂,在微波加热下制成纳米粒子化效果虽然不如季铵盐但是它具有价廉、易得催化剂体系,用此催化剂催化如下反应:无毒、易生物降解、易除去和易回收、可以多次利用、在非强酸条件下热稳定性好的特点,所以在Cuo. 1 equivCsCO3 2.0cquiv实际生产中具有季铵盐不可比拟的优越性。PEG3400 M\(2)聚乙二醇相转移催化合成条件中对搅拌的要求比较中国煤化工与水相的接触,加快离子CNMH速率。但工碘苯在微波辅助下150℃反应h,产率可达程放大时,其搅拌的类型有很大的不同,效果也88%,二次回收后产率更可达98%而在传统的油大不同。但近年来发现超声波是一种很有效的搅第2期赵匡民等:聚乙二醇在有机合成中的应用研究进展17拌方式,所以超声波相转移催化的研究可能是近[14] Totten G E, Clinton NA, Matlock P L poly( ethylene期研究的热门方向。glycol )and derivatives as phase transfer catalysts[J].(3)聚乙二醇作为一种可溶性聚合物支持体Journal在组合化学和有机合成化学中得到广泛的应用,Macromolecular Chemistry and Physics, 1998, C38它提供了均相反应条件,并具有便于纯化和容易(1):77-142.分析的优点。因此,PEG作为支持体催化剂、15]黄仲涛工业催化剂手册[M北京:化学工业出版社剂越来越多地应用于科学研究和工业化生产中。[16] Reggelin M, Brenig V,Zrc. Asymmetric aldol参考文献:Reactions on a Soluble Polymeric Support [J][1] Y R Jorapur, et al. Poly(ethylene glycol)(PEG )as anOrganic Letters, 2000, 2 531-533efficient and recyclable reaction medium for the[17] Wentworth A D, Wentworth P, Mansoor F, Janda Ksynthesis of dibenz [b, f]-1. 4-oxazepine. TetrahedronD. A Soluble Polymer-Supported Triflating Reagent: ALetters,2008,49:1495-1497High-Throughput Synthetic Approach to Aryl and Enol[2]田庆伟.聚乙二醇800相转移催化合成NN二乙基Triflates[J] Organic Letters,2000.2: 477-480苯胺的研究[J当代化工,2005,34(2):109-11[18] Pozzi G, Cavazzini M, Quici S, Benaglia M. Poly[3]田庆伟.聚乙二醇400相转移催化合成NN-二乙基(ethylene glycol )-Supported TEMPO: An Efficient苯肢的研究[J化学世界,2004,(12):654656Recoverable Metal- Free Catalyst for the Selective[4]田庆伟.聚乙二醇500相转移催化合成NN二乙基Oxidation of Alcohols [J]. Organic Letters, 2004,6苯胺[J大连交通大学学报,2010,31(1):77-80(3):441443[5]田庆伟.聚乙二醇10000相转移催化合成NN二乙基[19] Gedye R, Smith F, Westanay K,etal. 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