第41卷第2期化工技術與開發(fā)Vol 41 No. 22012年2月Technology development of Chemical IndustFeb 2012遲與進屬聚乙二醇在有機合成中的應用研究進展趙匡民,楊濤(四川大學化學工程學院,四川成都610065)摘要:綜述了聚乙二醇(PEG)作為一種環(huán)境友好型的相轉(zhuǎn)移催化劑溶劑和有機分子支載體在有機合成中的應用,介紹了PEG的作用原理和其與新技術結合的研究成果,并對其今后的主要發(fā)展方向進行了展望。關鍵詞:聚乙二醇;有機合成;相轉(zhuǎn)移催化劑中圖分類號:06213文獻標識碼:A文章編號:1671-9905(2012)02001404聚乙二醇(PEG)是平均分子量200以上的乙指標。季銨鹽是最常見的相轉(zhuǎn)移催化劑,其它的二醇高聚物的總稱。隨著平均分子量的增大,性有季膦鹽、冠醚、穴醚和開鏈聚醚,聚乙二醇是最質(zhì)也隨之產(chǎn)生差異,從無色無臭粘稠液體變?yōu)橄灪唵巍⒆畋阋撕妥钣行У拈_鏈聚醚的代表。狀固體。PEG作為相轉(zhuǎn)移催化劑可以歸結于它具有聚乙二醇的兩羥基具有伯醇性質(zhì),尤能進行和各種離子或分子生成絡合物的獨特性質(zhì),一是酯化和醚化反應,低分子量聚乙二醇的反應產(chǎn)物能使無機鹽或堿金屬以離子對形式遷移到有機易同油相混,高分子量聚乙二醇的反應產(chǎn)物趨于相;二是當無機鹽溶解時,在溶液中存在的抗衡水溶性。聚乙二醇是具有醚結構的大分子化合離子是溶劑化很低的“裸露”的陰離子,它的反應物,近年來在有機合成中得到了廣泛的應用?；钚陨鯙榛顫?加速了親核取代反應的進行。1聚乙二醇的相轉(zhuǎn)移催化作用1.2相轉(zhuǎn)移催化的應用1.2.1液-液相轉(zhuǎn)移催化合成相轉(zhuǎn)移催化( Phase Transfer Catalysis,簡稱二苯并[b,f]-1,4嗯唑頻( dibenz[b,f]-1,4PC),是20世紀60年代末以后發(fā)展起來的一種 oxazepine)作為一種精細有機中間體以前只在高新型合成方法,70年代起,關于PC的研究開始沸點的非質(zhì)子溶劑DMF和DMSO中高溫合成,在不斷深人,并在工業(yè)生產(chǎn)中應用。PEG為開鏈的100℃以上反應10h可以得到最高產(chǎn)率為74%聚乙二醇,作為一種環(huán)境友好型催化劑,近年的Yogesh R. Jorapur等山采用如下反應在PEG研究顯示其在液液液固、三相催化中都表現(xiàn)出400的催化下可以得到89%的產(chǎn)率,此合成反應很高的活性。有效地減少了有毒溶劑的使用并大幅度提高產(chǎn)1.1催化原理率,此實驗還對比了不同聚合度的PEG對反應的影響,發(fā)現(xiàn)在分子量小于1000時PEG得到的產(chǎn)0-R率維持在88%左右,但從PEC2000開始隨分子Nue量增加,溶液的粘度增大,溶液的混勻程度下降導致反應物無法充分接觸,得到的產(chǎn)率也下降至65%左右。相轉(zhuǎn)移催化原理圖Q=PTC其作用是在兩相反應中將不溶于有機相的CHO HNPEG, KCO,反應物帶入有機相與不溶于水相的有機反應物1000進行反應,其帶入能力就是PC催化反應的主要2a,89%中國煤化工基金項目:四川大學201年大學生科學探索實驗計劃(編號:383CNMHG作者簡介:趙匡民(1991-),男,湖南省益陽市人,研究方向:精細有機合成郵箱:zkm1991@126c0m,電話:1519667698收稿日期:20111-22第2期趙匡民等:聚乙二醇在有機合成中的應用研究進展N,N-二乙基苯胺是制備優(yōu)秀染料、藥物和彩1.2.3三相相轉(zhuǎn)移催化合成色顯影劑的重要中間體,傳統(tǒng)合成方法是將定量固載化聚乙二醇類三相催化劑自1977年的苯胺、氯乙烷放入裝有液堿的高壓釜中,夾套 Regen)首次合成并應用以來,吸引了很多人的蒸氣升溫到120℃,壓力1MPa時,停氣。其后注意,三相相轉(zhuǎn)移催化劑( triphase phase transfer由于反應熱產(chǎn)生,溫度可升到215-230℃,壓力達 catalyst,TpPC)具有比相轉(zhuǎn)移催化劑( phase4.5-5.5MPa,反應3h,出料用水汽蒸餾,得粗品, transfer catalyst,PTC)更明顯的優(yōu)點:不溶于水、加苯二甲酸酐酯化,再進行一次蒸餾得成品。酸、堿和有機溶劑,反應結束只需簡單過濾即可田慶偉2提出用聚乙二醇800(PEG800)作定量回收,并可多次重復使用,而活性不降低或相轉(zhuǎn)移催化劑,在氫氧化鈉溶液存在下,使苯胺稍降低。反應產(chǎn)物從反應體系中的分離提取也很和溴乙烷作用,合成N,N-二乙基苯胺,控制反應方便。瓶內(nèi)溫度為65℃,常壓下攪拌反應7h,產(chǎn)品產(chǎn)Regen等在1977年首次把固載PEG單甲醚率為71.5%,此方法相對傳統(tǒng)方法降低了反應的用作三相催化劑,完成了1溴金剛烷和三丁基溴溫度和壓力,在常壓低溫下實現(xiàn)了合成。同時田的水解反應,從而奠定了固載聚乙二醇類化合慶偉35也用了不同聚合度的聚乙二醇做了此合物在三相反應中應用的基礎。成實驗,都取得了不錯結果。蔡亮6用聚乙二醇400作為相轉(zhuǎn)移催化劑合H2o+HBr成1,3-二(對腈基苯氧基)丙烷。相比傳統(tǒng)的威廉森反應合成,相轉(zhuǎn)移催化大幅度提高了產(chǎn)率,達從 Regen等的研究后,國內(nèi)外都有不少人在到了72%。研究固載化聚乙二醇類三相催化劑的研究,將其1.22固液相轉(zhuǎn)移催化合成廣泛應用于醚和酯類物質(zhì)的合成12。 Totten等研究發(fā)現(xiàn),分子量小于800的PEG可以用綜述了PEG及其衍生物作為三相催化劑的各來作為固液相轉(zhuǎn)移催化劑其中PECG400的催化類研究,詳細地介紹了TPC近年的研究方向。效果最好,故研究人員大部分將PEG400用于固1.2.4其它相轉(zhuǎn)移催化合成液相轉(zhuǎn)移催化合成的研究近年來開發(fā)的氣-液相轉(zhuǎn)移催化( GL-PTC)GD. Yadav等用PEG-400固液相轉(zhuǎn)移催化是一種潛力特別大的兩相催化方法,其釆用連續(xù)對甲苯磺酰氯合成對甲苯磷酰氟,并研究了此反流程,氣體反應物流動通過荷載在固體親核試劑應的動力學和熱力學因素。發(fā)現(xiàn)在溫和的反應條上得熔融的熱穩(wěn)定相轉(zhuǎn)移催化劑PEG。近年來件30℃下,h反應可達到90%的轉(zhuǎn)化率,并全部PEG相轉(zhuǎn)移催化的研究重點在別的非典型兩相選擇性地合成了對甲苯磺酰氟反應的表觀活化反應。能為3659 kJ mol丙二酸二乙酯不僅是重要的精細化學品中2聚乙二醇支撐的有機合成反應間體,也是制備烴基丙二酸的原料,在強堿(鈉目前,分子量從3000到6000的聚乙二醇(醇鈉)作用下,可以和鹵代烴反應,生成烴基丙PEG)是液相有機合成中使用最多的可溶性聚合二酸二乙酯,然后水解為烴基丙二酸,該工藝要物支持體。求在苛刻無水條件下進行,所以限制了其應用。Reggelin等6用 MeO-PEG5000支持醛與烯徐立中等以氯化芐和丙二酸二乙酯為原料,醇鹽進行了不對稱Adl反應。通過分析,產(chǎn)物的在無水KCO3下,采用相轉(zhuǎn)移催化技術和薄層層光學純度≥97%;HPd進行均相催化反應可將析技術(TC)進行固液相轉(zhuǎn)移芐基化反應,然后產(chǎn)物醇順利地解離下來。再水解制得芐基丙二酸,在PEG-400催化下,溫00度控制在160℃,產(chǎn)率可達到7584%,反應時間縮MeoPeGO.中國煤化工短至2h。CNMHG義謝筱娟9、劉巧占0等也做了固-液相轉(zhuǎn)移催 MeOPEcO化的研究。16化工技術與開發(fā)第41卷不溶性聚合物支持的催化劑和試劑已得到浴鍋中加熱反應,其他條件不變情況下產(chǎn)率只有廣泛的應用,但由于反應在非均相體系中進行,14%。此方法高效實用,而且催化劑體系在乙醚作動力學和其他反應行為與溶液相中有較大的差用下還可以沉淀回收,在雜環(huán)化合物的N芳香基異。為了解決這些問題,出現(xiàn)了可溶性聚合物支取代反應中有廣泛的適用性。持的催化劑和試劑,使反應在均相條件下得以進聚乙二醇作為環(huán)境友好型催化劑,近年國內(nèi)行。 Wenthworth等m合成了PEG支持的三氟甲磺PEG與微波結合應用于有機合成的研究也有許?；噭?該試劑可有效地對芳基酚和烯醇鋰鹽多,羅軍等2運用PEG6000作相轉(zhuǎn)移催化劑從進行三氟甲磺酰化反應。對硝基氯苯合成對硝基氟苯,微波加熱的反應速SO-CF3率是常規(guī)加熱的近3倍,對硝基氟苯的收率為91.6%。同樣,在微波加熱下鄰硝基氯苯、2,5-二FCO.0氯硝基苯和3,4二氯硝基苯的鹵素交換氟化反應速率分別提高到常規(guī)加熱的6倍、24倍和52倍,產(chǎn)物鄰硝基氟苯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別提高到792%、667%和82.8%為可回收的催化劑,能夠高效地對醇進行選擇性此外K. Solanki2,H.S.P.Rao20等在微波技氧化。術和聚乙二醇結合應用于有機合成也有研究。OMs + HN-o.3.2聚乙二醇與超聲波技術結合20世紀20年代,研究發(fā)現(xiàn)超聲波對有機反應有加速作用。近年來,許多化學工作者將超聲輻射與相轉(zhuǎn)移催化技術相結合引入有機合成中。兩相技術互為補充,極大地提高了反應產(chǎn)率,成3聚乙二醇與新技術的結合倍地縮短了反應時間,降低了反應條件2。3.1聚乙二醇與微波技術結合李記太等在硼氫化鈉對二苯酮的還原中,微波應用于有機合成的研究始于1986年,以聚乙二醇為潛溶劑可使反應的溫度降低,使還Gedye等通過比較常規(guī)條件與微波輻射條件下原劑的用量降低。施加超聲波作用,聚乙二醇為潛溶劑,室溫反應5mn即可使產(chǎn)品達到或接近進行酯化水解、氧化等反應,發(fā)現(xiàn)在微波輻射下,經(jīng)典方法于乙醇中回流05h的收率反應得到了不同程度的加快,而且有的反應速度加快了幾百倍,從此形成了一個新科學領域超聲波技術應用于相轉(zhuǎn)移催化的研究相對MORE化學(微波誘導催化有機反應化學)。微波較少,超聲波的優(yōu)越催化反應性能使其在有機合輻射應用于相轉(zhuǎn)移催化反應,既可以改善反應條成中的應用前景十分廣闊。件,又可以提高產(chǎn)率。人們主要提出“熱效應”和4結語與展望“非熱效應”兩觀點對其加熱機理加以解釋。E. Colacino等選擇PEG3400作為碳酸銫(1)聚乙二醇(PEG)作為相轉(zhuǎn)移催化劑的催和氧化亞銅的溶劑,在微波加熱下制成納米粒子化效果雖然不如季銨鹽但是它具有價廉、易得催化劑體系,用此催化劑催化如下反應:無毒、易生物降解、易除去和易回收、可以多次利用、在非強酸條件下熱穩(wěn)定性好的特點,所以在Cuo. 1 equivCsCO3 2.0cquiv實際生產(chǎn)中具有季銨鹽不可比擬的優(yōu)越性。PEG3400 M\(2)聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化合成條件中對攪拌的要求比較中國煤化工與水相的接觸,加快離子CNMH速率。但工碘苯在微波輔助下150℃反應h,產(chǎn)率可達程放大時,其攪拌的類型有很大的不同,效果也88%,二次回收后產(chǎn)率更可達98%而在傳統(tǒng)的油大不同。但近年來發(fā)現(xiàn)超聲波是一種很有效的攪第2期趙匡民等:聚乙二醇在有機合成中的應用研究進展17拌方式,所以超聲波相轉(zhuǎn)移催化的研究可能是近[14] Totten G E, Clinton NA, Matlock P L poly( ethylene期研究的熱門方向。glycol )and derivatives as phase transfer catalysts[J].(3)聚乙二醇作為一種可溶性聚合物支持體Journal在組合化學和有機合成化學中得到廣泛的應用,Macromolecular Chemistry and Physics, 1998, C38它提供了均相反應條件,并具有便于純化和容易(1):77-142.分析的優(yōu)點。因此,PEG作為支持體催化劑、15]黃仲濤工業(yè)催化劑手冊[M北京:化學工業(yè)出版社劑越來越多地應用于科學研究和工業(yè)化生產(chǎn)中。[16] Reggelin M, Brenig V,Zrc. Asymmetric aldol參考文獻: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]田慶偉.聚乙二醇800相轉(zhuǎn)移催化合成NN二乙基Triflates[J] Organic Letters,2000.2: 477-480苯胺的研究[J當代化工,2005,34(2):109-11[18] Pozzi G, Cavazzini M, Quici S, Benaglia M. Poly[3]田慶偉.聚乙二醇400相轉(zhuǎn)移催化合成NN-二乙基(ethylene glycol )-Supported TEMPO: An Efficient苯肢的研究[J化學世界,2004,(12):654656Recoverable Metal- Free Catalyst for the Selective[4]田慶偉.聚乙二醇500相轉(zhuǎn)移催化合成NN二乙基Oxidation of Alcohols [J]. Organic Letters, 2004,6苯胺[J大連交通大學學報,2010,31(1):77-80(3):441443[5]田慶偉.聚乙二醇10000相轉(zhuǎn)移催化合成NN二乙基[19] Gedye R, Smith F, Westanay K,etal. The use of苯胺的研究[J.甘肅科學學報,2010,22(3):5761microwave ovens for rapid organic synthesis [J][6]蔡亮.聚乙二醇400催化醚化反應研究[化工中間Tetrahedron Letters, 1986, 27(3): 279-282體,2009,(8):4042.[20] E Colacino, et al. PEC3400-Cu 0-Cs,: an efficient[7]G D Yadav, P M Paranjape. Novelties of solid-liquidand recyclable microwave-enhanced catalyphase transfer catalysed synthesis of p-toluenesulfonylfor ligand-free Ullmann arylation of indole andfluoride from p-toluenesulfonyl chloride [J]. Journal ofbenzimidazole[J]. Tetrahedron, 2010, 66: 3730-3735Fluorine Chemistry. 2005, 126: 99-106.[21]羅軍,蔡春,呂春緒微波促進聚乙二醇催化鹵素交[8]徐立中,賀燕,劉宇.固液相轉(zhuǎn)移催化合成芐基丙二酸換氟化反應[J精細化工,2002,19(10):593-595的研究[門].沈陽理工大學學報,2010,29(4):71-75.[22]K. Solanki,etal. Microwave-assisted preparation of[9]謝筱娟陳傳峰,張忠書.聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化合成二affinity medium [J]. Analytical Biochemistry. 2007乙酸醋[J].化學試劑,1994,16(3):190360:123-129[0]劉巧占段慧云李同雙利用相轉(zhuǎn)移催化劑合成刃[23]H.S.P.Rao,etl. Microwave mediated facile one-pot天青[門].染料工業(yè),2002,39(2):1920synthesis of polyarylpyrroles from but-2-ene-and but-2-[11] Regen S L, Dulak L J. Am. Chem. Soc., 1977.99(2)yne-1, 4-diones [J]. Tetrahedron, 200460:16256831630[12]康汝洪.硅膠支截聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化作用的研究[24]李記太,王玉華.超聲波技術在有機合成中的應用[J].應用化學,1989,6(3):78-82[J.化學試劑,1987,9(2):98-102[3]張新迎,范學森,喬仁忠.固載化聚乙二醇三相催化[25]李記太等聚乙二醇催化下二苯甲醉的合成[J化下香豆素的合成[J離子交換與吸附,199,15學試劑,1993,15(1):61(4),374-377Application and Research Progress of PEG in Organic SynthesisZHAO Kuang min, YAO TaoCollege of Chemical Engineering, Sichuan University, CIAbstract: The application of polyethylene glycol (PEG )as a kind of中國煤化工e transfer cata-lysts, solvents and support-body in organic synthesis, were reviewedCN Results of peGcombine with new technology was introduced, the main development of application in the future was discussedKey words: PEG; phase transfer catalyst; organic synthesis