反应型高分子材料

二环己基碳二亚胺
二环己基脲
CH2CH
n
DCC
DCU
CH2OCO CHNHCO CHNHR2 R1 R'1
说明：


源自文库
3. 加另一氨基酸分子（另一反应物）及缩合剂，得到一肽键： HOCO-CH-NH-[保护基] (一般用DCC（二环己基碳二亚胺）除水)
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固化键（苄酯键）的断开用HBr和醋酸混合液；氨基保护基的断开用HCl 和醋酸混合液； 每步反应后皆分离出中间体小球； 每加入氨基酸皆过量，使小球充分反应。
Catch amine Non basic impurities 4
1
2
3
Heterogeneous reaction
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（4）简化了后处理工艺和产品纯化： 在反应完成后可方便地借助固-液分离方法将高分子试剂或高 分子催化剂与反应体系中其他组分相互分离。
2、高分子化学反应试剂
高分子试剂的分类 Classification of polymer reagents
CHO + CHO n-Bu Sn H H CH2OH 14% CH H2 C
n
CH2OH +
CH2OH
CHO 86%
2.2 高分子酰基化试剂
高分子酰基化试剂的作用

高分子酰基化试剂的特点
O O-C O NH C C-O-C O O
醇‐ 酯 胺‐酰胺 酸‐酸酐
OH 高分子酰基化试剂 NH2 COOH
通过侧链反应在 聚合物骨架上引 入活性功能基
硫醇型高分子氧化还原试剂的优点及应用
优点——较小分子的硫醇易氧化 应用——可将二硫化合物和蛋白质中间的二硫健 断裂，还原成巯基

• 二茂铁（dicyclopentadienyl iron）是一种金属有机化合物。常温下 为橙黄色粉末，有樟脑气味。熔点172oC-174oC，沸点249 oC， 不溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。与酸、 碱、紫外线不发生作用，化学性质稳定，400oC以内不分解。
2 P ‐RSH +R1‐S‐S‐R2 P ‐RS‐SR‐ P + R1‐SH + R2‐SH
C、二茂铁型高分子氧化还原试剂的制备
引入乙烯基聚合 在强碱作用下直接聚合
（2）高分子氧化试剂
小分子氧化剂：不稳定，易爆，易燃，易分解失效， 有的毒性大并且气味难闻，贮存、 运输、使用困难 高分子氧化剂：稳定性好， 贮存、运输、使用方便
CH2CH n
CH2CH
n
CH2CH
CH2OCO CHNHCO CHNH CO CHNHR2
n

R1
R'1
R''1
5. 加酸，使苄酯键酸解，将多肽从载体上脱下，同时脱保护基：
O N H

2. 加酸，氨基脱保护：
CH2CH H+ n R'1 HOOC-CHNHR2 DCC CH2OCO CHNH2 R1
（5）可提供在均相反应条件下难以达到的反应环境 将某些反应活性结构有一定间隔地连接在刚性高分子骨架 上，使其相互之间难以接触，可以实现常规有机反应中难以达到 的所谓“无限稀释”的条件。 （6）可应用于组合化学合成，实现化学反应的自动化。
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2.1 高分子氧化还原试剂
氧化还原反应： 失去电子的反应叫氧化反应； 得到电子的反应叫还原反应； 凡是有电子得失的反应就叫氧化还原反应。 某元素失去电子 （或电子对偏离) 某元素得到电子 （或电子对偏向) 还原反应 氧化剂 还原剂 氧化反应

（1）氧化还原型高分子试剂
具有可逆的氧化还原特性
醌型 硫醇型 吡啶型 二茂铁型 多核芳香杂环型
2
A、醌型高分子氧化还原试剂
P HO 二氢醌 OH P O 醌

醌型高分子氧化还原试剂的应用
O
均二苯肼氧化脱氢制备偶氮苯
NH NH
高分子醌试剂 催化剂
O
N
N

醌型高分子氧化还原试剂的制备
OH R1 R2 R3 Br OH CH3CH2OCH=CH2 R1 R2 O O R3 Br O n-C4H9Li O
CHCH2




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基本原理及步骤 1. 一个氨基酸分子（反应物）通过与载体上功能基的反应固定于 载体，形成固化键（苄酯键）：
保护基 R1 HOOC-CHNHR2 碱 CH2Cl CH2OCO CHNHR2 R1
N C N H2O N H

4. 重复2、3步，按指定次序增加氨基酸链节，直至合成所需多肽： …
三溴化硼 脱保护 对甲氧基苯乙烯 具有很强酰基化能力的 高分子活性酯反应试剂
制备方法实例
聚对羟甲基苯乙烯 高分子酸酐型酰基化试剂
乙二酰氯
对乙烯基苯甲酸
对氯甲基邻 硝基苯酚
3、高分子载体上的固相合成

问题的提出：合成多肽等的有机合成反应步骤复 杂、难于分离、总产率低、周期长。 1963, Merrifield首次提出。（1984, Nobel 化学奖） 含义：采用不溶于反应体系的低交联度高分子材 料作为载体，将反应试剂通过与高分子上活性基 的反应固定于其上。反应过程中中间产物始终与 载体相连，从而使有机合成在固相上进行。反应 完成后再将产物从载体上脱下。
高分子锡还原试剂的制备
高分子锡还原试剂的应用
CHO O C O
苯甲醛
苯甲酮
n
H2 C CH
叔丁基甲酮
H Sn H n-Bu OH
OH CH2OH
优点及相关用途

稳定性好 无气味 低毒性 还原某些羰基化合物 选择性还原二醛中的一个 定量的将卤代烃中的卤素转变为氢
选择性还原二醛化合物


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优势： 分离纯化步骤简化； 反应总产率高； 合成方法可程序化、自动化进行。 意义：可进行分子设计，合成有特定序列的高分子 含124个氨基酸残基的核糖核酸酶A（1969 Merrifield） 含188个氨基酸残基的人类生长激素 应用领域： 有机合成； 生物活性大分子蛋白质、低聚核苷酸、酶、寡糖等的 定向合成
使氨基酸发生氧化降解，生成醛
R CH NH2 C OH
加成反应
O
O R1 R2
O R3
-
ROH
O R1 R2
O
O R3 OH
KOH
稳定性——为保证良好的 稳定性，苯环上的氢原子 应由其它基团所取代，因 为试剂处于醌型氧化态时， 易受自由基进攻，引起交 联反应。 溶胀性和润湿性——为 了有利于反应的顺利进 行，可在聚合物结构中 H C CH n 引入磺酸基或者季铵盐 OH 基团来改善试剂的溶胀 R 性和润湿性。 R
高分子化学反应催化剂：通过聚合、接枝、共混等 方法将小分子催化剂高分子化，使具有催化活性的 化学结构与高分子骨架相结合，得到的具有催化活 性的高分子材料。


酸碱催化用的离子交换树脂 聚合物氢化和脱羰基催化剂 聚合物相转移催化剂 聚合物过渡金属络合物催化剂 固定化酶




均相化学反应 Homogeneous reaction ——在化学反应中原料、试剂、催化剂相互溶解，在反应体系中处 于同一相态 优点：均相反应中，物料充分接触，反应速度较快，反应装置简单。 缺点：产物的分离、纯化等造成一定困难。 多相化学反应 Heterogeneous reaction ——在化学反应中原料、试剂、催化剂至少有一种在反应体系中不 溶解或不混溶，反应体系不能处于同一相态中 优点：产物的分离、纯化，催化剂的回收等过程比较简单、快速。 缺点：化学反应在两相界面进行，反应速度受到物料的扩散速度控 制，反应速度较慢。
固相合成
固相合成的基本原理及步骤 —多肽的合成

多肽合成中的载体： （氯甲基化苯乙烯-二乙烯基苯）共聚物： 载体选择的原则：
不溶于普通溶剂； 有一定刚性和柔性，机械稳定性好； 功能基分布均匀，可定量分析； 功能基易被反应试剂接近； 固相无副反应； 易于再生，重复使用。
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CH2CH
n
CH2CH
CH2Cl
高分子试剂与高分子催化剂的优越性
（1）提高试剂稳定性和安全性： 高分子骨架的引入对功能基具有一定的屏蔽作用，可大大提 高其稳定性；其次高分子化后可大大减小试剂的挥发性，提高
仅用简单的过滤就可以达 到分离的目的，并且高分 子试剂回收再生。
安全性。 （2）有利于贵重试剂和催化剂回收、再生和重复使用: 可降低成本和减少环境污染。 （3）化学反应的选择性更高: 利用高分子载体的空间立体效应， 可实现立体选择合成及分离。
常用于有机合成中活泼官能团的保护，也可用于极性 产物的气相色谱分析、天然产物有效成分的分离提取。
高分子活性酯—用于合成多肽： 高分子酸酐
H2 C H2 C
主要应用于多肽的合成
Protein
CH
n
CH
n
NO2 OCOR
NO2 CH2O C O C O O
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制备方法实例
高分子活性酯的合成 高分子酸酐的合成
可以通过简单的方法再生
B、硫醇型高分子氧化还原试剂
2 P -RSH 氧化 还原 P -RS-SR- P + 2H + 2e
+
C、二茂铁的发现和结构
20世纪50年代合成出一种新物质Fe(C5H5)2， 称二茂铁，两个环戊烯基与一个Fe原子形成 夹心面包式的分子结构，西方俗称三明治结 构。
硫醇型高分子氧化还原试剂的制备
二茂铁型高分子氧化还原试剂使用时的颜色变化
CH
氧化 Fe 还原 Fe
+
H2 C
n
COOOH
3
高分子过氧酸的制备
高分子过氧酸的应用 使烯烃氧化
CH CH2 CH CH2
n
CH CH2
n
(1) Mg, THF (2) Se (3)H+
n
Se Cl 氧化反应 Se O
聚合反应
NaBH4
Cl
SeH
SeH
（3）高分子还原试剂
2 2 1
高分子醌试剂 催化剂
RCHO + NH3 + CO2

以廉价的乙烯制取重要的化工原料——乙醛。 将硫化氢吸收氧化为单质硫，可在环保方面得到应用。
消去反应
O O
O
O
O R1 R2
O R3
CH
H2 C
n
O R2 O
polymerization
O O O
R3 O R1
H+
R3 HO
deprotection
根据反应的类型，反应的活性以及聚合物上负载的试剂类型分 （According to the reaction type, reaction activity and supported reagents）—— 氧化还原型 Polymer bound oxidizing- reducing reagents 卤代试剂 Polymer bound halogenating reagents 酰基化试剂 Polymer bound acylating reagents 烷基化试剂 Polymer bound alkylating reagents 亲核试剂 Polymer bound nucleophiles 亲电试剂 Polymer bound electrophiles 固相合成试剂 Polymer reagents for solid phase organic synthesis ……
均相催化反应：催化剂完全溶解在反应介质中， 反应体系成为均匀的单相。 充分接触，反应快速进行； 需要复杂的分离纯化步骤，将产品和催化剂等物 质分开 多相催化反应：催化剂不用反应介质混溶而自成 一相。 通过简单的过滤可将催化剂和其他物质分开 反应速度较慢。
本章内容
第二章
反应型高分子材料
Reactive Polymer
概述 高分子试剂Polymer Reagents 高分子催化剂Polymer Catalysts 固相合成试剂 固定化酶
1、概述


反应型高分子材料：具有化学活性，且应用在化学反 应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分 子催化剂两大类。 基本概念 高分子化学反应试剂：小分子试剂经过高分子化，或 者在聚合物骨架上引入反应活性基团，得到具有化学 试剂功能 的高分子化合物。(消耗自身) 高分子氧化还原试剂 高分子磷试剂 高分子卤代试剂 高分子烷基化试剂 高分子酰基化试剂 3 固相合成试剂
一般有机合成步骤 General organic synthetic process
过滤 萃取 离心 升华 蒸馏 重结晶 柱层析 膜分离 色谱分离 均相化学反应 Homogeneous reaction

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使用高分子试剂的有机合成Organic synthetic process using polymer reagent
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低聚核苷酸的合成
降解 核酸 多聚核苷酸 核苷酸 （基本结构单元） 分解 核苷 分解 碱基-戊糖 磷酸

将5位羟基和碱基氮保护的核苷通过3位与固相载体相连 在酸性条件下脱保护 活化处理的核苷酸单体与糖基-5-羟基发生偶联反应 将亚磷酸三酯转换为稳定的磷酸三酯 重复上述步骤。
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4、 高分子催化剂 polymer catalyst