低温固相合成.ppt

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(2) 无化学平衡
根据热力学知识, 若反应
发生微小变化 ,则
引起反应体系吉布斯函数改变为
若反应时在等温等压下进行的, 则 而该反应的摩尔吉布斯函数改为 它是反应进行的推动力源泉
,从
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(3) 拓扑化学控制原理
我们知道,溶液中反应物分子处于溶剂的包围中,分 子碰撞机会各向均等,因而反应主要由反应物的分子结构 决定。但在固相反应中,各固体反应物的晶格是高度有序 排列的,因而晶格分子的移动较困难,只有合适取向的晶 面上的分子足够地靠近,才能提供合适的反应中心,使固 相反应得以进行,这就是固相反应特有的拓扑化学控制原 理。
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低温固相合成发展
我国的一些科学工作者在低温固相合成方面也作来许多 开创性的工作。例如,1988年,忻新泉等开始报道“固态 配位化学反应研究”系列,探讨了室温或近室温条件下固固态化学反应。1990年开始合成新的原子簇化合物,并测 定了数以百计的晶体结构。
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低温固相合成发展
节能、高效 清洁、经济”“
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固相合成方法的原理
我国学者忻新泉领导的研究小组于1988年开始报导“固 态配位化学反应研究”系列,对室温或近室温下的固相配 位化学反应进行了比较系统的研究,探讨了低热固相反的 机理,提出低热固相反应为扩散-反应-成核-产物晶粒生 长四个过程。
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3、固相合成方法的适用范围
1、合成原子簇化合物
们的晶体结构;
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固相合成方法的适用范围
4. 合成固配化合物 用低热固相反应的方法可以方便地合成CoCl2,NiCl2,
CuCl2,MnCl2等过渡金属卤化物与芳香醛的配合物,如对二 甲氨基苯甲醛(p-DMABA)和CoCl2·6H2O通过固相反应可以得到 暗红色配合物Co(p-DMABA) 2Cl2·2H2O。
KOH,25℃,1d
p Cl Ph CHO
p Cl Ph CH2OH p Cl Ph COOH
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2.重排反应 Meyer-Schuster重排反应:在固体状态下,将等物质的量 的炔丙基醇和对甲基苯磺酸(TsOH)粉末混合物在50℃下放 置2~3h,可发生TsOH催化的Meyer-Schuster重排反应,得 到重排产物醛,反应式为:
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低温固相合成发展
1993年Mallouk教授在《science》上发表评述:“传统固 相化学反应合成所得的是热力学稳定的产物,而那些介稳 中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在, 它们在高温时分解或重组成热力学稳定的产物。为了得到 介稳固态相反应产物,扩大材料都选择范围,有必要降低 固相反应温度。
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固相合成方法的适用范围
7.合成非线性光学材料 非线性光学材料的研究是目
前材料科学中的热门课题。近十 多年来,人们对三阶非线性光学 材料的研究主要集中在半导体和 有机聚合物上。
非线性光学性能进行系统
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固相合成方法的适用范围
8.纳米材料 低热或室温固相反应法还可制备纳米材料,它不仅使合成
工艺大为简化,降低成本,而且减少由中间步骤及高温固相反 应引起的诸如产物不纯、粒子团聚、回收困难等不足,为纳米 材料的制备提供了一种价廉而又简易的全新方法。
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酚的氧化及醌的还原反应:如将等物质的量的氢醌及硝 酸铈(Ⅳ)铵混合后,共同研磨5-10min,然后室温放置2d, 高产率地得到氧化产物醌。若在超声辐射下2h即完成反应, 且产率又有所增加。若将醌与过量的连二亚硫酸钠共同研 磨,醌被还原,得到相应的氢醌。
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Cannizzaro反应:在固体状态下,一些无α-氢原子的芳 香醛在KOH的作用下发生分子内的氧化还原反应(歧化反 应,此即Cannizzaro反应),高产率地得到歧化产物。例 如:
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固相合成方法的概念
固相反应
高热固相反应
中热固相反应
低热固相反应
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固相合成方法的概念
高热固相反应:反应温度高于600 ℃。传统固相反应通常是指高温 固相反应。 中热固相反应:由于一些只能在较低温度下稳定存在而在高温下分 解的介稳化合物,在中热固相反应中可使产物保留反应物的结构特
征,由此而发展起来的前体合成法、熔化合成法、水热合成法的研
容易控制,在通常情况下仅需要反应物在玛瑙中研磨即可。
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1.反应过程
• (1)潜伏期 • (2) 无化学平衡 • (3) 拓扑化学控制原理 • (4) 分步反应 • (5) 嵌入反应
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(1)潜伏期
多组分固相化学反应开始于两相的接触部分,反应产物 层一旦生成,为了使反应继续进行,反应物以扩散方式通过 生成物进行物质输运。同时,反应物只有集积到一定大小时 才能成核,而成核需要一定温度,低于某一温度Tn,反应则 不能发生,只有高于Tn时反应才能进行。这种固体反应物间 的扩散及产物成核过程便构成了固相反应特有的潜伏期。
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3. 偶联反应 酚的氧化偶联:将酚溶解后加入至少等物质的量的Fe(Ⅲ) 盐进行反应,但经常由于副产物醌的形成而使产率较低。 但该反应固相进行时,反应速率和产率等均有增加,辅以 超声辐射,效果更好。甚至催化剂量的Fe(Ⅲ)盐便可使反应 完成。反应式如下:
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4. 缩合反应
将等物质的量的芳香醛与芳香胺固态研磨混合, 在室温或低热温度下反应可以高产率地得到相 应的Schiff碱,酸可以催化该固相缩合反应。反 应式如下:
2、合成新的多酸化合物

3、合成新的配合物


4、 合成固配化合物


5、 合成配合物的几何异构体
使

6、合成反应中间体


7、 合成非线性光学材料
8、纳米材料 9、合成有机化合物
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固相合成方法的适用范围
1.合成原子簇化合物 传统的Mo(W,V)-Cu(Ag)-S(Se)簇合物的合成都是在溶液
中进行的。低热固相反应合成方法利用较高温度有利于簇合 物的生成,而低沸点溶剂(如CH2Cl2)有利于晶体生长的特 点,开辟了合成原子簇化合物的新途径。
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固相合成方法的适用范围
5. 合成配合物的几何异构体 近年来的研究发现,低热固相化学反应若能进行,多数比 溶液中表现出更高的反应效率和选择性。根据这一研究结 果,利用下列两个室温固相化学反应,成功的分别一步制 备了顺、反甘氨酸铜的两个异构体:
Cu OH 2
Hgly R.TCis-Cu gly 2
材料合成与制备
低热固相合成
目录
低热固相合成发展 低热固相合成反应原理 低热固相化学合成反应工艺 低热固相合成应用实例
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低温固相合成发展
直到1912年,Hedvall在Berichte 发表了“关于林曼绿”(C oO和ZnO的粉末固体反应)为题的论文,有关固相化学的历 史才正式拉开序幕。 1963年,Tscherniajew等首先用K2[PtI6]与KCN固-固反应, 制取了稳定产物K2[Pt(CN)6]。
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在室温下研磨苯乙酮、对甲基苯甲醛和NaOH糊状物 5min,变成浅黄色固体,纯化后得4-甲基查尔酮。 芳香醛与乙酰基二茂铁(FcCOMe)也易发生上述的固 态缩合,得到相应的查尔酮:
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5.Michael加成反应
吡 唑 啉 酮 、 吲 哚 等 含 活 泼 CH 的 氮 杂 环 化 合 物也可与α,β-不饱和化合物发生固态Michael加 成反应。反应选择性高,是一种制备同碳上含多 个杂环基团的有效方法。
应用低热固相反应方法可以方便地合成单核和多核配合物
[C5H4N(C16H33)]4[Cu4Br8]

Hale Waihona Puke Baidu
[Cu0.84Au0.16(SC(Ph)NHPh)(Ph3P)2Cl] , [Cu2(PPh3)4(NCS)2] ,
[Cu(SC(Ph)NHPh)(PPh3)2X]
(X=Cl,Br,I)

[Cu(HOC6H4CHNNHCSNH2)(PPh3)2X](X=Br,I)等,并测定了它
H2O+H2O
Cu Ac 2
2Hgly R.Ttans-Cu gly 2
H2O+2HAc
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固相合成方法的适用范围
6.合成反应中间体 利用低热固相反应分步进行和无化学平衡的特点,可以通
过控制固相反应发生的条件而进行目标合成或实现分子组装, 这是化学家梦寐以求的目标,也是低热固相化学的魅力所在。
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1. 氧化还原反应
Baeyer-Villiger氧化反应:如在固体状态下,一些酮与 间氯过氧苯甲酸的Baeyer-Villiger氧化反应比在氯仿溶液 中反应快,产率高,反应式为:
R1COR2 m ClC6H4CO3H R1CO2R2
氢化还原反应:如将固态酮与10倍摩尔量的NaBH4研磨, 发生固相还原反应,高产率地得到相应的醇。此外,该反 应还具有液相反应所不存在的立体专一性。
配比等条件,实现分步反应,得到所需的目标化合物。
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(5) 嵌入反应
具有层状或夹层状结构的固体,如石墨、MoS2、TiS2 等都可以发生嵌入反应,生成嵌入化合物。这是因为层与 层之间具有足以让其它原子或分子嵌入的距离,容易形成 嵌入化合物。固体的层状结构只有在固体存在时才拥有, 一旦固体溶解在溶剂中,层状结构不复存在,因而溶液化 学中不存在嵌入反应。
究特别活跃。 低热固相反应:反应温度降至室温或接近室温。因而,低热固相反 应又叫室温固相反应,指的是在室温或近室温(≤100℃)的条件下, 固相化合物之间所进行的化学反应。
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2、固相合成方法的原理
国际上:90年代中期,Kaupp等通过原子力显微镜观察有机 固相反应,提出了三步反应机理: 相重建(phase rebuilding) 相转变(phase transformation) 晶体分解或分离(crystal disintration or detachement)
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6.醇的脱水或成醚反应
醇的酸催化脱水反应在固态下进行更加有效。 室 温 下 , 将 醇 (Ⅰ) 在 HCl 气 氛 中 保 持 5.5h 或 用 Cl3CCOOH处理5min,可高产率地得到分子内 脱水产物:
PhArC(OH)CH2R PhArC CHR
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低热固相合成生产设备
低热固相反应的温度很低,一般在小于100℃。低热固 相反应由于没有溶剂参加反应,因此其制备工艺简单,参数
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低热固相合成工艺种类
• ⑴中和反应; • ⑵氧化还原反应; • ⑶配位反应; • ⑷分解反应; • ⑸离子交换反应; • ⑹成簇反应; • ⑺嵌入反应; • ⑻催化反应;
• ⑼取代反应; • ⑽加成反应; • ⑾异构化反应; • ⑿有机重排反应; • ⒀偶联反应; • ⒁缩聚和缩合反应; • ⒂主客体包合反应。
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固相合成方法的适用范围
9. 合成有机化合物 众所周知,加热氰酸铵可制得尿素(Whler反应),这是
一个典型的固相反应,可恰恰又是有机化学诞生的标志性反应。 然而,在有机化学的发展史上扮演过如此重要角色的固相反应 本身却被有机化学家们遗忘殆尽,即使在找不到任何理由的情 况下,亦总是习惯地将有机反应在溶液相中发生,这几乎已成 了思维定势。
低温固相合成
随意将高氯酸 盐或含硝基化合物
与其他物质研磨 可能会出带来意外
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1、固相合成方法的概念
固相合成方法:指那些有固态物质参加的反应。也就是 说,反应物必须是固态物质的反应,才能称为固态反应。 固相反应不适用溶剂,具有高选择性、高产率、工艺过 程简单等优点,是人们制备新型固体材料的主要手段之 一。
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(4) 分步反应
溶液中配位化合物存在逐级平衡,各种配位比的化合物 平衡共存,如金属离子M与配体L有下列平衡(略去可能有 的电荷):
M L
ML LML2 LML3 LML4 L……
各种型体的浓度与配体浓度、溶液pH等有关。由于固相化学
反应一般不存在化学平衡,因此可以通过精确控制反应物的
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2.影响因素分析
(1)固体结构对其反应性的影响 固体反应发生与否或反应的速率与反应物晶体的结构密
切相关。固体反应活性与结构间的关系: 零维结构>一维结构>二维结构>三维结构
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固相合成方法的适用范围
2. 合成新的多酸化合物 多酸化合物因具有抗病毒、抗癌和抗艾滋病等生物
活性作用以及作为多种反应的催化剂而引起了人们的广 泛兴趣。这类化合物通常由溶液反应制得。目前,利用 低热固相反应方法,已制备出多个具有特色的新的多酸 化合物。
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固相合成方法的适用范围
3. 合成新的配合物
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