无溶剂有机合成.ppt

26
五、无溶剂有机合成反应的类型
一些较为典型的反应类型 (不再一一写出具体的 反应实例) （一）热反应 (1)氧化反应：如Baeyer-Villiger 氧化反应 (2)还原反应：如用NaBH4 使酮还原为醇 (3)Cannizzaro 歧化反应：如将醛歧化为醇和酸 (4)加成反应：如卤素和卤化氢加成，Michael 加成 (5)消去反应：如醇消去变为烯
6
利用上述方法反应之后，再根据原料及产物 的溶解性能，选择适当的溶剂，将产物从混合物 中提取出来或将未反应完原料除去，即可得较纯 净产品。所用溶剂为无毒或毒性较低的水、乙醇、 丙酮、乙酸乙酯等。 显然，上述方法中，室温下的反应能耗最少， 最为简单。其次是加热方法，能耗较高的是机械 方法。
7
三、无溶剂有机反应的优点和不足 无溶剂有机反应可在固态、液态及熔融状态下进 行，也可以超声波、微波协助反应，或通过机械 能完成。 （一）无溶剂合成的优点 1）低污染、低能耗、操作简单： 无溶剂固态有机合成中由于没有溶剂的参与，减 少了溶剂的挥发和废液的排放，也就降低了污 染；同时，熔点在150 ℃以下的有机固体原料只需 室温搅拌、研磨，不需要加热操作，因此节能、 方便；由于不用溶剂降低了生产成本。
29
选 题 无溶剂有机合成的反应实例
30
14
（三）用离子液体催化反应
以离子液体(BMIM)AlCl4 为催化剂((BMIM：1-丁 基-3-甲基咪唑阳离子)， 进行醇或酚的四氢吡喃化 反应，四氢吡喃化是多步有机合成中最常用的保 护与去保护方法。
当ROH 为环已醇时，在25 ℃反应5min，转化率 达100%。共研究了9 种醇或酚的反应，其中8 种 转化率达100% ，离子液体可用乙醚萃取并循环使 用。
10
（二）无溶剂有机合成的不足 特别是对以往使用有机溶剂较为普遍的固体物质 参与的反应，会存在如下一些问题。 1）反应能否进行？ 并非所有有机反应都能在无溶剂 条件下进行，因为固体反应物粉末混合时，异种分子 间难以接近到一个小距离(如< 1nm)，碰撞几率降低； 需要进一步研究采用什么方法促进反应的进行。
27
(6)C-C 偶合反应：[2+2] [4+2] [6+2]环加成反应，包 括Diels-Alder 加成；醛酮缩合反应；Dieckmann 缩 合反应；Grignard，Reformasky；Wittig 反应；叶 立德反应；Claisen 反应；Robinson 缩环反应； Pinacol 偶合反应；酚之间的偶合反应；炔化合物的 氧化偶合反应；C60 的加成与偶合反应。 (7)取代反应：氨解，水解，酯交换，醚化。 (8)聚合反应。 (9)重排与异构： Pinacol 重排，如二苯乙二酮转 位和邻二叔醇转位；Beckmann 重排；MeyerSchuster 重排；Chappman 重排；异构化。
9
3） 控制分子构型: 在固体中，反应物分子处于受限状态，分子构象相 对固定，而且，可利用形成包结物、混晶、分子晶 体等手段控制反应物的分子构型，尤其是通过与光 学活性的主体化合物形成包结物控制反应物分子构 型，实现了对映选择性的固态不对称合成。 (4) 提高反应效率: 无溶剂的固态或液态有机反应，由于没有溶剂分 子的介入，反应体系的微环境不同于溶液，造成 了反应部位的局部高浓度，提高了反应效率。 同时没有溶剂，可使产物的分离提纯过程变得较 容易进行。
23
蒙脱土K-10为试剂级纳米蒙脱土,系蒙皂石粘土 （包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥 片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而 成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95%。 具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料 行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高 抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等， 从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时 改善物料加工性能。 蒙脱土K-10，比表面积 240 m2/g 用途：固体路易斯酸(Solid Lewis acid)催 化剂 ，催化醚化/酯化反应。
28
（二） 光化反应 (1)二聚和聚合 (2)环化 (3)重排与异构 (4)醚化 (5)去羰基化 (6)不同分子间的光化加成 (7)不对称选择性光化反应：手性分子的不对 称选择性光化反应；非手性分子在手性包合 物中的不对称选择性光化反应； 非手性分子在其手性晶体中的不对称选择性 光化反应；等等。。。。。。
19
（五）光化反应
以吡啶酮18 为客体，化合物19 为主体形成的1:1 包接化合物，经光照吡啶酮18 发生分子内环加成 反应，得到光学纯度为100%的内酰胺20。
20
（六）用研钵研磨反应
1、二苯乙二酮(21)与2 倍量的KOH 用研钵混合研磨， 在80 ℃反应12min后，混合物用稀酸洗净，得酸22， 产率90% 。苯环上有吸电子基时反应加快，有供电 子基时反应变慢。
16
17
对环状的酮分子11 与主体8a 以1:1 的包接化合物粉 末，用NaBH4 还原，混合两种粉末，放置3d ，使 之反应，得到100ee%光学纯的(R,R)-(-)-12 分子， 收率54%～ 55% 。反应物11 分子左下角的O 原子 与主体8 形成氢键故未还原。
18
2、不对称合成中的Wittig 反应 以分子8b 或8c 为主体与酮形成的包接化合物结晶粉 末，与Wittig 试剂14 的粉末反应，不对称构型选择 性很高，见下列反应式：
(1) 室温下，用研钵粉碎、混合、研磨固体反应原 料即可反应。 (2) 将固体原料搅拌混合均匀之后或加热或静置即可， 加热时既可采用常规加热亦可用微波加热的方法 (3) 用球磨机或高速振动粉碎等强力机械方法以及 超声波的方法。 (4) 主- 客体方法，以反应底物为客体，以一定比例 的另一种适当分子为主体形成包结化合物，然后再 设法使底物发生反应，这时反应的定位选择性或光 学选择性等都会因主体的作用而有所改变或改善， 甚至变成只有一种选择。
15
（四）应用主体-客体包接化合物的方法 1、不对称还原反应 使用有光学活性的主体进行固相不对称还原反应。光 学活性的7 或8作为主体与酮9(客体)的包接化合物结 晶粉末，与硼烷乙二胺(2BH3･NH2CH2Cபைடு நூலகம்2NH2)的配 合物粉末混合，反应可得到光学活性的醇R-(+)-10， 反应的收率及光学活性见表1。
2
传统有机溶剂的优点： 1、能很好地溶解有机反应物； 2、使反应物分子在溶液中均匀分散； 3、稳定地进行能量交换。 传统有机溶剂的缺点： 1、毒性、挥发性； 2、难以回收。
3
一、无溶剂有机反应
无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应， 因为它研究的对象通常是低熔点有机物之间的 反应。 反应时，除反应物外不加溶剂，固体物 直接接触发生反应。 实验结果表明，很多固态 下发生的有机反应，较溶剂中更为有效和更能 达到好的选择性。因此，90 年代初人们明确提 出“无溶剂有机合成”，它既包括经典的固— 固反应，又包括气—固反应和液—固反应。
24
（八）在干燥器中反应 文献报道用醇27 之粉末，在干燥器中与HCl 气体接 触反应5h ，得烯28 ，产率达99-100%。
25
（九）加热静置或室温下静置反应 如2-甲基环己酮(29)与甲基乙烯基甲酮(30)在无 溶剂条件下发生Robinson 缩环反应如下
在室温下放置3h ，产物31 的产率为25%。 显然室温下静置能耗最少，最为简易；其次 是加热静置或加热搅拌；相比之下其它机械方法 能耗较高，或仪器多、操作较复杂。
第五讲 无溶剂有机合成
1
在有机化学物质的合成过程中(尤其是固体物 质参与的反应)使用有机溶剂是较为普遍的，这些 有机溶剂会散失到环境中造成污染。各国化学家 创造并研究了许多取代传统有机溶剂的绿色化学 方法。如：以水为介质、以超临界流体(如CO2) 为溶剂、以室温离子液体为溶剂等方法，而最彻 底的方法是完全不用溶剂的无溶剂有机合成。
4
二、无溶剂反应的操作方法
无溶剂反应机理与溶液中的反应一样，反应 的发生起源于两个反应物分子的扩散接触，接着 发生反应，生成产物分子。此时生成的产物分子 作为一种杂质和缺陷分散在母体反应物中，当产 物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而 完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独 立晶相。
5
无溶剂反应主要采用如下方法：
21
2、醛酮缩合反应
当23 中Ar 为p-MeC6H4 和24 中Ar’为Ph 时，与 NaOH 在室温下用研钵混合研磨5min，最初的 液状物变为淡黄色固体，加水过滤得26(对甲基 查耳酮) ，收率97% 。文献共研究了7个具体的 反应，多数情况无溶剂比在50%乙醇水溶液中 反应收率要高。
22
（七） 用超声波照射反应 文献报道用蒙脱土K-10 担载的Fe(NO3)3为氧化剂， 使伯醇、仲醇氧化为醛和酮的反应。用超声波照射， 反应时间15 ～ 60s 醛或酮的产率达87% ～ 96%。 文献报道用Al2O3 担载的醋酸钾KAc 与1-溴辛烷反应， 用超声波照射，反应时间2min，醋酸酯的产率 达99%。
8
2) 较高的选择性: 无溶剂合成为反应提供了与传统溶液反应 不同的新的分子环境，有可能使反应的选择性、 转化率得到提高。因为在固体状态下，固态分 子受到晶格的束缚，分子的构象被冻结，反应 分子有序排列，可实现定向反应，提高了反应 的选择性。 生物体内的酶催化有序反应兼有固 液相反应的双重特征。 因此，研究固态有机反 应不仅对有机化学的发展有重要的理论和实际 意义，也将为生命科学的研究提供理论依据。
12
又如烯胺类物质1 与物质2， 用球磨法反应3h ， 再加热到80°C 、5min，150°C、5min ，系统 经一系列反应得产物3：
13
（二）用高速振动粉碎法反应
是比球磨法更强的机械作用方法，在密封的不锈 钢制反应器中加入不锈钢球，反应器以3500rpm 的转速旋转，使加入的物质发生反应。 如C60 的(2+2)加成生成二聚体C120 的反应，是将 C60 与KCN 或KOAc、K2CO3 及微量的Li或Na、K 等碱金属一起进行高速振动粉碎条件下的反应，无 机物是作触媒的，反应30min 达到平衡，二聚体含 量为30%。
2）散热问题：有些无溶剂反应在固体状态下进行，反 应系统无流动性，反应放出的热量难以散失，大规模 的生产比较困难。 3）分离问题： 如果反应不是定量完成，仍有分离问 题，又有可能使用有机溶剂。
11
四、无溶剂有机合成的反应方法及实例
（一）用球磨法反应 在圆筒形金属制反应器中加入金属球和要 进行反应的物质，使反应器旋转，进行研磨以 实现反应。 为除去环境污染物中的有害有机氯化物， 如DDT（双对氯苯基三氯乙烷 (ClC6H4)2CH(CCl3)） 、 PCB（多氯化联(二)苯） 、氯苯、二恶英等把污 染物与Mg、或Ca、CaO 等混合用球磨法研磨 6h 可脱氯。