绿色化学绿色溶剂

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
• 以水为溶剂的两相催化方法 • 使用水溶性的均相催化剂,与有机反应物组
成两相催化体系,在界面进行反应。 • 反应条件温和、活性高、选择性好。 • 反应产物易分离 • 避免有机溶剂对环境的污染
安息香缩合反应 Michael加成反应
形成C-O键
烯烃的氢甲酰化反应
•生产增塑剂用丁醇和异辛醇的最主要方法 •80年代以前,使用溶于有机溶剂的Co或Rh催化剂 •1984年德Ruhrchemie AG公司,水溶性HRh(CO)(TPPTS)3 为催化剂的两相体系。 •TPPTS:间-三苯基膦三磺酸钠
第八章 绿色转化方法
无毒无害原料 可再生资源
原子经济反应 高选择性反应
环境友 好产品
绿色反应条件
无毒无害 催化剂
无毒无害 溶剂
电化学方法
自由基反应 • 传统方法:使用过量的三丁基锡烷。原子使用率低,锡试
剂有毒。 • 改进:维生素B12催化、电化学还原
光波促进有机反应
• 周环反应 • 烯烃的光化学反应 • 芳香族化合物的光化学反应 • 酮的光化学反应 • 光氧化、光还原、光消除反应
超声波促进有机反应
• 频率在20kHz~1000MHz的声波 • 超声空化:在超声波作用下激活或产生空化泡
(微小气泡或空穴)以及空化泡的振荡、生长、 收缩及崩溃(爆裂)等亦系列动力学过程。 • 均相、多相,主要是多相
多组分反应
& 串联反应
多米诺效应
在一个相互联系的系统中,一个很小的初始能量就可能产生一连串的 连锁反应,人们就把它们称为“多米诺骨牌效应”或“多米诺效应”。
这种技术已用于有机物在水溶液中进行 的自由基溴代反应。对环氧化反应已开发出 一种半连续的滴流床反应器。这是消除挥发 性有机化合物(VOC)的从头治理方法。
三、离子液体
• 由含氮、磷的有机阳离子和无机阴离子所组 成,熔点低于100oC。
• 室温离子液体:在室温或室温附近温度(30 ~ 50oC)下呈液态。
• 可以简化反应步骤,加快反应速度,提高产 率和选择性。
• 转化率高,副产物少,后处理比传统反应较 为容易。
• 无溶剂操作可与超临界二氧化碳萃取等方法 相结合,进行后处理,减少有机溶剂使用量。
• 无溶剂反应有一些局限性,部分反应不能使 用此方法,对于放热剧烈的一些反应,也很 难使用无溶剂操作。
二、水溶剂
C. Mannich, W. Krosche, Arch. Pharm. 250, 647 (1912).
反应机理
反应举例
Strecker 氨基酸合成
• Synthesis of α-amino acids by reaction of aldehydes with ammonia and hydrogen cyanide followed by hydrolysis of the resulting α-aminonitriles.
超临界流体的特性
(1)密度 对比温度和压力影响超临界流体的密度。
物质的温度对其临界温度的比值 气体所处实际状态下的绝对压力与其临界压力的比值
(2)粘度 随温度升高,气体的黏度增大,而液体的黏度减少。 超临界条件下,流体的密度与液体的密度接近。
(3)扩散系数;
处于气体扩散系数和液体扩散系数之间的一个很大范围内,随温度和 压力的变化有很大的变化。
为避免传统Friedel-Crafts反应的副反应产物污染, Kraus开发了一种新方法[27],利用醛和醌的光化学 中介反应,合成苯并二氮杂卓(benzo- diazepine), 苯品(benzoepine)等环状衍生物。
微波促进有机合成
• 频率在300MHz~300GHz的电磁波 • 主要是加热,但又不仅仅是加热 • 反应速度快、产率高、产品易纯化 • 涉及有机化学各主要反应
绿色化学绿色溶剂
无毒无害原料 可再生资源
原子经济反应 高选择性反应
环境友 好产品
绿色反应条件
无毒无害 催化剂
无毒无害 溶剂
溶剂
• 反应介质、分离过程、制剂过程。。。 • 选用什么样的溶剂? • 尽可能不使用辅助物质,如须使用也应是无
毒无害的。 • 化工过程和实验室常用到有机溶剂。 • 绿色化学研究可完成相同反应的无溶剂系统
低粘度、高气体溶解度、高扩散系数,对快速化 学反应,尤其是扩散控制化学反应或包含气体反 应物的反应十分有利。
不可能再被氧化,理想的氧化反应溶剂。
超临界流体中的反应
均相反应
Diels-Alder反应
还原反应
自由基溴代反应
• 甲苯的自由基溴代反应曾用溴和NBS进行过研究, 结果表明当用溴作溴代试剂时得到的是苄基溴 (70%)和4-溴甲苯混合物;当用NBS作溴代试 剂时,甲苯定量转化为苄基溴。
离子液体的应用
• 有机合成、无机合成、电化学、化学分离等。 • Friedle-Craft反应、Diels-Alder反应、缩合反应、
氢化反应、氧化反应。。。 • 用作溶剂 • 用作催化剂
• 用作溶剂
• 用作催化剂
• 离子液体固载催化剂
• 用作萃取剂
• 捕获剂
四、超临界流体
超临界流体:物质的温度和压力分别处在其临界温度和压 力之上时的一种特殊的流体状态。
MIT(麻省理工学院)的研究人员开发了一类聚合物 溶剂,这类溶剂与常规用于化学合成、分离和清除等 过程中的溶剂有类似的溶剂化性能[23]。
这类溶剂是现在用于反应和分离过程中的溶剂的聚合 衍生物。
这种溶剂可用作反应或分离的介质。它们可用高级烷 烃稀释。
一些高聚或低聚物溶剂。例如四氢呋喃衍生物已经合 成出来了。
In /H 2 O r.t.
R -C H -C H 2 -C H = C H
Paquette证明,铟可诱导γ-羟基-γ-内酯在水 中立体选择性地烯丙基化,产率较高(93%)。这 可用于合成cembranoids 类化合物的重要中间体
铟是无毒的,不怕空气氧化,容易通过简单的电 化学方法回收,因此可重复使用,保证排出的水无 污染。
COtBu O
O R2
F3C N
R1 CN
Synlett 2007, 318–320
此外,当采用此技术时,保护基和脱保护基,以 及惰性气体保护等均不需要,操作很方便。
形成C-C键
水溶液中自由基溴代反应
New Jersey技术研究所和其他大学合作 开 发 了 一 种 多 相 反 应 器 ( Multiphase reactor),它使得药物和特殊化学品制造中 可用水作反应介质,避免采用有害的有机溶 剂[22]。
陈德恒[20]等首先报道了铟诱导在水中进行的 Barbie-Grignard反应,开创了金属铟这一较少被人 利用的元素在水溶液中催化有机物转化的研究。因 诱导反应不需要加入酸和其他促进剂,也无需使用 有机助溶剂,反应在室温下平稳进行。
R -C H O +C H 2 = C H = C H 2 X O H
• 电环化反应
周环反应
4n+2 л电子数与4n л电子数成键旋转方式相反
光照与加热成键旋转方式相反
烯烃的光化学反应
苯的光化学反应
酮的光化学反应
α-断裂
β -断裂
光氧化、光还原、光消除
二硫代保护基的可见光光敏裂解 • 传统方法:重金属催化 • 光催化
Friedel-Crafts反应的光化学方法
物料转化
Βιβλιοθήκη Baidu
超临界流体中酶的稳定性
超临界流体中酶催化的反应
超临界流体中的氧化还原反应
超临界流体中的高分子聚合反应
聚合反应
超临界流体萃取(SCFE) CO2 Tc=304.256K,Pc=7.158MPa
从咖啡豆中脱除咖啡因
从植物中提取香精油
超临界流CO2用作反应溶剂的局限性
反应完成后,产物存在于有机相,催化剂保 持在水相,通过两相分离,即可将催化剂与产 物分开,而不需要采用蒸馏方法分离回收催化 剂。
铑-膦络合物水溶液催化的丙烯氢甲酰化反应 和有机溶剂 中进行的均相催化相比,生成醛的 选择性由95%提高到99%,产物中正丁醛与异丁 醛之比由10~14提高到24以上。
每生产100kt丁醛,采用两相催化体系比均相 催化体系节约4kt丙烯,相应也节约大量合成气, 铑催化剂的消耗也显著减少。
• 按阳离子分 烷基铵阳离子、烷基鏻阳离子、烷基鋶阳离子、N-烷基吡 啶阳离子、N,N’-二烷基咪唑鎓阳离子。。。
• 按阴离子分 多核阴离子:Al2Cl7-、Fe2Cl7-、Cu2Cl3-等 单核阴离子:BF4-、PF6-、NO3-、CH3CO2-等
离子液体的合成
• 直接法:
• 两步法:
咪唑类离子液体的结构通式
多米诺反应
• 多组分反应 (Multicomponent Reaction) • 串联反应(Domino Reaction) • 一锅煮反应(One-pot Reaction)
多组分反应
• 三个或更多的混合物以一锅煮的反应方式形成一个包含所 有组分主要结构片段的新化合物的过程。
• Multicomponent Reaction,MCR • 反应过程中至少涉及两个以上的官能团,可看作是多个双
物质在超临界CO2中的溶解度 MW<400的非极性有机物,如烷烃、芳烃、酮、
醇等可溶。
高极性化合物如糖、氨基酸等则不溶。
聚硅烷和氟代聚合物可溶,其他聚合物不可溶。
盐类不溶,不能用作离子间反应的溶剂。
亲电性的,会与路易斯碱发生化学反应,不能用 作LB反应物的溶剂。
固定化溶剂(Immobolized Solvent)
这对合成直链醛、醇、酸等精细化工品是很有 用的。反应后两相容易分离,催化剂保留于水层 中可以循环使用。反应过程中基本上无废物排放, 是环境友好的氢甲酰化技术,有希望取代高压钴膦络合催化剂。
水溶液中铟催化反应
In, 49,IIIA,银白并略带淡蓝色 , mp ~156℃,d 7.3 g/cm3 (20℃)。很 软,能用指甲刻痕,比铅的硬度还低
• 完全由离子构成的有机物质。 • 不同于电解质溶液、经典熔盐。
离子液体的特性 • 导电性,溶解性 • 低蒸气压,不可燃 • 粘度比普通有机溶剂高1~2个数量级 • 电化学窗口宽 • 可设计、可选择性
熔点、热稳定性、溶解性能、粘度、电导 率等性质可通过对阴或阳离子的调整而改变
离子液体的分类
或无害溶剂系统。
一、无溶剂
• 反应必须使用溶剂吗? • 无溶剂化是解决溶剂污染的最佳方法 • 结合加热、研磨、微波、光照等条件
反应物呈液体状、产物为固体
研磨法 (ball milling)
大大缩短反应时间
微波法
•无溶剂微波反应是将反应物分散担载在氧化铝或蒙 脱土上,这些无机载体不吸收微波,可以使负载在 其上的有机分子充分吸收微波能量,激活分子从而 大大加快反应速度。
• HCN、KCN、NaCN、TMSCN
A. Strecker, Ann. 75, 27 (1850); 91, 349 (1854).
R2 N
+ HCN R1 H
Ph 1.
H tBu O N
NN OH HN
2 mol%
HO
toluene, -70 oC, 20h tBu 2. (CF3CO)2O
分子反应的组合体 • 根据多米诺规则进行的有序反应 • 尽可能使加成反应,而不是取代反应
多组分反应的优点
Mannich反应
• 具有活性氢的化合物与甲醛(或其他醛)、胺进行缩合,生产氨 甲基衍生物的反应,亦称为α-氨烷基化反应
• 活性氢化合物:醛、酮、酸、酯、腈、硝基烷、炔、酚等 • 胺:伯胺、仲胺、氨 • 酸催化(烯醇式的酮)、碱催化(酮的碳负离子)
对两相体系中长链烯烃氢甲酰化反应的研究进 一步表明了水溶性有机金属络合催化剂的优势。 因为长链烯烃氢甲酰化生成的高碳醛沸点很高, 更难以用蒸馏的方法回收催化剂,因高温下催化 剂容易失去活性。
李贤均等采用RhCl(CO)(TPPTS)2、TPPTS和阳离 子表面活性剂组成的两相催化体系,催化1-十二 碳烯氢甲酰化反应可以达到很高的活性和区域选 择性,生成的产物十三醛中正十三醛含量可高达 95%。
临界点附近,物质在超临界流体中的扩散系数变得很小。
较高对比压力下,各对比温度下扩散系数与压力的乘积近似为常数。
(4)可压缩性 (5)无毒和不燃性
超临界流体用作反应溶剂的优点
可通过调节压力来改变其密度,从而调节一些与 密度有关的溶剂性质如介电性、粘度等,从而增 大控制化学反应的能力和改变化学反应选择性的 可能性。
相关文档
最新文档