无溶剂有机合成.ppt

第五讲
无溶剂有机合成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。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。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。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。无溶剂反应主要采用如下方法：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。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。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。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。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。四、无溶剂有机合成的反应方法及实例又如烯胺类物质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：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。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。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･NH2CH2CH2NH2)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。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。2、不对称合成中的Wittig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。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。2、醛酮缩合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%。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