相轉(zhuǎn)移催化劑的選擇

1、428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)相轉(zhuǎn)移催化劑的選擇SELECTION OF PHASE TRANSFER CATALYSTS上海醫(yī)藥工業(yè)研究院馬維勇MA Wei-yongShanghai Institute of Pharmaceutical Industry)428醫(yī)藥工業(yè) Pharm

2、aceutical Industry 1987. 18(9)428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)是十多年來(lái)有機(jī)合成領(lǐng) 域中發(fā)展迅猛的新技術(shù)。由于其具有明顯的 優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。迄今已有不少論著發(fā) 表,出版。為便利讀者在有機(jī)合成中成功地運(yùn)用該 新技術(shù)，本文重點(diǎn)就相轉(zhuǎn)移催化劑的選擇,常 用相轉(zhuǎn)移催化劑的筒便合成方法及其回收、 分離等實(shí)驗(yàn)技術(shù)作一介紹。一、相轉(zhuǎn)移催化劑的制備實(shí)際用于相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)的催化劑只有 兩大類鐵鹽和大環(huán)聚84。1.錨鹽類催化劑錯(cuò)鹽中具有實(shí)用意義的僅季鐵鹽和季鎮(zhèn) 鹽。而考慮價(jià)格及來(lái)源的因素，季較鹽使用 最為普遍“目

3、前應(yīng)用最為廣泛的季鐵鹽有四丁基較 ifeKn-CXXCbBr, I 及HSOJ 和節(jié)基三烷基錢鹽CC6H5CH2N+R3-X, r= CH心)QHj等。其中四丁基錢硫酸氫 Ski(n-C4H0)4N+HSO4- 1J及節(jié)基三乙基俊 鹽國(guó)內(nèi)尚無(wú)市售。但這兩種催化劑均能方便 地制得。1最初由碘化四丁鞍，按以下三法制 得最近Dehmbw等又報(bào)道了一個(gè)更 簡(jiǎn)便的制法。以漠化四丁錢在二氯甲烷/水 兩相系統(tǒng)中和硫氤酸鉀交換生成相應(yīng)的硫亂(n_CgHi7)3%H2SO4gSENT竺空密出？1 _ iHOoHsOa_ _ _ 酸鹽，繼之以硫酸水解即得。(n-C4H9)4N+Br+KSCN->H2SO1(

4、n-C<H9)4N *SCN"HNHSO;> 1該法簡(jiǎn)便易行。它不僅能制備1,還可 用以制備四己較和四庚披硫酸氫鹽，具體的 方法如下：在一分液漏斗中放置濃化四丁錢48.4g (15 mmol)和二氯甲烷50 ml,然后和硫氤 酸鉀(50 mmol)濃溶液提搖三次。分出的有 機(jī)層用無(wú)水硫酸鈉干燥，滅壓蒸除溶劑后得 不含澳化物的硫氟酸四丁鐵。將其36g (12 mmol)溶于水10ml,在冷卻及攪拌下逐 漸滴加濃硫酸20 ml,. 7FC(外浴)保溫1 h, 放出的氣體經(jīng)過(guò)33%NaOH溶液及11% KOH-甲醇液吸收?；旌衔飪A入水300ml 中，并用硫酸氫鉀使此水溶液飽和。

5、二氯甲 烷提取(15mlX8),合并有機(jī)層，以硫酸鈉溶 液洗滌(5 mlx3),無(wú)水硫酸鈉干燥。除去溶 劑后，半固體殘留物以乙酸乙酹重結(jié)晶，即得 純的四丁錢硫酸氫鹽，常用于強(qiáng)域溶液的氯化或漠化節(jié)基三乙基較，更易制取。只需梧氯節(jié)或澳節(jié)和等當(dāng)nttp: /ki428醫(yī)藥工業(yè) Pharmaceutical Industry 1987. 18(9)430醫(yī)？5工亞 Pharmaceutical industry 18(町量的三乙胺在干燥丙酮中回流過(guò)夜即能制得 幾乎定S：收率的相應(yīng)季錢鹽O有時(shí)，峙別是使用活潑的鹵烷時(shí)，作為相 轉(zhuǎn)移催化劑的季錢鹽可以在反應(yīng)器內(nèi)直接制 備使用。例如，氯節(jié)和醋酸鈉水溶液,當(dāng)加

6、入 少量三丁胺時(shí)，很快生成氯化節(jié)基三丁基鐵， 它可起相轉(zhuǎn)移催化劑作用制備酷酸節(jié)酯。在 三烷基胺和氯代烷反應(yīng)時(shí)，加入胺的0.1 mol比例的澳化鈉將大大加快季錢鹽的生成 速度，尤其適宜于大規(guī)模制備。至于具有特殊陰離子的季錢鹽類相轉(zhuǎn)移 催化劑RN+Z-,例如Z=BH廠，MnO廠， Cr2O<2, OCOCH3,N3- CN-,其中若干種在 國(guó)內(nèi)須自己制備。如果所需引入的陰離子親 脂性高于被交換的陰離子，例如鹵素離子置 換硫酸氫根，毓離子賢換氯離子時(shí)，兩者的交 換并無(wú)困難。只需將季錢鹽溶于二氯甲烷中， 然后與另一陰離子的堿金屬鹽水溶液振搖即 可。用此法可制得含CN-,N3-NOa, OPh 等

7、陰離子的結(jié)晶季錢鹽催化劑。Kobler即3】 用四氛硼酸季錢鹽和其它陰離子交換以制備 各種特殊陰離子的季錢紙更常用的交換陰 離子的方法是月硫酸氫鹽，硫酸氫根幾乎可 與任何其它一價(jià)陰離子交換。Q+HSOr+NaX>2+X-'+NaHSO<氟化季鐵鹽是有用的相轉(zhuǎn)移催化劑，但 極易吸濕,不易得純品。Clark介紹了一改 良法用于制備干燥的氟化四烷基錢。將氟化 四烷基錢水溶液和三倍童硅膠混和，加入甲 醇，攪勻后蒸發(fā)至干,100°C干燥。此氛化季 鐵鹽混合物不會(huì)吸濕，可在空氣中長(zhǎng)期放置 并保持良好的催化活性。季錢鹽催化劑的精制通?？捎弥亟Y(jié)晶方 法?？偺荚訑?shù)低于16的鹽可用

8、乙醇-乙醛 或醋酸乙酯重結(jié)晶;碳原子數(shù)為1632時(shí)可 從異丙醇、乙醇或苯重結(jié)晶；而碳原子數(shù)更 多時(shí)則可從己烷或己烷-苯重結(jié)晶。2.大環(huán)聚讎類催化劑該類催化劑包括冠醮和穴狀化合物(cryptate)0即使是簡(jiǎn)單的冠醛，價(jià)格也相 當(dāng)昂貴。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)冠醴生產(chǎn)，一些常用 的冠醸可自制。18-冠住-6(2)的合成和精制皿】：在一裝有攪拌器、回流冷凝器和滴液漏 斗的3 L三頸燒瓶?jī)?nèi)加入三乙二醇112.5 g (0.75 mol)和四氫決喃600 ml0在攪拌下滴 加85% KOH 109 g和水70 ml組成的溶液。 混合物加溫反應(yīng)15 min但勿使沸騰，滴加1, 8-二氯-3,6-二氧雜辛烷140.3

9、 g在四氫咲 喃100ml中的溶液。加畢，回流攪拌18h。 冷卻,蒸除大部分四氫咲喃，存留的粘稠棕色 物用二氯甲烷500 ml稀釋后過(guò)濾除鹽。并 用二氯甲烷洗滌濾併，濾液與洗液合并，以 MgSOj干燥，蒸除溶劑,殘留物高真空蒸館可 得粗品約80 g(bp 100160°C/0.2 mmHg)。上述粗品50 g和乙JS 125 ml混合，加 熱使糊狀復(fù)合物溶解，攪拌，冷卻到室溫即析 出白色細(xì)晶。繼續(xù)在干冰/丙酮浴內(nèi)冷卻后， 濾集復(fù)合物，并移至500 ml圓底瓶?jī)?nèi)，在 0.10.5 mmHg 40°C加熱23 h除去乙 睛，即得無(wú)色的純2。由于冠醛-乙睛反合物 極易吸濕,上述操

10、作須隔絕潮濕并要求迅速。盡管冠醸絡(luò)合物作為陽(yáng)離子絡(luò)合劑有其 廣泛用途，但限于它的來(lái)源及價(jià)格，其作為 相轉(zhuǎn)移催化劑使用遠(yuǎn)不如季錢鹽。在大部分 反應(yīng)中，季錢鹽和大環(huán)聚醴的催化作用大致 相同。兩者的比較見(jiàn)下表，穴狀化合物僅左某些特殊例子中應(yīng)用。二、相轉(zhuǎn)移催化劑的選擇在中性介質(zhì)中的反應(yīng)，所用的季技鹽催 化劑應(yīng)具有玄臨的碳原于。當(dāng)在中性或酸 性介質(zhì)中試探一種新的相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)時(shí), 首先應(yīng)考慮使用硫酸氫四丁基枝或Aliquat 336Aliquat 336 結(jié)構(gòu)式為(GCJ0hN+CH3 er*。而在濃堿液中的反應(yīng)，則應(yīng)先試用氯 化節(jié)基三乙基錢固-液兩相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng), 早期催化劑多用冠瞇。實(shí)際上季錢鹽同樣

11、有 良好的作用，如乙酰乙酸乙酯在丙酮中有固 體K2CO3存在時(shí)進(jìn)行的烷化反應(yīng)。就常用的若干有機(jī)合成反應(yīng)而言，如硫 酚的S-烷化反應(yīng)，親脂性催化劑效果較好； 對(duì)稱結(jié)構(gòu)的催化劑比只具一條長(zhǎng)鏈的催化劑 作用好。在高鏈酸鹽為氧化劑的相轉(zhuǎn)移催化 反應(yīng)中，催化劑的萃取能力可能是最重要的 因素，其中漠化四丁桜效果最好。硼氫化鈉 還原般基化合物時(shí)，如選用季氮原子的B位 有未保護(hù)的輕基的季錢鹽如澳化（一）十 二烷基甲基麻黃堿，反應(yīng)速度比用其它 常用催化劑快得多。反之在其它類型的催化 反應(yīng)中，這一特殊催化劑的作用要弱得多。迄今，對(duì)特定反應(yīng)如何選用相轉(zhuǎn)移催化 劑只能依據(jù)少數(shù)經(jīng)驗(yàn)，而無(wú)一般規(guī)律可循。三、相轉(zhuǎn)移催化劑的

12、穩(wěn)定性在反應(yīng)條件下，大環(huán)聚瞇類是穩(wěn)定的化 合物，季皺鹽或季磷鹽都可能發(fā)生分解或破 壞。已知?dú)溲趸惧X，如鹵化四丁疫在較高溫 度和濃破液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生霍夫曼降解反應(yīng)， 而且有些甚至在室溫下也可發(fā)生。四、相轉(zhuǎn)移催化劑的分離和再生從反應(yīng)混合物中分離相轉(zhuǎn)移催化劑，只 需用水或水-甲醇反復(fù)洗滌，因?yàn)槎鄶?shù)情況 下，只有催化劑可溶。或向反應(yīng)混合物加入 己烷萃取反應(yīng)產(chǎn)物，也可將反應(yīng)混合物中的 有機(jī)溶劑蒸除，殘留物用水處理，用乙謎從水 溶液中萃取反應(yīng)產(chǎn)物。用硅膠柱快速過(guò)濾反 應(yīng)混合物以除去季諼鹽的方法也曾使用。為 了再生四丁基季皺鹽，可將收集的季鼓鹽溶 于二氯甲烷中，然后與過(guò)量的碘化鈉濃溶液 在pH<3時(shí)

13、振搖，除去溶劑后所得的碘化四 丁桜可用甲基乙基痢重結(jié)晶。.欲從反應(yīng)混合痕中回收18-冠醸-6,可 將反應(yīng)混合物用酸化的飽和氯化鉀譜液反復(fù) 洗滌,合并的洗滌液蒸干后，固體殘留物以二 氯甲烷反復(fù)提取。提取液經(jīng)干燥、蒸除溶劑 后，固體物以乙睛重結(jié)晶可回收有足夠活性 的冠讎。表季鍍鹽和大環(huán)聚fit的比較季技鹽大環(huán)聚瞇催化活性為取決于催七劑結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性在強(qiáng)堿性介賈中:V 7080°C肘穩(wěn)定，一 股在160弋仍穩(wěn)定槍定制備難易 程度均可購(gòu)得制備容易,也易引入其它功能團(tuán)部分可購(gòu)得;制備容 易回收低級(jí)鹽易回欣;高級(jí) 鹽難以回收易于叵收價(jià)格低康昂負(fù)特點(diǎn)用光學(xué)治性的季詼鹽 可在產(chǎn)物中引入光學(xué) 活性其它某

14、些季技£易引足乳化現(xiàn)象無(wú)乳化現(xiàn)象結(jié)語(yǔ)相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)運(yùn)用至今，已積累了大 量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。由于其具有明顯 的優(yōu)越性，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 及工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用將日益廣泛，其實(shí)驗(yàn)技 術(shù)也必將更趨成熟。參考文獻(xiàn)1 a) Weber WP et al: Phase Transfer Catalysis in Organic Synthesis, 1977, Springer-Verlagt New York； b)Dehmlow EV et al： Phase Trans* fer Catalysis, 1980. Verlag Cberaie； c) Starks CM et al: Phase Transfer CatalysisPrinciples and Techniques, 1978, Academic Press； d) Brand*strttm A: Preparative Ion Pair Extraction an Intr