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水溶剂中有机反王会珊08111233（理学院 应用化学）摘要：水溶剂中的有机反应是形成碳-碳键的有效方法之一，近几年来一直是有机合成的研究热点。本文综述了近年来对水介质中的有机反应的研究成果，包括缩合反应、亲核加成反应、环加成反应、Barbier反应和多组分反应等，及其在有机合成中的应用研究进展关键词：水溶剂 有机反应 绿色化学前言 随着人们对人类生存环境的日益重视，如何减少、消除化学工业中排放的有害物质已成为人类关注且有待解决的问题。减少排放物对环境污染主要就是在生产过程中有害物质的使用，从源头上消除污染。在传统的有机反应中，有机溶剂是常用的反应介质，绝大多数有机溶剂有毒，容易对环境造成污染。而绿色合成要求合成过程中采用无毒的试剂、溶剂或催化剂，反应过程中所排放的污染物最少，最好是“零排放”，已成为有机合成的一个研究热点，尤其是水介质中的有机反应是最有希望实现工业化的绿色合成方法之一。以水作有机反应的介质具有价廉、无毒、环境友好等优点，水作为介质还可以控制反应的pH 值和表面活性剂等添加剂促进反应进行。同时有机反应产物在水中的低溶解度又可以减少产物在溶剂中的损失，相应地提高了反应的产率。11 缩合反应11 Knoevenagel缩合反应Knoevenagel缩合反应是有机合成中形成碳一碳键的重要方法之一，该反应一般在有机溶剂中进行，用碱与酸催化。2最近，研究发现该反应可以在水介质中进行。Amantini等研究了芳醛与硝基乙腈在水中的Knoevenagel缩合反应 ，产物为E式构型。Bigi等最近报道了水溶剂中醛与麦氏酸在75反应2 h可得到高产率的缩合产物，其反应产率要比在甲苯、二恶烷、乙醇中高得多。3水介质中三乙基苄基氯化氨(TEBA)催化下的Knoevenagel缩合反应，产物结构与活性亚甲基化合物的结构有关，芳醛与5，5-二甲基一1，3-环己二酮、4一羟基香豆素、3一甲基一1一苯基一5一吡唑啉酮反应时，反应很难停留在缩合产物阶段，一般继而发生加成生成芳醛与活性亚甲基化合物1：2的反应产物。4-512 羟醛缩合反应羟醛缩合反应是形成碳一碳键的重要方法之一，该反应通常在酸性或碱性条件下进行烯醇硅醚可以在水中发生羟醛缩合反应，并生成顺式异构体为主要产物的醇(顺：反一85：15)。7Kobayashi等研究了在水介质中，用过渡金属催化的Aldol反应8，产物保持了较高的ee值。Shoichi等报道了水介质中芳醛与苯乙酮的缩合反应，反应在杯芳烃季盐催化及碱作用下进行913 Darzens缩合反应Darzens反应是有机合成中形成碳一碳键的重要方法之一，在有机合成中具有广泛的用途。传统的Darzens缩合反应都是在无水条件下并使用强碱(如RONa，ROK，NaNH。)，但这些方法不仅产率低，而且不适合大规模制备。2000年，Jayachandran等报导了水相中的Darzens反应。102 亲核加成反应21 Michael加成反应Michael加成反应也是形成碳 碳键的重要方法之一。实验表明，硝基甲烷和2一丁烯酮在无催化剂存在时，在通常的有机溶剂(如二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯)中是不发生反应的，一般需用碱作催化剂。但该反应在水中不加任何碱即可进行，而且反应速率较甲醇中快，选择性更好，如加入环糊精等微量添加剂可使反应加速 。1122 Reformatsky反应1985年，Mattes等报道了第一个水介质中Reformatsky型反应州,采用旷溴甲基丙烯酸与金属锌反应制得了a-亚甲基-r-丁内酯，但在同样条件下正常的a-卤代酸酯不发生反应。芳醛与a-卤代酸酯的Reformatsky反应在水中在金属锌或锡存在下可以进行，但反应的收率较低，而且脂肪醛不能发生反应。3 周环反应31 DielsAlder反应Breslow等于1980年发现DielsAlder反应在水作介质时反应速率异常增大的现象，他们研究了环戊二烯和2-丁烯酮的环加成反应的动力学。研究证明，由于水介质的疏水效应可使以水为介质进行的反应比有机溶剂中的反应有较大动力，如水中加入微量的添加剂LiCI和环糊精等可加大疏水影响，使反应动力加大，且立体选择性更高(endoexo可高达225)。4 金属参与的有机反应近几年有机金属的水相化学反应取得了很大突破，研究发现，许多金属如镁、锌、锡、铟、铋、镓等都在水相反应中得到应用，突破了传统的金属有机化学“无水无氧”的限制。下面列举几个例子。41 镁参与的有机反应一般而言，镁参与的有机反应都要求无水无氧的苛刻条件，然而I i等却报道了第一例水介质中镁参与的有机反应4引：在镁存在的条件下，在水和THF中，醛可以完全烯丙基化，在纯水相中，反应除生成高烯丙醇外，还生成片呐醇和还原醇。42 锌参与的Barbier反应锌是最早发现可以参与水相Barbier反应的金属，一些锌参与的Barbier反应已经可以应用到工业生产中，如Oda等报道在少量醋酸的作用下，锌粉在水和甲苯两相回流中可以参与2，3-二氯-1-丙烯和醛的亲核加成反应 ，现在已经投入到大量的工业生产中。5 多组分反应多组分反应(multicomponent reacti on，MCR)是指由3个或3个以上的起始原料进行反应，用一锅煮的方法最终生成一个终产物，在终产物结构中含有所有原料的片断的合成方法。MCR在一步反应中一次形成数个甚至十多个化学键而无需分离出中间体，减少了分离操作，提高了反应的效率，与传统的二组分反应相比其优势显而易见，而且MCR一般产率较高，对环境污染小，反应条件温和，易于实现自动化，在固相和液相中均可实施。近来水介质中的多组分反应也越来越引起人们的重视。51 三组分反应最近，我们利用芳醛、丙二腈与5，5-二甲基-1，3-环己二酮、3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮、4-羟基香豆素、 萘酮等活性亚甲基化合物进行三组分反应，成功地制备了具有生物活性骨架的吡喃衍生物。芳醛、5，5-二甲基-1，3-环己二酮和麦氏酸三组分在水介质中反应，也可得到较高收率的氢化香豆素衍生物。两分-Y-5，5-二甲基-1，3-环己二酮在十二烷基苯磺酸(DBSA)催化下可与芳醛发生三组分反应一步生成氧杂蒽衍生物。6 结束语水溶剂中的有机反应应具有分离简单、产率高、选择性好，同时污染少切无毒性、廉价等优点，使得水溶剂中的化学反应受到人们的重视。对水溶剂中的有机反应的研究也愈来愈深入，研究的重点是以水作为溶剂实现有活性的杂环化合物的合成，并加以放大，实现工业化。水相中的不对称是绿色合成研究的热点之一。可以预见，随着研究的不断深入，符合绿色化学原则的合成方法将不断出现，在给人类带来有意义的化合物的同时，而不伤害环境将成为现实。因此，水溶剂中有机反应将在绿色合成中得到越来越广泛的应用。参考文献1 Li C JOrganic reactions in aqueous media with a focus on carbon-carbon bond formationJChem Rev，1993，93,20232 Amantini D，Fringuelli F，Piermatti O，et a1Water，a clean，inexpensive，and reusable reaction medium：one-pot synthesis of(E)一2一aryl一1一cyano一1一nitroethenesJGreen Chem，2001，3：229.3 Bigi FCarloni SFerrari I ，et a1Clean synthesis in water(Part 2)：uncatalysed condensation reaction of M eldrum sacid and aldehydesJTetrahedron I ett，2001，42：52034 史达清，庄启亚，陈景，等水溶剂中芳醛与5，5-二甲基一1，3一环己二酮的反应J有机化学，2003，23(7)：694.5 王静，史达清，庄启亚，等水介质中3，3 一芳亚甲基双4一羟基香豆素的洁净合成J有机化学(in press.6 史达清，陈景，吴楠，等水介质中芳醛与1一苯基一3一甲基一5一吡唑啉酮的缩合反应研究J有机化学，2005，25(4)：4O5.7Lubineau AWater-promoted organic reactions：aldol reaction under neutral conditionsJJ()rg Chem，1 986，51：21428Kohayashi S。Nagayama S，gusuiima TCatalytic asymmetric Mukaiyama Aldol reactions in aqueous mediaJTetrahedron，1999，55：87399Shoichi S，Seiji S，Takashi S，et a1Watersoluble calixarenes as new inverse phase-transfer catalysts：their applicaton to Aldoltype condensation and Michael addition reaction