（无机化学专业论文）两相体系中阿维菌素催化选择加氢反应研究.pdf

两系体系中阿维菌素催化选择加氢反应研究 无 j l f b 学专业 研究生范琳玉指导教师李瑞祥教授 本文存 水 有机 两桐催化体系t 研究了 f p p d s 和r h c l 33 h 2 0 组成的原 位催化剂体系对阿维茁素的催化选择加氢为伊维菌素的反应 系统的考察了各 个反应条件的改变对催化活性和选择性的影响 当反应温度f 6 0 升至9 0 时 反应的转化率最终达到9 7 6 阿维菌素几乎完全反应 加氢反应随时间 的延长 反应转化率升高而选择性有所下降 当反应时间达到1 2 小时 反应完 全 氢气压力在o 5 4 0 m p a 之间变化时 当压力为3 m p a 反应的转化率为 9 7 8 继续升高 三力对转化率影响不大 反而使选择性有所下降 通过改变 膦 铑摩尔比 当膦 铑摩尔比在6 1 至8 1 之间时反应的转化率较高 达到9 8 以上 i 句反应体系中加入i 乙胺 能促进反应的进行 当加入的三乙胺的量 与r h c l 3 3 i t 2 0 的摩尔比为3 1 后 再加火三乙胺的量对反应体系的影响不大 阳离子表面活性剂在两相催化体系中对反应活性有明显促进作用 发现在相同 的反应条件下 g e m i n i s 表面活性荆的反应活性最好 说明阳离子表面活性剂 对反应活性的影响不仅与其m 离子头大小有关同时也受烃溶性基团链跃的影 响 并 i 考察了t b a c 和催化剂的浓度改变时的相互影响 进而对t b a c 和催 化剂在催化反应微环境中的作用机理进行了探讨 通过上述反应结果得知 在 9 0 3 m p a f r h 4 8 6 1 0 m o l l f t b a c i 1 9 1 0 2 m o l l 的反应条f l 二下 可使催化反应的转化率能接近1 0 0 伊维菌素的选择性也在9 0 以上 在上述研究的基础上 进一步考察了双齿膦配体b i s b i s 和 r h c i c o d 2 组成的复合催化剂对阿维菌素的催化加氢反应 考察了反应温度 5 0 7 0 c 氢气压力 o 5 3 m p a 配体浓度 3 7 6 1 0 3 1 l3 1 0 1 对催化活性和选 择性的影响 石j f 究结果表明 该催化体系自l l 氢反应分两步进行 第一步可称为 在氩气保护下催化剂的原位生成 第 二步是催化加氢反应 同t p p d s 和 r h c l 3 3 h 2 0 催化刘的加氢反鹰比较 在相同的反应条件下 该催化体系的加氢 反应转化率能达到9 7 9 选择性为1 3 8 由此可知该催化剂活性更好 但 选择性较差 这是山于b i s b i s 与r h 形成九员环螯合物 该螯合物不很稳定 在催化反应过程中 易发乍配体的解离和配位平衡 为催化反应提供配位空位 使催化剂的活性高 进一步加氢的可能性也加大 要实现在温和的反应条件下 的高催化活性和高选择性还需进一步地完善反应体系 关键词 阿维菌素 伊维菌素 两相催化 选择加氢 铑配合物 s t u d i e so ns e l e c t i v eh y d r o g e n a t i o no fa v e r m e c t i n t oi v e r m e c t i ni nb i p h a s i cc a t a l y t i c s y s t e m s p e c i a l t y i n o r g a n i cc h e m i s t w g r a d u a t es t u d e n t f a nl i ny u s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl ir u ix i a n g i nt h i s t h e s i s t h es e l e c t i v eh y d r o g e n a t i o no fa v e r m e c t i nt oi v e r m e c t i nw a s s t u d i e db ye m p l o y i n gr h c l 33 t t 2 0a n dt p p d s f d i s o d i u ms a l t so fm d i s u l f o n a t e d t r i p h e n y l p h o s p h i n e a sc a t a l y s ti na q u e o u so r g a n i cb i p h a s i cs y s t e m t h ee f f e c t so f t h ev a r i o u sr e a c t i o nc o n d i t i o n so n c a t a l y t i ca c t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e a c t i o n sw e r ep e r f o r m e da tat e m p e r a t u r eb e t w e e n6 0 ca n d9 0 c ap r e s s u r e b e t w e e no 5a n d4 m p a a n dam o l a rr a t i oo fr h c l 3 3 h 2 0a n dt p p d sb e t w e e n1 3 a n d1 10 as a t i s f i e dr e s u l t sc o u l db eo b t a i n e d t h e c 2 1 t 5 3 nw a si n t r o d u c e di n t ot h e r e a c t i o ns y s t e m t h ea c t i v i t yo ft h eh y d r o g e n a t i o nc o u l db eg r e a t l yi m p r o v e d t h e a d d i t i o no ft h ep o s i t i v ei o ns u r f a c t a n t sw a sf a c i l i t a t e dt oe f f e c t i v et o u c h i n gc a t a l y s t w i t hs u b s t r a t ei nt w op h a s e s 8 0t h a tt h er e a c t i o no fh y d r o g e n a t i o nw a sm a r k e d l y p r o m o t e d t h e m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fs u r f a c t a n tp l a y sa k e y r o l et oi n c r e a s et h er a t e o fr e a c t i o n as u r f a c t a n tw i t ha b i gh e a do f t h ep o s i t i v ei o na n dal o n ga l k y lc h a i ni s v e r ye f f e c tt oa c c e l e r a t et h ec a t a l y t i cr e a c t i o n s u c ha st b a c g e m i n i sc o n t a i n st w o b i gh e a d so f t h ep o s i t i v ei o n sa n dt w ol o n ga l k y lc h a i n s i ti sa l s ot h em o s te f f e c t i v e s u r f a c t a n ta m o n gt h eu s e ds u r f a c t a n t s u n d e rt h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n s e g r e a c t i o n t e m p e r a t u r e o f 9 0 h y d r o g e np r e s s u r e o f 3 0 m p a r h o d i u m c o n c e n t r a t i o no f 4 8 6 1 0 3 m o l l a n dt b a co f1 1 9 1 0 m o l l t h ec o n v e r s i o no f a v er m e c t i nw a sa l m o s tc o m p l e t i o na n dt h es e l e c t i v i t yw a s u p t o9 0 7 t h en e w c a t a l y s tt b r m e db yt h er e a c t i o nb i s b i sa n d r h c i c o d 2i ns i t uw a s f u r t h e r i n v e s t i g a t e d i n a q u e o u s o r g a n i cb i p h a s i cs y s t e m b e i n gc o m p a r e d w i t h r h c l 33 t t 2 0a n dt p p d s t h ec o n v e r s i o no fa v e r m e c t i nc a nr e a c ht o9 7 9 a n dt h e s e l e c t i v i n g o t i v e r m e c t i ni s13 8 a tt h es a m er e a c t i o nc o n d i t i o n s t h en e w r h o d i u m b i s b i sc a t a l y s te x h i b i t sah i g ha c t i v i t y b u tt h es e l e c t i v i t yi sm u c hl o w e r b e c a u s et h ec o m p l e xw i t hn i n e m e m b e r sc h e l a t i n gr i n gf o r m e db yt h er e a c t i o no f b i s b i sa n d r h c i c o d 2i sn o tv e r ys t a b l e k e y w o r d a v e r m e c t i n i v c r m e c t i n b i p h a s i cs y s t e m h y d r o g e n a t i o n i h o d i u mc u m p l e x s p u 川人学姗1 1 学位论文 第一章前言 一 文献综述 有机金属化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的科学 它的发展打破 了传统的有机化学与无机化学的界限 成为一门新兴的学科和当代化学的前沿 领域 5 0 年代初 二茂铁的发现与 键型夹心结构的阐明以及z i e g l e rn a t t a 催 化剂使乙烯在温和条件下聚合成功 使有机金属化学的发展出现了一个飞跃 2 0 世纪7 0 年代后期 随着新的有机金属化合物不断涌现 人们掌握了结构的 分析方法 对有机会属化合物的成键方式及其结构有了更深入的了解 金属有 机化合物催化反应 使反应流程简单 条件温和 反应专一性提高 产量提高 促使有机金属化合物在催化等实际应用上得到迅猛的发展 使其成为近年来国 际上的研究热点之一 而过渡金属均相络合催化的一个核心问题是催化剂的分 离及循环使用 迄今为止 为解决该问题而普遍采用的均相催化剂多相化方法 原则上可分为两大类 一类是将催化剂静态固定在高分子或无机载体上的固载 化均相催化 另一类则采用水溶性配体 将均相催化剂动态 担载 在与产物 互不相溶的水相而实现的水 有机两相催化 同载化均相催化剂经过多年深入的 研究 仍未解决金属脱落流失的问题 因此至今未有工业应用的报道 1 1 与之 对比 存均相催化多相化研究领域q j 水溶性配体及其过渡金属络合催化剂的 优越性和广泛的适用性研究引起了人们的广泛关注 从k u n t z 成功开发水溶性 铑一膦配合物催化剂来 到1 9 8 4 年 德围鲁尔化学公司 r u h r c h e m i e 将水溶性 间三苯基膦三磺酸钠铑络合催化的丙烯氢甲酰化制正丁醇应用于工业化生产 i l 它不但是羰基合成生产工艺发腱过程中的又一突破 而且进一步推动了水 溶性配体及其金属络台催化剂的研究工作更深入发腱 一水 有机两相催化 采用水溶性金属配合物为催化剂使反应在水相和有机相组成的两相催化体 系中进行 在反应完成后 催化剂和产物的自动分层 便于催化剡的分离和循 叫川大学碳1 j 学位论文 环使用 减少催化剂的损失 这种使催化剂 固定 在与产物和原料不相溶的 水相 即在两相 水 有机 体系巾实施的催化反应 除其具有均相催化的优点 如 催化活性高 选择性好 反应条件温和外 同时又具有多相催化工艺简单 产物和催化剂易于分离的优越性 因此解决了均相催化反应中催化剂与产物分 离难 容易在蒸馏分离中造成催化剂损耗大或失活的问题 且以水作为溶剂既 安全 又便宜 更重要的是 这种两相进行的催化反应除与通常的均相反应一 样 可在 泛的范阍内通过改变配体的空间和电子特性对催化剂进行调变外 还可能通过水与可调变配体的朗 同效应来影响催化剂的活性 选择性和对映异 构选择性 丽相催化体系的这一突破性研究进展 被公认是近2 0 年来均相配位 催化研究中的晕程碑 无论从基础研究 i l k 应用 还是从环境保护角度来看 都具有深远影响 综合水溶性金属络合物的催化所涉及的反应 包括了加氢反 应 烯烃氢甲酰化反应 羰化反应 氢羧化反应 氢氰化反应 偶联反应 齐 聚反应 聚合反应 不对称催化加氢反应等 i 烯烃的氢甲酰化反应 烯烃的氢甲酰化反应在化学工业中具有重要地位 又称为o x o 反应 是烯 烃与合成气在催化剂作用下生成多一个碳原子的醛 在其6 0 年生产历史中 从 第 4 4 催化剂 t l c o c o 发展到最新的水溶性催化剂 i t r h c o t p p t s 先后 有四代催化剂秩得 1 2 k 应用 最近有关烯烃氖甲酰化催化剂的研究主要集中在 通过改变水浴性膦配体 l 匀空间效应和电子效应来调变其催化性能 获得一些高 活性 商选择性 低膦铑比的新型催化剂 i i 不饱和化合物的加氢反应 水 有机两十t t 催化最早在含c c 利c o 的不饱和化台物的加氢反应中获得 应用 冈受氢气在反应介质c l 的扩敞速度和底物在水相的溶解度这两个因素影 响 两相加氢反应的周转频率通常较低 甲醇等共溶剂 3 或表面活性剂 4 5 1 的加 入能有效增加底物在水 8 机两相间的传质速度 从而提高催化剂的活性 目前 在加氢反应 i j 不别称加氢反应引起了人们极大兴趣 为了获得理想的光学选择 性 水溶性手性膦配体往往要设计成双齿配体 和均相体系比较 两栩体系中 不刈称加氢反应的光学选择性往往要差些1 6 1 i i i 水 有机两相介质中的其它反应 在水 有机两相体系巾除了上述两种反应外 钯 水溶性膦配体为催化剂 川川人学坝十学位论文 还在卤代烃的羰基化反应旷1 叭与氢解反应 u 烯烃的氢氰化反应 烯丙基化 合物的亲核取代反应 b 1 和活泼氢化合物对烯烃的加成反应等有机反应中得到 应用 1水溶性膦配体的合成进展 水溶性配体的合成是发展水溶性有机金属络合物的基础 在络合催化剂中 应用的人多是含磷的配体 其次是禽氮配体 主要是在含磷和含氮母体化合物 中引入亲水基团来实现其水溶性 如引入磺酸基 一s 0 3 h 一s o 3 m 羧基 一c o o t c o o m 铵基 n r 3 鳞基 一p r 3 羟基 一o h 和聚氯乙烯醚 基 卜c m c 吨伊靠 等 带磺酸丛膦配体的水溶性基团本不受水相p l 的影响 并 i i 引入磺酸基到芳环卜的膦配体水溶性最大 羧基取代的膦配体只在碱性水溶 液巾溶解 铵基干1 1 鳞丛耿代的膦配体只能溶于酸性水溶液 羟基和聚氧乙烯醚 基取代的膦配体 其水溶 r 坝i j 取决于羟丛的数目和聚醚链的长度 i 目前 随 着两j h 络合催化反应的发展 有火量的新型水溶性瞵配体出现 通常 膦配体 的磺化反应大多发生在苯环l i 而胺膦配体则可通过氮原子引入含有磺酸基的 支链 类似地羧基 羟基 聚氧乙烯醚基等亲水性基团也可键联上胺膦配体 1 1 阴离子型水溶性膦配体 1 1 l 磺酸基取代膦配体 磺酸基取代单膦配体 早在1 9 5 8 年 c h a t t 等 通过三苯基膦和发烟硫酸 直接发生磺化反应 合成首例具有一定水溶性的间三苯基膦单磺酸钠盐1 简 称t p p m s 其在水叶l 溶解度为8 0 9 1 目前应用较多且水溶性好i j 主要是问三苯基膦三磺酸钠盐2 简称t p p t s 其 溶解度达到110 0 9 i 塌早是山r h o n e p o u l e n c 公司的k u n t z 2 1 在1 9 7 5 年通过 目h 川i 火学硕i 一学位论文 延长反应时问研制成功的 q 铲 2 由于这种力法产生以t p p t s 的氧化物以及磺化不完全生成的t p p d s t p p m s 等 故难以获得纯品 影响催化剂的表征 l u r p e n t 等 卅提 5 一条制得纯净的t p p t s 的合成路线 并且可以迸一步转 化为另种膦配体3 p p l l 上b 量q 吐曼q l 譬o p m c 6 11 4 s 0 3 h 3 皇 曼q 3 啦o p m c 6 h 4 s 0 3 a g b i e p m c 铝 a h 罢卷 r m c 6 h 4 s 0 3 e t 掣坠o p i n 如s 3 e i 3 毗 一 批 詈d 熙乜邸叫 型生吼址邺叫耽 2尸 c h 3 p m c 6 h 4 s o 州a 2 嗤裂兰l c h 3 p m c 6 1 1 4 s o 鳓0 垫c h m c 6 h 4 s 0 3 e t 2 图1台成纯净的磺酸基取代膦配体的新途径 从上述反应可知虽能得到纯的问三苯基膦磺酸钠盐 但其存在合成过程复 杂 操作难度人 试剂需求多 7 i i 产费用高等缺点 这使得磺化反应的定位效 应使之只能适用 j 特定结构磺酸基取代膦配体的合成 因此也出现了合成此类 膦配体的一些其他方法 其中以f t e r r m a r m 等 的 f 作最为出色 他们采用通 过硅胶柱色谱法 分离得到了纯的 i p p t s t l 川 后来通过在磺化三苯基膦的发烟 硫酸中 入原硼酸的方法 币为方傅地得到纯的t p p t s h7 n w 4 q 川入学形 i j 学位论文 h e r r m a l l n 等人 还报道了一系列的磺酸基取代双膦配体4 b i s b n a s o n a s 0 3 r l n a s 4 p a r 2 n p h n p a r 2 n p h n p c 6 h 5 2 o l e u m p c 6 h 0 2 6 a r 2 n p h n a r 2 1 p h t l n o r b o s s 0 3 n a 肛 1 3 1 2 上述8 弹配体山发烟硫酸商接磺化相应底物合成 研究发现在磺化过程中加入适 量的硼酸 可以有效促进配体分子中磷原子质子化 从而抑制氧化反应的发生 5 膦配体与铑的络合物在催化烯烃氢甲酰化反应时呈现出比r b j t p p t s 更高的 活性 它足迄今己见报道的氢甲酰化催化剂中活性最高的一个单膦配体 s i n o l i 等眇 0 1 分离得到 系列的水溶性膦配体7 1 1 它对烯烃的不对称 氢化反应呈现较好的对映异构选择性 q 批 旧j 1 1 人学顺卜学位论文 89 p a r 2 p a r 2 1 01 1 a t i n c 6 h 4 8 0 3 n a 在1 9 9 2 年 r o u n d h i l l 等 2 1 1 合成了 种新型的磺酸基单膦配体1 2 p h 2 p n a lb r c h2 c h2 s 0 3 n a p h 2 p c t t 2 c i1 2 s o s n ao n a b r 1 2 2 此水溶性膦配体存空气中易被氧化成p h 2 p o c h 2 c h 2 s 0 3 n a 同时他们还 合成了另种水溶性膦配体1 3 p h 2 p l i b r c h 2 c h 2 p o o e i 2 一p h 2 p c h 2 c h 2 p o o e t 2 l i b r 1 3 1 1 2 羧基取代膦配体 羧酸i 艇代膦配体是最先被合成的水溶性配体 目前合成的羧基取代膦配体 有m a n n 等 2 2 1 在1 9 5 2 年通过二苯基膦发生氰乙基化反应再加以水解制得膦配体 1 4 和t t o m c r 等 2 3 1 合成的碳链更长的系列膦配体1 5 1 4 p h 2 p c h 2 n c o o h n 3 5 7 9 11 1 5 羧基接在苯环匕的 苯膦基苯甲酸1 6 合成更具有重要性 1 6 膦配体的合 t j 八 帅 1一 丫队 文 一 u u 川人学坝i 学位睑义 成可追洲到1 9 4 5 年 g i l m a n 等合成了间位和对位的异构体 到1 9 7 7 年 l u c k e n b a c d 等 j 合成邻位的芹构体 s c h u m a n n 等 2 4 2 5 i 系统地报道了二苯膦基 甲酸的多种合成方法 有g r i g n a r d 试剂羧酸法 二苯基膦化钠法和腈水解法 p h 2 p c p h p c c i 一融c o o i i 弋 p h p 幽2 苯膦基苯甲酸的合成 a v e y 等 曾报道过单膦配体1 7 和双膦配体1 8 2 0 p h p 1 7 1 9 1 8 o 这些双膦配休克服了在室温下溶解度差 现当溶液p h 5 时 具有良好的水溶性 2 0 h h o h o h c o o h 不易分离的缺点 特别是1 8 研究发 当p h 7 时 该膦配体的溶解度达 p q l i 大学顾一l 学位论文 到l m o l l 1 8 合成路线如 f c i c p h 3 p h 3 p o d l a h a 等 2 7 合成了乙二胺四乙酸的类似物1 9 0 c p 厂 n a n a o o c c o o n a 1 9 1 2 阳离子型水溶性膦配体 1 2 1铵基取代膦配体 膦配体的水溶性也可以引入季铵盐阳离子而获得 由于叔膦中的膦原予具 有很高的反应活性 所以在膦配体中的叔胺基团被进一步烷基化生成季铵盐之 前 叔膦中心必须加以保护 或氧化为氧瞵化合物 或使之与金属配位 在反 应生成季铵盐之后再相应地还原或解离为叔膦配体 其巾最典型的例子为b a i r d 等 合成的 a m p h o s 通过 6 式的途径成功地保护了叔膦基团而使叔胺进一 步烷基化 首次合成的铵取代的水溶性膦配体2 0 p h 2 r c 2 m e 2 等k 乜手 l 6 2 0 叫川大学硕i j 学位论文 该配体的金属络合物在甲醇 乙腈溶液中很稳定 但存纯水中不稳定 其配体 与铑形成的络合物是烯烃氢甲酰化反应的有效催l j c 齐 j 而且反应过程中铑不流 失 l b t h 等1 2 9 3 0 1 采用了类似单膦配体的合成方法合成了系列含予性季铵盐双膦 配2 1 2 3 暑 2 l p p c 6 h 4 x 2 p p c 6 h 4 x 2 p p c 6 h 4 x 2 2 2 2 3 a x n m e 2b x n m e 3 b f 4c x n h m e 2 b f 4 w i l s o n 等从胺膦配体 b i s 2 一d i p h e n y l p h o s p h i n o e f h y l a m i n e h 发 和含有酸 或活泼酯的化合物反应 制备了一系列水溶性配体 虽然这类配体的纯化和表 征有 定难度 网一些配体具有表面活性 且极性官能团易水解或溶剂化 价 格昂贵 光学 率 等 佃提供了一条合成具有刚性结构的水溶性胺膦配体的 方法 这些配体与过渡金属络合 用 二氯化 不对称催化氢化反应1 3 1 3 3 1 进而 b e n h a m z a 等 3 4 1 用类似方法电将磺酸基 羧基等引入胺膦配体 得到水溶性的 胺瞵配体2 4 和2 5 它与铑形成的络合物催化n 一乙酰氨基肉桂酸的不对称氢化 其e e 值高达8 7 v t lj 1 1 人学坝i 学位论史 9 9 一产 l i q h d a r e n s b o u r g 等 蜘3 7 1 丌发了另一类新型水溶性胺膦配体1 3 5 t r i a z a l 7 p 1 1 0 s p l l a a d a m a n t a n e p i a 及其系列衍生物 氧化衍生物p t a o 和甲基 铵衍生物p t a m e 2 6 1t o c h 2 3 c l j 2 6 n 4 1 森e x c e s s p t a 在水中溶解度为1 5 m o l l i 1 予p t a 不像磺化膦基具有表面活性 因而在 双相介质催化反应中能较好地实现年h 分离 它与r u r h 形成的稳定络合物在 催化不饱和酮和烯烃的氢化反应中显示出良好的催化活性 p e i f f e r 等 和n a g e l 3 9 分别合成了另一类季铵盐类胺膦配体2 7 和2 8 p h 2 l i c i 1 3 2 n 一 y 一c l 一 p h 2 p 一 y 一n c h 3 2 8 o 吼k 矿 犷斟 叫川1 人学顾j 1 学位论文 p h 2 p y 哪c i l 3 2 旦紫l p h 2 w n c i i 3 h 2 7 9 p h 2 卜 y 卜n c i 也业篙畿 唧而i c z j1 1 0 2 8 1 3 两性水溶性膦配体 f e l l 等1 4 0 首次设计合成了一类兼有磺酸基和季铵基的具有相转移功能的两 性水溶性膦配体2 9 m 于此配体本身台有季铵盐阳离子中心 能在反应巾充当 相转移试剂 增加了在水t j 进行催化反应的可能性i 4 因而在无外加其它桐转 移剂的情况下 r h 2 9 配合物对卜一十四碳烯的两相氢甲酰化反应就有极商的催 化活性 最佳醛收率可达7 9 产品正异比为4 0 p 州赢吣 p bl h a n s o n 等 4 2 4 4 l 的研究表明 向水溶性膦配体中引入一定长度的直链烷基可 以改善高碳烯烃的氢甲酰化反应 被称为表面活性膦的水溶性配体3 0 3 2 由直 接磺化法合成 幽于被磺化苯环上烷基取代基的供电子效应 磺酸基主要定位 在苯环的刑位 就膦配体3 0 而言 随着配体中烷基链长n 的增加 r h 3 0 催化 刺体系对1 一辛烯的氢 p 酰化反应活性逐渐提高 4 烷基的引入增加了水溶性 膦配体的相转移能力 从而促进了烯烃在水 有机两相问的传质 有迹象表明 上述膦配体可能是以胶柬的形式在催化中超作用的1 4 6 1 r c n 刚tr 干 s 刚a l t 1 一l2 3 6 3 0 n t n r 忙一 1 4 非离子型水溶性膦配体 1 4 1 羟基取代膦配体 羟基取代膦配件的水溶性一般较小 但膦配体带有多个羟基时 往往会呈 现良好的水溶性 1 9 7 3 年c h a t t 等 通过式 1 1 和式 1 2 方法合成了水溶 盹膦配3 3 和3 4 o l i p h 3 3 t 1 一c h p c i 圳1 3 1 1 3 3 i m e p l l 2 2 h c h m e p c h 2 0 l i 2 1 2 3 4 配体3 3 有高度的水溶性 与过渡金属形成的配合物用于催化两相体系中山梨 酸 肉桂醛的加氢反应 1 一戊烯的氢甲酰化反应时 催化剂有很高的活性和选 择性 月可以回收利用 1 9 9 2 句二 m i t c h e l l 等1 4 8 通过i q 油单烯丙醚和伯膦或仲 膦反应 f i 得丑堋眷配体3 5 百 叫川大学顶j 学位论文 h 2 o t lchoct c t ch rn r k c 1 1 0 l i l i l 1i l 3 5 m 1 3 其溶解度分别为5 0 m m o l i 1 1 1 1 和13 0 m m o l i m 2 p r i n g l e 等 人发现甲醛与膦在无催化剂时很容易发牛加成反应 得到 羟基i 杖代的水溶性坝膦配体3 6 和3 7 h i 八 o h h o 1 一o h 3 6 p 1 0 m o l l 但当n l 或2 时配体的水溶性 小得多 分别为 0 0 2 m o l l 0 0 0 2 m o l l 然而它们的水溶液中加入0 5 m o l l 的n i c l 2 后可以火火增加配体的水溶性 0 5 m o l l 1 4 2 聚醚基取代膦配体 聚醚基取代的非离子膦配体的水溶性取决于其聚醚链的长度和亲油基的大 l lr j 旧j 1 1 人学硕i 学位论文 小 受水溶液酸碱性影l 响很小 其制备方法丰要有两种途径 一是含膦化合物 与官能团化的聚醚衍生物之间的反应 二是通过含活泼氢的有机膦与环氧乙烷 的乙氧基化反应 对丁聚醚丛取代膦的合成研究中 由于此类配体除磷原子外 还有多个具宵配位能力的氧原子 因而往往能够体现出特殊的配位效应 且通 过选择聚醚链的k 度 还可以调常配体在水相的溶解度 o k a n o 等l j i 直过式 1 4 式 1 5 和式 1 6 途径 合成了 系列聚醚 基取代瞵配体3 9 4 6 并考察了部分配体的水溶性 见图5 和表1 r o c 2 c l 2 c h 2 c i j堕 堕 php ch2ch2cl 20r 2 2 p h p c i 2 2 1 4 r o c i l z c t l 2 c i t 2 c 1 等 r c h 2 c h 2 c h 2 0 r r o c h 2 c h 2 c h c h 3 c l 薷p c h c h 3 c h 2 c t t 2 0 r 3 15 1 6 口r 印0 p m p 4 2 p 册 3 2 0 04 6 2 0 0 o k a n o 等 5 3 还首次合成了含有冠醚结构单元的水溶性膦配体 研究表 明 配体4 7 的过渡金属络合物在烯丙基氯的羰基化等反应中具有使有机底 物从有机相移入水相进行的催化反应的 逆相一相转移催化 功能 t l i f r t 厂一 龠 之 p h 矿沙弋 n 2 2 3 4 4 7 s i n o u 等 5 4 5 5 1 合成了一系列手性的聚醚基取代双膦配体4 8 c f l 3 o c h 2 c h 2 n o c p p h 2 p p h 2 1 n b u l i 2 p p h 2 c i t l t f 9 0 9 5 当n z 5 时 溶解度较小 而当n 1 6 酬 具有极佳的水溶性 同时还合成了另 0 p u 川人学坝i 学位论文 p f m 四 h 9 2 含这些聚醚双膦配体的催化剂在加氢反应中显示了对映选择性 分子中含有乙氧基链为亲水基的有机膦配体 由金子林等 5 6 1 首次合成 它 的典型结构如5 0 c h 2 c h 2 0 n h n h 与文献记载的非离子水溶性膦配体不同 非离子表面活性膦配体不但具有水溶 性 而且显示非离子表面活性剂的浊点特征 以乙氧基链为亲水基的醇醚型非 离子表面活性剂的水溶性是i 乙氧基链和水分子间的氢键所致 因此呈现逆反 温度一水溶性特性 即常温溶于水的非离子表面活性剂 在温度升至某最低临 界溶解温度 浊点 时会因氢键的破坏而丧失水溶性 相应的金属配合物催化 剂会在较高的温度下进入有机相参与反应 在反应结束后因温度降低会再次分 层 催化剂回到水相 从而达到产物分离及催化剂回收 根据它的合成可成功 地制得p e t p p 5 1 5 2 a e o p p 5 3 o p g p p 5 4 及9 3 膦配体 5 5 等不同结构的非离 f 表面活性膦配体 旧川人学硕 i 学位论义 啦卜 一叩心m o n h 5 1 卟r b 八胡 5 3 p h 2 p o c h 2 c h 2 0 p p h 2 5 5 叶 一即邺坍 5 2 p o c h 2 c h 2 0 n h 5 4 膦配体5 1 5 5 的水溶性可以通过控制乙氧基链的加和数进行调节 配体的 浊点跟膦配体结构中亲油基团大 j 矛l l 乙氧基链长有关 乙氧基链越长 浊点越 高 亲油基团越大 浊点越低 2 水溶性金属络合物的催化新进展 从1 9 3 8 年r o e l e n 5 7 1 发现羰基钴可以催化丙烯氢甲酰化反应后 由于钴催 化的均相催化反应其催化荆用量大 产物与催化剂分离困难 运用于工业上极 不经济 均相铑催化剂和铺催化剂比较 反应压力 温度大大下降 活性和选 择性大人 提高 但铑催化剂羊l l 产物的分离一直是困扰人们的难题 到1 9 7 8 年 k u n t z 成功 r 发了水溶性铑膦配合物h r h t p p t s 3 催化剂 使催化反应在两相 相界面进行 反应结束后反应底物与催化剂自动分层 实现催化剂的循环使用 并于1 9 8 4 年由德国r u h r c h e m i e 实现工业化 这一简称r c h r p 的工艺 实现 了在多相体系中进行羰基合成的梦想 近2 0 年来 水溶性配合物的开发和研究 成为越来越热门的课题 在这方面的研究成果也越来越多 其主要集中在过渡 金属配合物方面 尤其以r h r u i r p t 等水溶性配合物为多 t t e r m a n n 等 5 8 6 0 l 在b i s b i s n o r b o s 和b 1 n a s 的水溶性配体基础上 合 成了r 1 1 b i n a s r h n o r b o s 和r 1 1 b i s b i s 的水溶性催化体系 此催化剂既可 以单独合成 又可以在催化过程中原位合成 而且该配体的铑络合物有比 t p f t s r h 更优良的性能 在丙稀氢甲酰化反应中的相对活性更高 而且可以 不必使用过量的膦 也不会发生催化剂不稳定的问题 还有产品正 异比高的优 旧川人学硕士学位论文 点f 见表2 在p r h 值大为降低的同时 催化剂的周转频率 选择性和生产率 均有大幅度的提商 r h b i n a s 体系的t o f 高达1 7 8 5 h 在目前已有文献报 道的丙稀氢甲酰化催化剂中活性最佳 5 9 1 膦配体的空间结构对反应的选择性影 响显著 b 1 n a s 和b i s b i s 由于是双齿配体而存在螯合效应 有利于正构醛的 e 成 其丁醛币构率分别高达9 8 和9 7 而对于单齿膦配体n o r b o s 其丁 醛 f 构率仅为8 1 表2水溶性铑 膦催化剂的两相丙烯氢甲酰化反应性能对比 r o f 2 t o o lh m o i r h h p m o l l m o l m h g r o s s e l i n 等 6 卜6 2 1 在研究r h t p p t s 和r u t p p t s 催化a b 一不饱和醛选 择性加氢合成不饱和醇的反应时发现 在较高的氢气分压下加氢反应无需添加 共溶剂和表面活性剂仍能得到令人满意的转化率 8 4 9 9 和选择性 9 6 c h a u d h a r i 等 6 3 从调变水溶性金属配合物催化剂的亲水亲油性能出发 首 次提出了 促进配体 概念 通过向水溶性的 h r t l c o t p p t s 3 催化剂中加入 适量油溶性的促进配体三苯基膦 t p p 该催化体系使1 一辛烯的氢甲酰化反应 速率提高了1 0 5 0 倍 研究还发现反应过程中t p p 和t p p t s 发生了配体交换 反应 生成了亲水亲油性能不等的系列混合配体络合物 h r h c o t p p t s t p p 3 n 0 3 从而有效改善了憎水底物的氢甲酰化反 应 除上述的单核铑催化剂外 目前有e s c a f f r e 等m 1 人合成了双核的水溶性铑 化合物r h 2 s b u 2 c o 2 t p p t s 2 此种催化剂有其自身的特性 可在催化反应 中不加h 的情况下进行 因为作为溶剂的水可通过下式变换反应成为氢源 c o h 2 0 c 0 2 十h 2 同时这种水溶性催化剂比r h c o d p m c 6 h 4 s 0 3 n a h 和 r h h c o p m c 6 h 4 s 0 3 n a 2 更高的选择性和活性 目前 根据报道又研究开发了四核铑的水溶性催化荆 其催化加氢方面性能 四川大学硕 学位论文 较好 特别是对于q 1 3 一不饱和乙醇 腈 醛 酮和羧酸等 6 5 1 根据报道 6 6 1 对于 h r l l c l t p p m s 2 2 h r u c i t p p m s 3 和 h 2 r u t p p m s 2 2 等钉一膦催化剂是通过调节p h 值 引起 r u c l 2 t p p m s 3 1 水解而得到 通过研 究发现当p h i 3 3 时 为 h r u c i t p p m s 3 此类催化剂对反式一肉桂醛的c c 的选择加氯效果好 而当p h i 7 时 为 h 2 r u t p p m s 2 2 它对c o 的还 原具有较高的选择性和活性 因此 根据不同的目的 可以通过调节p h 值来 达到 1 9 8 6 年n o y o r i 等合成了新型手性钌催化i i r u b i n a p o c o r 2 1 成功 地用于包括脱氢氨基酸在内的多种前手性c c c o c n 双键的不对称氢化 其特别优异的对映选择性也因此使钉络台物成为合成光学活性产物或生物活性 产物的有效催化剂1 6 r u b i n a p 催化剂体系的开发应用是八十年代以来不对 称催化氢化领域最富有成果的突破 d a v i s 等 6 8 郴 最近的研究表明 以b i n a p 4 s 0 3 n a5 6 为不对称催化剂配体时 钌催化剂具有优越的不对称诱导性能和 较佳的热稳定性 和r h 5 6 体系相当 这种催化剂体系克服了铑催化剂对底物 的局限性 极大地推动了不对称催化氢化研究的发展 5 6 b i n a p 4 s 0 3 n a a r 一c 6 h 4 s 0 3 n a 二 研究意义 水 有机两相体系的水溶性金属一膦配合物催化剂 使均相络合催化反应 在水相或两相界面进行 反应完成后 催化剂和产物自动分层 可在很大程度 上简化催化剂的分离回收过程 除此之外 它显示出很好的环境效益 以水作 为溶剂 不仅安全 便宜 而且可以减少传统有机化工过程中 大量有机溶剂 使用对环境造成的污染 是2 1 世纪发展对环境友好的 绿色化学 的理想途径 之一 另外 它为当今晟热门的仿生催化研究开辟了一条新途径 使在温和条件 孕 四川大学硕 t 学位论文 卜模仿生物转化过程中亲水与疏水物质问的相互作用成为可能 水对某些有机 反应有显著的促进作用 可减少副反应 提高选择性 本文研究的阿维菌素催化选择加氢产物伊维菌素是广谱杀虫荆 目前被广 泛用下人体 动物和植物的杀虫剂 驱螨剂等 从综合药效和安全性来考虑 它是阿维菌素家族之中最好的一个 阿维菌索 a v e r r n e c t i n 是一组由链霉菌 s t r e p t o m y c e sa v e r r n e c t i s 产生的十六员环内酯衍生物 它并不具有抗微生物或 抗真菌的活性 其形态结构的特征在专利4 3 1 0 5 19 7 0 中有详细的描述 从结构上看 阿维菌素是一组出十六员环内脂与一个二糖所生成的苷 见附 图4 根据c 5 及c 2 5 上取代基的不同以及c 2 2 一c 2 3 结构上的差别区分为8 个组 分 分别用a b 1 2 及其a b 的组合来命名 当描述a 和b 的混合物时 则仅用 前两个符号 如a v e r m e c t i n b l 意指b l a 和b i b 的混合物 而代号b l a 和b l b 指的足单一化合物 图4 阿维菌素分子结构 f i g 4t h e s t r u c t u r eo fa v e r m c e t i n e 川入学钡 学位论文 阿维菌素对家畜 如羊 牛 狗 马 猪等的肠内寄生虫具有极其有效的 驱虫活性 并具有如f 一些特点 1 作用机制独特 驱虫活性是通过抑制r 一氨 撼丁酸 g a b a 受体 从而使神经传导受阻来达到的 因而可以防治那些对普通 约剂已产 生抗性的寄生虫 2 有效剂量低 在0 2 m g k g 体重的剂量下即可显示 出有效的驱虫活性 3 安全性高 由于哺乳动物以g a b a 作为传导介质的神经 鼠存 于 枢神经系统 而无脊椎动物以g a b a 作传导介质的神经起调节周围 肌肉的作 因此 阿维菌素对哺乳动物有较高的安全性 除上述活性外 阿 维菌素还扫二农业 i 用作杀螨剂和杀虫剂 生物i 0 i f t 评价表明 全部8 个天然a v e r m e c t i n s 都是有效的驱除家畜肠内寄 生虫药剂 但是药效有一定差异 系列b 较系列a 更为有效 系列1 和系列2 药效差别不大 系列a 和系列b 的药效几无差别 a 组分所占比例较大 约在 8 0 以上 b 组分则一般不超过2 0 批量生产过程不易将两者分离 已商品 化的a v e m a e c t i n s 即为b l a 和b 1 b 的混合物 b 1 a 8 0 b l b 2 0 a v e r m e c t i n s 是脂溶性药物 可溶于许多有机溶剂中 如氯仿 甲醇 丙酮 乙醇 乙酸乙 酯 环己烷 二氯甲烷 二f i 亚砜等 在水中的溶解度极低 o 0 0 6 0 0 0 9 m g l t 7 2 a v e r m e c t i n s 对酸敏感 如用烯酸处理 则可引起c 一13 位上第一糖基的断开 此外 浚类化合物对光敏感 如用紫外线照射 则可导致8 9 和l o 1l 之间双键 的异构化l 1 由于这些大环内酯衍生物显示出广谱 高效的活性而吸弓l 了许多化学公司 投入力量进行研究 结构的复杂性又使众多合成工作者接受合成的挑战 自 a v e r m e c t i