专题讲座绿色有机合成PPT课件

.,1,为什么反应时要使用溶剂?,溶解反应物质.减慢或加速反应进程.作为热浴和传热介质防止反应时热的散失,1有机反应溶剂的选择,.,2,要比离子液体和氟溶剂廉价挥发性-它需要较少的能源，以消除溶剂蒸发。溶剂可以通过蒸馏回收，较少废物.调节-大多数国家已经有限制释放挥发性有机化合物的工业要求。,有机溶剂的优点,0403809GreenChemistryChapter4:GreenChemistryinOrganicSynthesisZ.Weng,June2010,.,3,有机溶剂的缺点,有机溶剂在化工行业受到广泛关注，因为在合成、加工以及分离时都用到大量的溶剂：有机溶剂价格昂贵有机溶剂需要严格监管。许多有机溶剂易挥发，易燃，有毒.,.,4,溶剂选择,A.无溶剂反应B.非有机溶剂体系C.加工技术,.,5,什么是绿色溶剂?,低毒性容易回收(无废弃物)进一步应有的特点:-容易从反应物中分离-低反应活性,驱动力:残留溶剂使用时被患者接触吸收决不能使用的溶剂:苯,死氯化碳,1,2二氯乙烷，1,1二氯乙烷,如果不可避免时，可以使用得溶剂(残留在产品中):正己烷，甲苯，二氯甲烷，二恶烷，吡啶，甲醇,.首选溶剂：水，超临界co2，庚烷，甲基叔丁基醚，乙酸乙酯，叔丁醇，乙醇，.,医药行业溶剂使用的限制,.,6,绿色溶剂例如：乳酸乙酯,低毒，生物降解;被FDA批准作为食品添加剂,Bennett,J.S.GreenChem.2009,11,166.,.,7,没有任何反应介质需要收集，净化，回收.可以极大地缩短反应时间.降低所需的能量.大大减少批量的次数和量。.价格低廉.,无溶剂的Diels-Alder反应HendrixCollege二烯烃与烯烃反应(topleft).不需要溶剂或加热，搅拌作用下10分钟有晶体出现。.,Ritter,S.K.Chem.Eng.News2007,85(22),38.,2无溶剂有机合成,优点,.,8,无溶剂反应的方法,整洁-一起始反应试剂中没有液相。.固相合成-两个宏观固体直接互动，形成第三种固态产物，没有一个液态或气态的参与,.,9,交叉羟醛缩合TheCrossed-AldolCondensation,无溶剂的原子经济性反应:,Hutchison,J.E.etal.J.Chem.Educ.2009,86,488.,.,10,Examples-Neat,.,11,Examples固相反应,氧化还原卤代反应and氢卤化作用sMichael加成andAldol加成消除反映2+2,4+2,and6+2环加成反应交叉羟醛缩合,See:Tanaka,K.;Toda,F.“Solvent-FreeOrganicSynthesis”Chem.Rev.2000,100,1025-1074.,.,12,固相反应的限制,并非所有反应都能在无溶剂条件下进行.需要功能化催化剂.放热反应有潜在的危险某些反应需专门设备如果需要用水或有机溶剂提取产物则反应的绿色化作用受到限制,.,13,3.1液态以及超临界CO23.2离子液体3.3FluorousPhaseChemistry3.4水,3使用非有机溶剂体系,.,14,McKenzie,L.C.;etal.GreenChem.2004,6,355.,3.1液态CO2作为绿色萃取溶剂,.,15,超临界CO2,超临界的含义?,Supercriticalregion,.,16,兼具气态以及液态的特性.在液体状密度，超临界co2具有低粘度，高扩散率。超临界相有高的可压缩性，溶剂性能受到温度和压力的微小变化而发生变化。可在标准高压设备制备，无论在实验室或工业规模。无毒，不易燃，廉价的.非质子，一般不起化学反应。产品分离，干燥可通过简单的减压实现。CO2重复回收和使用.,scCO2的性质,.,17,scCO2商业应用,天然产物提取合成高分子干洗,.,18,利用超临界co2脱除,茶、咖啡、可可含有的咖啡因,由于健康或其他理由可以选择不含咖啡因的咖啡,.,19,超临界二氧化碳来代替从咖啡豆中提取咖啡因二氯甲烷是一种绿色化学实践相较于二氯甲烷,二氧化碳无毒，不会造成环境问题,.,20,加氢烯烃醛化光化学和自由基反应Dies-Alder环化反应氧化钯介导的偶合生物转化,在有机合成化学超临界CO2作为溶剂的例子,Forareview,see:Oakes,R.S.etal.“TheUseofSupercriticalFluidsinSyntheticOrganicChemistry”J.Chem.Soc.,PerkinTrans.1,2001,917941.,.,21,很多物质在scCO2中溶解受到限制.加入有机溶剂可增加溶解能力，但这回会使绿色化程度降低。亲二氧化碳表面活性剂正在开发比较昂贵而且反应后需要从产物中除去,scCO2的限制,.,22,3.2离子液体,有机盐的熔点低于100C,经常低于室温.,.,23,离子液体的性质,对于有机和无机材料的均是应用广泛的良好溶剂有成为具有高度极性但非配位性溶剂的潜力通过改变阳离子和阴离子，离子液体可以根据具体应用调整.可能使反应速率的提高，选择性提高和产量提高热稳定性高通常与有机溶剂和/或水不混溶无蒸汽压不易燃可回收,疏水1-乙基-3-甲基二（三氟甲基）-磺酰酰胺（瓶底相）通过蓝色水与同样疏水的壬烷分开。,.,24,Heck反应1Friedel-Crafts反应2Diels-Alder反应3加氢反应4,离子液体已被用于各种反应,1.Carmichael,A.J.;Earle,M.J.;Holbrey,J.D.;McCormac,P.B.;Seddon,K.R.Org.Let.1999,1,997.2.Adams,C.J.;Earle,M.J.;Roberts,G.;Seddon,K.R.Chem.Commun.1998,2097.3.Earle,M.J.;McCormac,P.B.;Seddon,K.R.GreenChem.1999,1,23.4.(a)Fisher,T.;Sethi,A.;Welton,T.;Woolf,J.TetrahedronLett.1999,40,793.(b)Adams,C.J.;Earle,M.J.;Seddon,K.R.Chem.Commun.1999,1043,.,25,离子液体的局限性,与有机溶剂相比非常昂贵(100到1000倍).经常需要制备，制备过程经常要使用溶剂.需要使用溶剂将产物从离子液体中提取出来.再重复使用前需要用水冲洗,.,26,3.3含氟溶剂,.,27,对其它含氟化合物亲和性极好.在scCO2中溶解性非常好.与水以及常见有机溶剂在室温下不混溶温度升高时与常见溶剂互溶化学活性惰性.这些性质好还是坏?,氟溶剂的物理性质,.,28,用于含氟催化剂和化合物的回收以及循环使用。氟两相有机合成.,含氟溶剂的使用,.,29,底物,催化剂,加热,产物催化剂底物,冷却,产品,催化剂,催化剂,产品,有机相,氟相,氟两相催化反应的机理,.,30,用氟溶剂的有机反应,Knochel,P.etal.Angew.Chem.Int.Ed.1997,36,1454.,Pozzi,G.etal.Chem.Commun.1997,69.,.,31,Gladysz,J.A.etal.J.Am.Chem.Soc.1999,121,2696.,含氟溶剂中硼氢化反应,反应完成后，产物分离后含氟相的催化剂可重复使用,.,32,回收昂贵催化剂比较简单和其它两相反应互补.容易分离.设计新型催化剂和反应试剂在组合化学中可替代固相反应.无毒?,含氟溶剂的优点,.,33,含氟溶剂的缺点,含氟溶剂以及试剂非常昂贵.仍然需要用第二相作为反应介质,.,34,水对于大多数有机合成是一个坏的反应介质吗？,3.4在水相进行有机反应,世界上大多数的化学反应发生在水相中,.,35,Diels-Alder反应1Claisen-重排2Aldol反应3烯丙基化反应4氧化反应5加氢6,水相反应,1.Rideout,D.C.;Breslow,R.J.Am.Chem.Soc.1980,102,7816.2.Gajewski,J.J.InOrganicSynthesisinWater;Grieco,P.A.,Ed.;BlackieAcademicAlbrecht,J.Top.Catal.1998,5,3.,.,36,成本水是最廉价的溶剂.安全性没有比水更安全的溶剂.某些反应在水中进行效果更好.,为什么用水作为溶剂?,.,37,有些反应在水中无法进行对大多数有机化合物溶解性很差.使用水-有机溶剂的混合溶剂、控制pH值、加入表面活性剂、亲水性助剂等可增加溶解性,水作为溶剂的局限性,.,38,产品需要在有机溶剂中进行纯化.这会产生含有有机溶剂的污水，必须妥善处置.,水在绿色化学中作用,.,39,4微波辅助的合成,反应速度快=缩短反应时间反应清洁=纯化步骤减少废弃物减少水、乙醇、丙酮等相对“绿色化溶剂”是微波辅助合成的良溶剂溶剂用量减少每次反应仅需0.5-5mL低能耗(最大=300w,典型反应功率20w),.,40,微波辅助合成举例,.,41,微波辅助合成举例,.,42,微波辅助合成举例,.,43,.,44,.,45,.,46,.,47,.,48,微波在Suzuki交叉耦合反应中的使用,Leadbeater,N.E.etal,Org.Lett.2002,4,2973.,.,49,微波Sonogashira交叉耦合,.,50,微波介导的Suzuki交叉偶合反应，不需要过渡金属催化,Leadbeater,N.E.etal,Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,1407.,.,51,5点击化学,“运用少数近乎完美的反应，使不同功能的分子快速，高效的组装，它保证产品具有可靠的高产量和纯度”-Sharpless,B.etal,Chem.Bio.Chem.2003,4,1246.,“反应具有.产量高，反应条件简单，无需除氧气和水，产品分离简便”Frechet,J.J.Am.Chem.Soc.2004,126,15020.,.,52,Sharpless,B.K.Angew.Chem.Int.Ed.2001,40,2004.,符合“点击化学”标准的反应,.,53,铜催化的叠氮/炔环加成反应,Huisgen的1,3偶极环加成反应,Thermodynamicandkineticallyfavorable(50and26kcal/mol,respectively)RegiospecificChemoselective107rateenhancementovernon-catalyzedreactionTriazolestablet