【四氢吡喃-2-酮的合成背景概述1800字】

四氢吡喃-2-酮的合成背景概述四氢吡喃-2-酮又叫δ-戊内酯，在我们实验室中可以用于合成四氢吡喃-2-酮的原料很多，但是以环戊酮为原料进行Baeyer-Villiger氧化反应合成四氢吡喃-2-酮，研究最为成熟。其反应步骤简单，更适于工业大规模生产四氢吡喃-2-酮。在上世纪40年代，Friess,S.L.以环戊酮为原料，通过氧化合成了四氢吡喃-2-酮[10]。当时使用的氧化剂是有机过氧化酸，如过氧化三氟乙酸、间氯过氧苯甲酸、过氧甲酸等（图1.4）。由于有机过氧化物价格高、风险大、产生羧酸盐废料等原因，后处理需要大量的碳酸钠等碱性试剂，这无疑是增加了生产成本，因此尚未在工业上得到应用。图1.4有机过氧酸进行B-V氧化反应20世纪60年代初期，化学世界出现一些称为可以用于Baeyer-Villige氧化的酶简称BVMO，它可以作为反应的催化剂，首次实现了环戊内酯采用生物合成的方法。同时随着国际生物酶技术的迅猛发展，利用BVMO酶将环戊酮催化并氧化其制备四氢吡喃-2-酮已成为研发的热点。这种生物酶是一种黄核素酶，可分为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、黄素单核苷酸、亲黄素腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶两大类。通过酶的催化反应合成四氢吡喃-2-酮及其衍生物等一些具有较好立体选择性的环内酯和高转化率等优点。然而，四氢吡喃-2-酮的大规模工业生产需要引入更有价值的辅助回收系统，所以应使用高效的措施降低辅助回收系统的损耗[11]。20世纪80年代以来，由于过氧化氢参与了氧化反应，其还原产物为水，不会给化学反应过程带来杂质，因此清洁、绿色的氧化剂过氧化氢成为人们关注的焦点。因此，过氧化氢是一种常用的清洁氧化剂和还原剂。Gaikwad课题组报道使用分子碘、过氧化氢的多相催化体系下进行环酮的Baeyer-Villiger氧化（图1.5）[12]，其中环戊酮在乙酸体系下氧化，四氢吡喃-2-酮的收率达到了85%。但是其过氧化氢使用了六个当量以上的过氧化氢，且使用的乙酸需要大量的碱来中和，故不太适用于大规模的工业生产。图1.5碘催化过氧化氢乙酸体系B-V氧化反应Neimann等人使用六氟异丙醇（HFIP）将过氧化氢亲电活化，在六氟异丙醇体系下，使用高浓度的过氧化氢进行了环戊酮的Baeyer-Villiger氧化(图1.6)[13]，收率达88%，选择性达到100%，其六氟异丙醇经过分离回收可重复使用。图1.6过氧化氢六氟异丙醇体系B-V氧化反应雷自强等人使用三氯化铝在乙醇中以过氧化氢作为氧化剂做Baeyer-Villiger清洁氧化（图1.7）[14]，在70oC下反应了24h，其中环戊酮的转化率达100%，选择性达到了99%以上。在他这次的研究中，三氯化铝被证明是一种高活性和有效的催化剂。以环境友好的H2O2为氧化剂的B-V氧化反应对一般环酮和非环酮的氧化具有良好的催化活性和产物选择性。该反应系统非常简单，温和且环保。在这个氧化过程中使用的材料是很便宜的，且还无毒，在商业上很容易可以买到。图1.7三氯化铝-乙醇过氧化氢体系B-V氧化反应2009年，雷自强课题组再次尝试使用氯化锆为催化剂，双氧水作氧化剂，做开链酮和环酮在室温下的Baeyer-Villiger氧化研究（图1.8）[15]，其中以环戊酮转化为四氢吡喃-2-酮用乙腈做溶剂反应24h，收率为50%，选择性达到99%以上。图1.8四氯化锆催化过氧化氢体系B-V氧化反应随着应用技术的发展，双氧水的应用范围也越来越广泛。相比之下双氧水的氧化强度比过氧化酸弱得多。使用双氧水作为氧化剂时，作为原料环戊酮转化为四氢吡喃-2-酮的量较少，选择性低，故在双氧水做B-V反应的氧化剂时需要使用较好的催化剂和适当的温度来提高反应的选择性和转化率。Hara等人制备粘土负载锡催化剂Sn(0.77)/TN，使用30%H2O2作氧化剂，1,2-二氯乙烷做溶剂，回流反应24h，选择性达99%以上，四氢吡喃-2-酮最终收率达到89%（图1.9）[16]。图1.9锡催化剂过氧化氢体系B-V氧化反应在1992年，Murahashi等人使用醛体系下氧分子与酮进行Baeyer-Villiger反应（图1.10）[17]，将环戊酮在苯甲醛体系下，苯做溶剂，氧化铁做催化剂，通入氧气，转化率高达100%，四氢吡喃-2-酮收率达到98%，但使用的苯甲醛最终形成苯甲酸，会对环境造成污染，另外通入氧气如果不稳点会造成安全隐患，使用的苯为一级致癌物，不利于工业药物的生产。图1.10氧化铁-苯甲醛-氧气体系B-V氧化反应Zarrabi,S等人使用过二硫酸钾、过二硫酸氨、过二硫酸钠，在硫酸的体系下水作溶剂进行环酮的Baeyer-Villiger氧化研究（图1.11）[18]，其中使用过二硫酸钾环戊酮转化为内酯的收率达到了96%，选择性为100%，后处理简单，工业生产可行性较好，其副产物硫酸钾又可作为农业生产中钾肥的原料，符合绿色化学的理念。图1.11过硫酸盐-硫酸体系B-V氧化反应通过查阅很多相关文献我发现，在实验室合成成功δ-戊内酯的原料除环戊酮外，还有δ-氯戊酸、1,5-戊二醇、四氢呋喃、δ-羟