无溶剂有机合成.ppt.ppt

1、1.第五讲：无溶剂有机合成；2.在有机化学物质的合成中(特别是在涉及固体物质的反应中)，通常使用有机溶剂，这将对环境造成损失并造成污染。世界各地的化学家创造和研究了许多绿色化学方法来取代传统的有机溶剂。如水为介质，超临界流体(如CO2)为溶剂，室温离子液体为溶剂等。最彻底的方法是完全没有溶剂的无溶剂有机合成。3.传统有机溶剂的优点：1。它能很好地溶解有机反应物；2.反应物分子均匀分散在溶液中；3.稳定的能量交换。传统有机溶剂的缺点：1。毒性和挥发性；2.回收很困难。无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应，因为其研究对象通常是低熔点有机化合物之间的反应。在反应过程中，除反应物外，不加入任何溶剂，固

2、体物直接接触反应。实验结果表明，许多固态有机反应比溶剂中的反应更有效，并能获得更好的选择性。因此，“无溶剂有机合成”在20世纪90年代初被明确提出，它不仅包括经典的固-固反应，还包括气-固反应和液-固反应。1.无溶剂有机反应；5.无溶剂反应机理与溶液反应相同。反应起源于两个反应物分子之间的扩散接触，然后发生反应产生产物分子。此时，生成的产物分子作为杂质和缺陷分散在母体反应物中。当产物分子聚集到一定尺寸时，产物晶核出现，从而完成成核过程。随着晶核的生长，产品的独立晶相出现。2.无溶剂反应的操作方法；6.无溶剂反应主要采用以下方法：(1)在室温下，固体原料可用研钵粉碎、混合、研磨。(2)将固体原料

3、搅拌混合均匀后，加热或静置，可用常规加热或微波加热；(3)强力机械方法，如球磨机或高速振动破碎和超声波方法。(4)主客体法以反应底物为客体，以另一种合适的分子为主体，形成包合物，然后试图使底物发生反应。此时，反应的定位选择性或光学选择性将由于主体的作用而改变或提高，甚至成为唯一的选择。7、通过上述方法反应后，根据原料和产物的溶解度，选择合适的溶剂，并从混合物中萃取产物或除去未反应的原料，从而获得相对纯的产物。所用的溶剂是无毒或毒性较小的水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。显然，在上述方法中，室温下的反应能耗是最小和最简单的。二是加热法，能耗较高的是机械法。无溶剂有机反应可以在固体、液体和熔融状态下进行

4、，也可以通过超声波和微波辅助，或通过机械能完成。第三，无溶剂有机反应的优缺点，由于无溶剂固态有机合成中没有溶剂，减少了溶剂的挥发和废液的排放，减少了污染；同时，熔点低于150的有机固体原料只需在室温下搅拌研磨，无需加热操作，节能方便；由于不使用溶剂，降低了生产成本。(1)无溶剂合成的优点，(1)低污染、低能耗、操作简单；(9)无溶剂合成提供了不同于传统溶液反应的新的分子环境，可以提高反应的选择性和转化率。因为在固态下，固体分子被晶格束缚，分子的构象被冻结，反应分子有序排列，可以实现定向反应，提高反应的选择性。生物体内酶催化的有序反应具有固液相反应的双重特征。因此，固态有机反应的研究不仅对有机化

5、学的发展具有重要的理论和实践意义，而且为有机化学的发展提供了新的思路2):和10的高选择性。在固体中，反应物分子处于有限状态，分子构象相对固定。此外，反应物的分子构型可以通过形成包合物、混合晶体、分子晶体等来控制。特别是通过与光学活性主体化合物形成包合物来控制反应物的分子构型，从而实现对映选择性固态不对称合成。3)控制分子构型：无溶剂的固体或液体有机反应，由于没有溶剂分子的介入，反应体系的微环境不同于溶液，导致反应位点的局部高浓度，提高了反应效率。同时，没有溶剂，这使得产品的分离和纯化更容易。(4)提高反应效率：11，特别是对于涉及固体物质的反应，过去更常用有机溶剂，会存在如下一些问题。(2)

6、无溶剂有机合成的缺点；1)反应可以进行吗？并非所有的有机反应都可以在无溶剂条件下进行，因为当固体反应物粉末混合时，非均相分子很难接近小的距离(例如1nm)，并且碰撞概率降低；有必要进一步研究如何促进反应。2)散热问题：有些无溶剂反应是在固态下进行的，反应体系没有流动性，反应释放的热量难以散失，难以大规模生产。3)分离问题：如果反应没有定量完成，仍然存在分离问题，可以使用有机溶剂。4.无溶剂有机合成的反应方法和实例：(1)球磨反应，将金属球和待反应物质加入圆柱形金属反应器中，旋转反应器，研磨实现反应。去除环境污染物中的有害有机氯化物，如滴滴涕(双对氯苯基三氯乙烷(ClC6H4)2CH(CCl3)

7、、多氯联苯(多氯双苯)、氯苯、二恶英等。污染物与镁或钙、氧化钙等混合。其可以通过球磨研磨6小时来脱氯。13，另一个例子是烯胺物质1和物质2，它们通过球磨反应3小时，然后加热到80，5分钟，150和5分钟。在体系中经过一系列反应，得到产物3:14，这是一种比球磨更强的机械作用方法。将不锈钢球加入密封的不锈钢反应器中，反应器以3500转/分的速度旋转，使加入的物质发生反应。(2)高速振动破碎法反应，如(2 2)C60加成形成二聚体C120，是C60在高速振动破碎条件下与或KOAc、K2CO3和微量碱金属如锂、钠、钾的反应。以无机物为催化剂，反应30分钟后达到平衡，二聚体含量为30%。15，用离子液

8、体(BMIM)AlCl4作为催化剂(BMIM:1-丁基-3-甲基咪唑阳离子)，醇或酚的四氢吡喃化是多步有机合成中最常用的保护和去保护方法。(3)反应由离子液体催化。当ROH为环己醇时，转化率在25下5分钟达到100%。研究了9种醇或酚的反应，其中8种转化率达到100%，离子液体可以用乙醚萃取回收。16、使用光学活性主体进行固相不对称还原反应。光学活性醇R-()-10可以通过将光学活性7或8作为主体和酮9(客体)的包合化合物的结晶粉末与硼烷乙二胺(2BH3NH2CH2CH2NH2)的复合粉末混合而获得。反应的产率和光学活性如表1所示。(4)主客包合物法的应用，1。不对称还原反应，17，18。环状

9、酮分子11和主体8a之间的1:1的包合化合物粉末被NaBH4还原，并且将两种粉末混合，放置3天并反应以获得100ee光学纯的(R，R)-(-)-。反应物11左下角的氧原子与主体8形成氢键，所以它没有被还原。19，2。维蒂希反应在不对称合成中，由分子8b或8c作为主体和酮形成的包合化合物晶体粉末与维蒂希试剂14粉末反应，不对称构型选择性很高，如以下反应式所示：20，由吡啶酮18作为客体和化合物19作为主体形成的包合化合物133601进行分子内(5)光化学反应：将21，1，二苯基乙二醇(21)和2倍量的氢氧化钾混合，在研钵中研磨，混合物在80反应12分钟后用稀酸洗涤，得到酸22，产率为90%。当苯

10、环上有吸电子基团时，反应加速，当有给电子基团时，反应减慢。(6)用研钵研磨反应，与醛和酮缩合反应，当23中的氩为对甲基六氯环己烷，24中的氩为酸碱度时，室温下与氢氧化钠混合，研磨5分钟，初始液体变成淡黄色固体，加水，过滤，得到26(对甲基查尔酮)，收率97%。文献中已经研究了七种特定的反应。在大多数情况下，无溶剂反应的产率高于50%乙醇水溶液。23，文献报道了用负载在蒙脱土K-10上的铁(NO3)3作为氧化剂将伯醇和仲醇氧化成醛和酮。在超声辐照下，醛或酮的产率在15 60s内分别达到87%和96%。文献报道了以Al2O3为载体的乙酸钾KAc与1-溴辛烷反应，反应时间为2分钟，乙酸酯的收率达到9

11、9%。24.蒙脱土K-10是一种试剂级纳米蒙脱土，由蒙脱土(包括钙基、钠基、钠钙基和镁基蒙脱土)经剥离、分散、提纯、改性、超细分级和特殊有机复合而成。平均晶片厚度小于25纳米，蒙脱土含量大于95%。它具有良好的分散性，可作为纳米高分子材料的添加剂广泛应用于高分子材料工业，以提高抗冲击性、耐疲劳性、尺寸稳定性和阻气性能等。从而对增强聚合物的综合物理性能和改善材料的加工性能起到作用。应用：固体路易斯酸催化剂，催化醚化/酯化反应。25。文献报道，醇27的粉末与氯化氢气体在干燥器中接触5小时，得到烯烃28，产率为99-100%。(8)在干燥器26中反应，在室温下放置3h，产物31的产率为25%。显然，

12、在室温下站立消耗的能量最少，也最容易；二、加热静置或加热搅拌；相比之下，其他机械方法能耗更高，或者仪器更多，操作更复杂。例如，2-甲基环己酮(29)和甲基乙烯基酮(30)在无溶剂条件下的罗宾逊环化反应如下：(9)加热并在室温下静置；(27)无溶剂有机合成反应类型，一些典型的反应类型(没有具体的反应例子将一一写出)，(1)热反应，(1)氧化反应：如拜尔-维利热氧化反应；(2)还原反应：如用硼氢化钠将酮还原成醇；(3)坎尼扎罗歧化反应：如醛歧化成醇和酸；(4)加成反应：如卤素和卤化氢加成、迈克尔加成；(5)消除反应：如醇消除为烯烃，28，(6) c-。醛酮缩合反应；迪克曼缩合反应；格利雅，改革的天空；维蒂希反应；叶立德反应；克莱森反应；罗宾逊环还原反应；频哪醇偶联反应；酚类之间的偶联反应；炔烃化合物的氧化偶联反应：C60的加成和偶联反应。(7)取代反应：氨解、水解、酯交换和醚化。(8)聚合。(9)重排和异构化：频哪醇重排，如二苯乙二醇