相转移催化剂

相转移催化剂（Phasetransfercatalyst）相转移催化(Phasetransfer),简称PT，是20世纪70年代以来在有机合成中应用日趋广泛的一种新的合成技术。在有机合成中常遇到非均相有机反应，这类反应的通常速度很慢，收率低。但如果用水溶性无机盐，用极性小的有机溶剂溶解有机物，并加入少量（0.05mol以下）的季铵盐或季磷盐，反应则很容易进行，这类能促使提高反应速度并在两相间转移负离子的鎓盐，称为相转移催化剂。一般存在相转移催化的反应，都存在水溶液和有机溶剂两相，离子型反应物往往可溶于水相，不溶于有机相，而有机底物则可溶于有机溶剂之中。不存在相转移催化剂时，两相相互隔离，几个反应物无法接触，反应进行得很慢。相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合（通常情况），并利用自身对有机溶剂的亲和性，将水相中的反应物转移到有机相中，促使反应发生。相转移催化剂的优点：(1)不使用昂贵的特殊溶剂,且不要求无水操作,简化了工艺;(2)由于相转移催化剂的存在,使参加反应的负离子具有较高的反应活性;(3)具有通用性,应用广泛.(4)原子经济性。相转移催化剂的缺点：催化剂价格较贵。常用的相转移催化剂1、聚醚链状聚乙二醇:H(OCH2CH2)nOH链状聚乙二醇二烷基醚:R(OCH2CH2)nOR2、环状冠醚类：18冠6、15冠5、环糊精等3、季铵盐：常用的季铵盐相转移催化剂是苄基三乙基氯化铵（TEBA）、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵（TBAB）、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵等。4、叔胺:R4NX,吡啶,三丁胺等5、季铵碱（其碱性与氢氧化钠相近）易溶于水，强吸湿性。6、季膦盐一、相转移催化的原理1．相转移催化原理QXNaCNQCNNaX水相水相水相水相亲核试剂进入有机相，发生取代反应形成产物。QCN水相CNQ有机相1C8H17XC8H171XXQNaCNCNQNaX相界面2．实现相转移催化具备的条件条件1：有一个互不相溶的二相系统，其中一相（一般是水相）含有亲核试剂的盐类；另一相为有机相，其中含有与上述盐类起反应的有机作用物。条件2：阴离子（CN—）一定要与Q+形成离子对并且必须萃取入有机相。二、相转移催化剂1．相转移催化剂的要求具备形成离子对的条件;或者能与反应物形成复合离子。有足够的碳原子，以便形成的离子对具有亲有机溶剂的能力。R的结构位阻应尽可能小，R基为直链居多稳定并便于回收2．常用的相转移催化剂鎓盐类、冠醚和非环多醚三大类（1）鎓盐类:中心原子、中心原子上的取代基和负离子三部分组成。价廉，毒性小，应用广泛，其中季铵盐（R4N+X—）应用最广（2）冠醚类也称非离子型相转移催化剂，它具有特殊的复合性能催化剂英文缩写名催化剂英文缩写(CH3)4NBr(C3H7)4NBr(C4H9)4NBr(C4H9)4NI(C4H9)4NCl(C2H5)3C6H5CH2NCl(C2H5)3C6H5CH2NBr(C4H9)4NHSO4TMABTPABTBABTBAITBACTEBACTEBABTBAHS(C8H17)3NCH3ClC6H13N(C2H5)3BrC8H17N(C2H5)3BrC10H21N(C2H5)3BrC12H25N(C2H5)3BrC16H33N(C2H5)3BrC16H33N(CH3)3Br(C8H17)3NCH3BrTOMACHTEABOTEABDTEABLTEABCTEABCTMABTOMAC1C8H17COOOOOOKlKCNC8H17C1NKCl18-冠-6CN有机相水相或固相有机相水相或固相（3）非环多醚类非离子型表面活性剂。中性配体，具有价格低、稳定性好、合成方便等优点聚乙二醇：HO（CH2CH2O）nH聚乙二醇脂肪醚：C12H25O（CH2CH2O）nH聚乙二醇烷基苯醚：C3H7—C6H4—O（CH2CH2O）nH折叠成不同大小的螺旋型结构，与不同直径的金属离子复合固定到载体上“三相催化”是新合成技术优点：固相催化剂可在反应结束后过滤除去，操作简单，可回收套用，分离纯化简便等。可用于卤化、烷基化、缩合、氧化、还原、消除、水解等。KF、KMnO4催化剂小结鎓盐类具有适应性广（对阳离子选择性小）、价廉，毒性小等特点，应用最广，可用于液-液、液-固体系；冠醚对阳离子的选择性大；适应性广非环多醚类稳定性好、合成方便等优点三、主要影响因素1．催化剂的选择考虑季铵盐的水溶性与形成离子对后的脂溶性。若（A）、（B）反应中用量相同，（A）的催化反应速率比（B）大3.5倍。CHCHCH3N(CH3)2C12H25BrBrCH2CHCH3N(CH3)2C12H25OH(A)(B)2．催化剂用量一般在0．5~10%之间，下列情况时需增加用量：①反应中释放碘离子，并与鎓盐在有机相中紧密结合②反应物活性低③反应试剂容易引起副反应④希望多官能团的反应物发生选择性的反应3．其他因素搅拌非均相反应，存在传质过程，搅拌良好可缩短反应时间加水量烷基化试剂★四、生产应用与操作技术1．C-烷基化传统：强碱催化下的无水操作新技术：采用相转移催化技术CH2CNBrCH2(CH2)2CH2BrNaOHCCNNaOHCCOOH/H2O无水CCOOHNaOHCCNNaOHClCH2(CH2)2CH2ClCH2CNTEBA50%HOCH2CH2OH优点：提高收率，简化工艺操作，安全生产提高反应的选择性CH2CNRXCHCNRCRRCN(A)(B)(C)2．O-烷基化（生产醚类产品）传统：Williamson法新技术：PTC法用NaOH水溶液季铵盐催优点：缩短反应时间、提高收率，操作简单nC4H9OHPhCH2Cl/50%NaOH/TBAHS/C6H635,1.5hC4H9OCH2Phn(92%)可用于硫酸二甲酯Me2SO4/50%NaOH/TBAI33,18h(85%)PhCCH3CH3OHPhCCH3CH3OCH3可制备多种酚醚，如在黄连素的生产中，甲基化一步采用相转移催化法后，避免了Cannizaro副反应，使收率提高了25%，单耗降低了37%，三废排放减少三分之一。CHOOHOCH3(CH3)2SO440%NaOH/PhHTEBACHOOCH3OCH3NaOSO2OCH3H2O需要指出：在相转移反应中，使用碘代烷效果不好①碘代烷价格高；②碘离子在非极性溶剂中与季铵盐阳离子选择性地形成离子对，妨碍了生成铵的醇盐，结果使反应变慢或停止。3.应用实例dl-扁桃酸的合成血管扩张药环扁桃酸酯、滴眼药羟苄唑等中间体CH3IC2H5BrC6H5CH2ClNaNH2/NH3PTC*NaNH2/NH3PTC*NaNH2/NH3PTC*A2151562922B508970903350C1941543019传统：NaCN法新技术：相转移催化法（1）工艺流程（2）实验室装置实验装置（实验八）（3）工业生产装置★相转移催化剂的研究趋势手性是生命的基本要素，生命现象涉及的基础物质大多具有一定的立体构型，许多具有生理活性或重要作用的化合物都是手性化合物，不对称合成是获得手性化合物的一个极其重要的方法.而在不对称合成反应中，以相转移催化剂反应为基础发展起来的手性相转移催化合成是一个新兴的参考文献：金鸡纳生物碱季铵盐类手性相转移催化剂的合成及其催化活性季鏻盐型三相相转移催化剂的制备及其化学结构与相转移催化活性的关系相转移催化剂苄基三乙基氯化铵合成2,4-二硝基苯甲醚的研究相转移催化剂在香豆素衍生物中的应用以度米芬为相转移催化剂合成苯甲酸有机反应中的相转移催化剂相转移催化剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物环氧化反应的影响手性相转移催化剂的研究进展与应用