液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用

第19卷第10期化学进展Vol. 19 No. 102007年10月PROGRESS IN CHEMISTRYOct., 2007液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用*周海峰',2范青华2** 何艳梅’古练权'**陈新滋3**(1.中山大学化学与化学工程学院中山大学药学院广 州510275; 2.中国科学院化学研究所分子识别与选择性合成实验室北京 100080; 3.香港理工大学应用生物及化学系香港)摘要低分子量的液态聚乙二醇(PEG)作为一种新型的绿色有机反应溶剂正受到人们的极大关注。PEG具有好的热稳定性、不挥发、不易燃、无毒、生物可降解、廉价易得,以及易于回收和循环使用。此外，PEG可以溶解众多的有机化合物和有机金属配合物。因此,PEG作为有机溶剂的替代品和均相催化剂的载体已经成功地应用到许多有机反应中,它们包括还原反应、氢化反应、氧化反应、不对称双羟基化反应、Heck反应、Suzuki交叉偶联反应、Michael加成反应、不对称aldol 反应.Baylis-Hillman反应、脂肪酶催化的反应和聚合反应等。本文对这一领域的研究进展作一综述。关键词聚乙二醇 绿色反应介质 催化剂回收中图分类号: 0621.3文献标识码: A文章编号: 1005-281X(2007)10-1517-12Application of Liquid Poly( Ethylene Glycol)s as GreenReaction Media in Organic ReactionsZhou Haifeng':2 Fan Qinghua'He Yanmei2 Gu Lianquan'Chan Albert s C3(1 . School of Chemistry and Chemical Engineering， School of Pharmnaceutical Science, Sun Yat Sen University ,Guangzhou 510275, China; 2. Laboratory of Molecular Recognition and Selective Synthesis ，Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080，China; 3. Department of Applied Biology & Chemical Technology,The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China)Abstract Low molecular weight liquid poly( ethylene glycol)s (PEG) as a novel green solvent for organic reactionshave been attracting great atention. They are thermally stable, nonvolatile, nonflammable ，non- toxie, biodegradable,inexpensive and recyclable. Moreover, they can dissolve a great range of organic compounds and organometalliccomplexes. Thus , liquid PEC as an altemative to organic solvent and a new approach for immobilzation of homogeneouscatalyst has been sucessfully employed in a number of organic reactions, such as reduction reaction, hydrogenation,oxidation reaction， asymmetric dihydroxylation， Heck reaction， Suzuki cross- coupling reaction， Michael additionreaction, asymmetric aldol reaction, Baylis- Hillman reaction, lipase-catalyzed reaction, polymerization reaction and soon. This paper reviews the advances in this research field.Key words poly( ethylene glycol)s (PEG); green reaction medium; catalyst recovery目前绿色有机合成化学,即发展环境友好的有化学的一个重 要研容内密[12).其中寻找环境友好机合成方法,已越来越引起人们的重视,正成为现代的中国煤化工个重要课题。无溶YHCNMHG收稿: 2006年12月,收修改稿: 2007年3月*国家自然科学基金项目(No.203900507 ,20325209 ,20532010)资助* *通讯联系人e-mail:fanqh@ icas. ac .cn化学进展第19卷剂反应体系当然最能满足这一要求10-6) ,然而在大到脱溴 的饱和醇。多数有机反应中溶剂扮演着非常重要的角色,它起NaBH, ,PEG-400RCOOR'65- -80个-RCH2OH到增大反应物分子间的接触机会,改善热量传输的.R= ary), alkyl作用。因此,寻找可替代常规有机溶剂的新的反应R'=Me,Et介质,无论在学术界,还是在工业界都引起了广泛重视并已取得了重要进展[7-9) ,发展了以水[10-15)、超临图1PEG介质中NaBH,对酯的还原(281界二氧化碳'618)、全氟烃[09,201和离子液体[1- 251为代Fig.1 Reduction of esters by NaBH, in PEG:28]表的新型反应介质。虽然水最为环境友好,而且廉他们刚进一步发现在PEG-400 中,当反应温度价易得,但由于大多数有机化合物都是憎水性的,而为70C时,NaBH,还可将卤代烷烃和苄基卤还原为且有些催化剂对水敏感,因此限制了水相反应的应用相应的烷烃。碘化物反应活性比溴化物高,氣化物.范围。超临界二氧化碳具有无毒、易得和容易除去等活性最低;对于仲溴化物还原产物是相应的烷烃,没优点,但对有机物的溶解性能较差,而且需要高压和有消除产物烯烃生成。此外,伯醇的磺酸酯也可被较为复杂的设备。全氟烃溶剂不仅对有机物的溶解还原为相应的烷烃,而仲醇的磺酸酯由于位阻的原.性能差,而且易挥发,极为稳定和不易被降解。离子因不能被还原。研究还发现,以PEC-400 为反应介液体具有不挥发性、不易燃性以及对金属有机化合物质,NaBH,能使酯、酰氯、卤化物和磺酸酯还原为相优良的溶解性能等优点,是近年来被广泛应用的一种应的醇和烷烃(图2),但不能还原含氮基团(如:腈“可设计”型绿色反应介质,但也还存在价格比较昂基叠氮基、酰胺键、硝基等),因而该方法可用于对贵,以及其毒性有待进一步确认等不足。低分子量聚乙二醇(PEG, HO-( CH,CH20),-H)不同基团进行选择性还原。进一步研究发现，PEG是一种常见的液体低聚物,能与水、甲苯、二氯甲烷、不仅充当溶剂作用,还与NaBH,生成了一种具有催醇、丙酮等溶剂互溶。PEG 具有低毒、可生物降解、化活性的物种NaBH2[(OCH2CH2).0H]2 ,将该物质不挥发、不可燃、价格低廉等优点。它对大多数有机.分离出来,以THF为溶剂,对溴化物的还原比PEG-及金属有机化合物溶解性能良好,而且在酸、碱、高NaBH,体系还要快;更有趣的是,同样条件下还原磺温、O2和H2O2氧化体系以及NaBH还原体系中都酸酯,只需1当量的NaBH,[(OCH2CH2).0H],而在很稳定。正是因为PEG具有上述优良特性,用PEGPEG-NaBH,体系中需要3当量的NaBH。作为新的绿色反应介质以及作为催化剂的“流动”载RCHXR'NaBH4 . PEG-400RCH,R'70C体已开始引起人们的关注”。本文综述了以PEGR= ay),alkyl作为反应介质或共溶剂的有机催化反应及催化剂的R'= H,alksyl分离回收研究进展,研究的反应包括还原反应、氢化X= Cl, Br,I,OTs反应、氧化反应、双羟基化反应、偶联反应、聚合反应图2PEG介质中NaBH,对卤代烷和磺酸酯的还原!9)及酶催化等反应。Fig.2 Reduction of halides and sulonate esters by NaBH, in1还原反应PEC[2]1.1 NaBH,还原反应1.2烯(炔)烃的还 原和苄醚的氢解硼氢化钠还原反应是经典的有机合成反应。Chandrasekhar等[3)以PEC-400 为溶剂研究了Santaniello等[28]研究了在PEG-400(分子量为400)中Lindlar 催化剂对炔烃的部分还原反应,反应结束后用NaBH,对安息香酸甲酯的还原,在65- 80C时,安息无水乙醚萃取产物,含有Lindlar 催化剂的PEG相可香酸甲酯可以完全被还原成苄醇(图1)。PEG 两端.以重复使用5次,催化活性和产率基本保持(图3)。的0H基团是必需的;当PEG单甲醚作溶剂时,没有中国煤化工%)R R'苄醇生成。在该体系中a,p-不饱和酯可被还原为CNMHG*饱和醇,而在常规溶剂中C-=C不被还原;当反应物n,ft = auky1, ary1为苯环上带有给电子基团(如0H、NH2、0CH,)的酯图3PEG介质中炔烃的部分还原[x}时,没有还原产物生成;a-溴代酸酯可以转化但只得Fig.3 Partial reduction of alkynes in PEC'x]1第10期周海峰等液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用1519另外, Chandrasekhar等([3]1 还报道了PEC-400中0.5wt %。Pd/C催化的烯烃、炔烃氢化还原反应和苄醚的氢解supereritical CO2 phase反应,催化剂可以循环使用4次(图4)。tyreneethylbenzeneROBnPd-C( lmol% )”ROHH_HH(1atm) ,PEG(YHHR= alky,aryl...-_图4PEG介质中Pa/C催化苄醚的氢解反应1Fig.4 Pd/C catalyzed hydrogenolysis of benzyl ether inPhzP.、PPbz:talystPEC'n)~a1.3 氢化反应poly(ethylene glyco) liquid phase1965年, Wilkinson等人发明了均相氢化催化图5PEG/SeCO2体系中均相催化剂的回收2]剂,推动了随后的不对称均相催化反应的产生和发Fig.5 PEG/ScCO2 systenis for recycle of homogeneous展。虽然Wilkinson催化剂具有优良的催化性能,但catalyts+)昂贵的过渡金属催化剂的分离回收一直是科学家致力解决的难题之- _[52-3)。过去几十年来,发展了包不对称催化氢化反应在过去几十年中取得了重括离子液体负载在内的众多方法来分离与回收催化大进展,已合成和报道了数千个手性膦配体,它们与剂,但各种方法均存在一定的不足之处5.0。1998金属铑、钌、铱形成的配合物被证明是催化C--C、年,Loh等[7}1在研究PEG诱导有机混合溶剂体系分C= =0和C - ~N键不对称加氢反应的高效催化剂,成相的基础上，发现PEG、正庚烷与二氯甲烷或甲醇三为目前工业上应用最成功、同时也是最多的手性催组分在一-定条件下可形成均相或两相体系,并应用化剂1.2)。然而,手性膦配体的合成往往十分复杂,于RhCl(PPh,),及[ Rh( cod)(dppe)]PF。催化1-已烯通常需要经过多步反应，配体本身和其金属配合物的氢化反应38)。通过调节三组分的质量百分含量,对氧十分敏感,导致膦金属催化剂一般都十分昂贵。可以实现室温条件下均相催化,反应结束后通过降因此,高效 、稳定和可方便分离回收的负载手性膦金低温度而分为两相;或者直接进行两相催化反应。属催化剂的研究一直引人注目,但是大部分负载手因此通过简单的相分离,就可以实现催化剂与产物性催化剂均需要对配体进行改造,增加了合成上的的分离,催化剂[ Rh(cod)(dppe)]PF。最多可循环使复杂性。Chan和Fan等[4)以双甲醚化的PEG为溶用8次。剂,发展了可以在空气中操作的、用于催化喹啉及其Jessop等[9]和Waler(})利用超临界二氧化碳術生物的P-Phos/Ir催化剂体系,是国际上最早研究(SCCO2)的优点,发展了用于均相催化剂分离回收PEG介质中的不对称氢化反应的实验室(图6)。他的PEG/SCCO2两相体系。研究发现PEG与SCCO2几乎不互溶,而有机金属络合物催化剂能够溶解在[rCODCI/ign.ThF,tu H2σrPEG相中,那些极性较小的底物和产物则溶于DMPEG/hexane,LH2H个RISCCO,相中,因此反应结束后,通过用SCCO2萃取产R=alkyL,ary R2=H, Me ,MeO,FQCH3物,实现催化剂的循环使用。在PEG 900/SCCO2两相体系中,以Wilkinson 催化剂RhCl(PPhz), 催化苯HzCOOPPb2OPPh2乙烯的氢化反应为例(图5),在反应釜中充入3 MPaHzCO., PPhzH, 5 MPa CO2,加热至40C,反应19h,然后升温至55C(压力为15.5 MPa),以2ml/min的流速往催OCH化体系中通人SCCO2来萃取还原产物，保留在PEG中国煤化工()-H8 BINAPO相的催化剂可以进行新一轮氢化反应,无需补加催图.MYHCNMHG生物的不对称催化氢化剂和PEG,催化剂可以循环使用5次,催化活性保化44-461持不变。通过用NMR检测,所萃取产物的转化率大Fig.6 Asynmetric hydrogenation of quinolines in DMPEG/hexane'于99% ,金属Rh的流失小于Ippm, PEG的流失小于1520化学进展第19卷们以商品化的双膦配体P-Phos 与Ir 形成的配合物上,最高可以达到9次,催化剂的活性和对映选择性为催化剂,用纯的双甲醚化的PEG或其与正己烷组基本保持。在大多数情况下,金属的流失小于成的两相体系为溶剂，在喹啉的氢化中得到了与有.1ppm, PEG的流失小于0.1wt%。值得一提的是,机溶剂类似的催化性能。然而,当使用离子液体Ru( BINAP)催化a-芳基丙烯酸的不对称催化氢化反([BMIM]* PF )为介质时,反应的速度和立体选择应中,对映选择性随着催化剂循环使用次数的增加性能显著降低。更重要的是该催化体系可以方便地而增高。与产物分离和再利用。当反应结束后,先分出上层Jesop等48.将他们早先发展的PEG/SCCO2两相的正已烷相，然后再用正己烷萃取PEC相。实验证体系拓展到手性Ru配合物催化的巴豆酸的不对称明催化剂可以完全保留在PEG相中,催化剂可重复催化氢化反应,与甲醇作溶剂相比,对映选择性有所使用8次,催化剂的活性和立体选择性保持不变,而降低(82% vs. 91%)。反应结束后,氢化产物用且所有操作均可以在空气中进行。在随后的研究SCCO2萃取,催化剂和PEG可以循环使用5次,催化中145.61,他们以更易制备的手性亚膦酸酯类配体代活性没有明显的降低,对映选择性还稍有提高。替膦配体,发现Ir催化喹啉的不对称氢化反应同样1.4 不对称氢转移反应可以在双甲醚化的PEG介质中进行,而且当以Ir/不对称氢转移反应由于反应条件温和,避免了(H8-BINAP0)为催化剂时,PEC介质中给出了较有使用带有危险性的试剂(如氢气),操作过程和反应机溶剂THF更高的对映选择性。可能由于这类催后处理简便,以及对映选择性与收率高,还原试剂廉化剂不是十分稳定,因此在催化剂循环利用的实验价易得而倍受关注(。所使用的催化剂一般为手中虽然获得了相似的对映选择性,但催化剂的活性性氨基醇或手性二胺与过渡金属形成的配合物,在降低。众多的催化剂中,其中最引人注目的是Noyori研究在此基础上,Fan和Chan等(4)进一步研究了组[$]开发的手性钉催化剂Ru-TsDPEN, 以i-Pr0H/PEC-600介质中C==C和C=0双键的不对称催化KOH或HCO0H/NEt,或HC0ONa为氢源,在温和条氢化反应,包括a-芳基丙烯酸,a-脱氢氨基酸(酯)、件下,可将潜手性的酮或亚胺还原成相应的手性醇β-酮酸酯和简单芳基酮的不对称催化氢化反应(图或胺。但与不对称氢化反应相比,多数情况下,不对7)。他们使用未经修饰的商品化手性双膦配体,如称氢转移反应需要较高的催化剂用量。因此,手性BINAP .DuPhos、BIPHEP和P-Phos等,以PEG和甲醇.催化剂的分离与回收一直是该研究领域的热点之或异丙醇的混合溶剂为反应介质,获得了与常规有_5。Xiao等[x]发现,以水为溶剂可以极大地加速机溶剂条件下相似的催化活性和对映选择性能。反反应的进行,但催化剂的回收与再利用依然没有解应结束后用低极性的正己烷或其与乙醚的混和物萃决。Fan和Chan等53)在研究PEG中不对称氢化反取产物,含有催化剂的PEG相可以重复使用5次以应的基础上,发展了PEG/H20介质中的不对称氢转移反应新体系。在PEC/H20(9:1,o/v)体系中,以.HC0ONa为氢源,苯乙酮为底物,反应结束后用正己RCooHPEG/ MeHJ1H2COOH烷萃取产物,再往PEG相中加人底物和1当量的R∞ary88%- -92% eeHC0OH进行下一轮反应，催化剂可循环使用达14RC00CH3R-S-B-DuPHOS，R个_C00CH3次,对映选择性保持不变,是目前报道的Ru-TSDPENNHCOCH3PEG/ MeoOHLL.H2R=: ay,H94%- 99% ee催化剂的回收方法中最简便有效的方法之- -(图 8)。Hi(RuCI2(p -cymene)]2(1S, 259-TsDPEN~ORPEG/ McOH,60C, H2ROR2PEG/H2O, 40 C,Ria=lyllkyl R2= akylupt 99% eeHCOONaRuC1l(diphosphineXDPEN)中国煤化工、R= aryl95%- _98% eeYHCNMHG,围7 PEGalcohol 中C-C,C -0双键的不对称氢化切])YIaFig.7 Asymmetric hydrogenation of C一C, C-0 in PEG/图8PEG/H20中的不对称氢转移反应51alcohol4i1Fig.8 Asynnetric transfer hydrogenation in PEG/H20($).第10期周海峰等液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用1521-一(图10),发现催化剂的用量大大减少,从5mol%减2氧化及双羟基化反应少到0. 5mol% ,而反应速率却大大加快,从12- -24 h2.1醇的 氧化反应缩短到2h,如反式二苯乙烯反应2h可达到95%产Neumann小组5)报道了PEG介质中多金属氧率,催化剂可循环使用5次,产率均大于90%,金属酸盐HPV2Mo。O#催化的苄醇和环二烯的氧化脱氢Os的流失量小于2ppm。作者还将该体系拓展到烯反应、硫醚的氧化反应和Wacker 氧化反应。以烃的不对称双羟基化反应,以[(DHQD),PHAL](1)PEC-200为反应介质,4甲基苄醇100C反应16h,得为手性配体,在0.5mol% Os 催化剂的作用下,同样到100%的氧化脱氢产物4-甲基苯甲醛,催化剂可得到了很高的反应活性和对映选择性。虽然催化剂重复使用3次,催化活性不变(图9)。但仲醇在该可以回收和重复使用,但由于部分手性配体在萃取条件下主要生成脱水产物烯烃。当用PEG的二甲中流失,因此循环使用中需要补加--定量的配体1。醚或PEG的二羧酸酯代替PEG时,有副产物苯甲酸H苄酯和二苄基醚生成。研究显示PEG在酸性、强氧NMO-H20(13 eq)化和高温等反应条件下非常稳定,质谱和核磁检测R = aky, arylPEG,1.OHR'= H, alkyl and ary只有2- -5mol% PEG 发生降解，生成乙二醇、二氧六环和甲醛,PEG的末端OH没有被氧化成醛基。另團10 PEG 介质中OsO,催化的烯烃的双羟基化反应(3]外,环二烯也可以氧化脱氢生成芳香化合物;硫醚被Fig.10 OsO。 catalyzed dihydroxylation of alkene in PEG'S氧化成亚砜和砜的混合物。该催化体系还可以用于为了克服这一不足，Zhang等[9对配体烯烃的Wacker 氧化反应,如丙烯可发生Wacker 氧[(QN)2PHAL]进行了修饰，通过增加其极性来减少化生成丙酮。它在萃取过程中的流失。Sharpless 等[@]曾报道四氧HyPV:MonOo. CHO化锇只与金鸡纳生物碱1中喹啉环上的一个N原子络合,因此另外-一个喹啉环上的N原子季胺化不会R= lkyl,, Br,NO2影响催化活性和立体选择性。所以作者通过配体[(QN)2PHAL]与苄溴的反应,得到离子化配体2。圉9PEG介质中苄醇氧化脱氢反应[4]在PEC-400、 丙酮、水组成的混合介质中,加入Fig.9 Oxydehydrogenation of benzylic alcohols in PEG'0.5mol% 0s0, 2.0mol %配体2,所研究的所有烯烃Leitner等1[51报道了PEG/SCCO2 两相体系中醇均给出了较好的产率和对映选择性。重要的是,催的氧化反应,发现反应中原位生成的钯纳米颗粒可化剂可循环使用5次,对映选择性仍保持在87%以以被PEG介质稳定,没有钯黑产生，而且催化剂的上,而且不需要另外补加Os04和手性配体,也未检活性、选择性和底物的适应性都得到提高。以3-甲测到金属Os的流失。而同样条件下,在离子液体中.基-2-丁烯醇的氧化反应为例，PEG/SCCO2两相体系催化剂只能循环使用3次,并且有2%的金属Os的中转化率和选择性均比SCCO2体系[9]高,分别为流失。78% vs. 75%,89% vs. 82%。此外,在PEG/SCCO2两相体系中,不仅a,p-不饱和醇易被氧化为a,p-不饱和醛,而且一级、二级苄醇也可被氧化成相应的醛或酮。反应过程中催化剂主要溶解在PEG相,底MeO_,OMe物和产物主要溶解在SCCO2中，反应结束后,可以用SCCO2萃取产物，含有催化剂的PEG相可以循环(DHQD)PHAL 1使用。该催化体系可以设计成连续反应装置来方便地循环使用催化剂。中国煤化工厂Br2.2烯烃的双羟基化反 应MHCNMHGH四氧化锇催化的烯烃双羟基化反应是合成1,2-MeO(》二醇的重要方法之- _(5m。Chandrasekhar 小组[58)最先报道了PEG中OsO,催化烯烃的双羟基化反应quaterization of (QD)PHAL 2●1522●比学进展第19卷Varma等67)首次报道了PEG-400中微波促进的3碳-碳键的形成反应Suzuki反应,用价格便宜的PdCl,作催化剂,KF作3.1 Heck 反应碱,在无任何配体的情况下,用微波加热(240W)几Heck反应在C- -C 键的形成反应中具有重要的分钟就可使反应完全。如溴苯与4~甲基苯硼酸反应.地位,通常用来合成官能化芳香化合物,是Friedel-50秒(温度在100- 105C),产率可达85%,而且催Crafts反应的一个重要补充[61]。然而Heck反应需化剂可循环使用3次,产率仍保持在80%以上要使用价格昂贵的钯催化剂,因而寻求催化剂循环(图12)。使用的方法是研究Heck反应的- -个热点。Chandrasekhar等[02] 最早报道了PEG-2000 中兵_-xPd(OAc)2催化的Heck反应,在没有外加配体和其它+PlCl2or Pd(OAC)。0-⑦PEG, base相转移催化剂的条件下,与常规有机溶剂相比,反应R2-<~>-B(Oi)2的活性更高,而且具有独特的区域和立体选择性(图.RI, R2 - cecronrdonating group or clecron withdrewing group11)。当底物为溴代苯和丙烯酸乙酯时,催化剂可以x=I,Br,CI1循环使用5次,PEG中的催化剂为原加人量的90%。图12 PEG 中Pd催化的Suzuki反应107一701此外,溴苯与活性较低的富电子烯烃如丁基乙烯基Fig.12 Pd catalyzed Suzuki reaction in PEGl6- -D]醚反应,只得到与β碳原子偶联的区域选择性产物丁基苯乙烯基醚,立体选择性也很高(E/Z = 80/Monteiro等[68] 报道了PEG/MeOH 体系中20),然而在离子液体[63和常规有机溶剂(DMF,Pd(OAc)2/PPh,/K,PO,催化的Suzuki反应,用正庚烷DMS0,CH,CN)64)中则生成不同区域选择性的混合萃取产物,催化剂可回收使用12次,产率仍大于产物。90%。Li等[叫]在PEG-400 中用廉价的1,4-二氮双环fY*, ox BfJE[2,2,2]辛烷(DABCO)代替膦配体进行Suzuki 反应，TEA,PEG, 80Cor碘代芳烃或溴代芳烃与芳基硼酸反应,都具有很高R= a, OMe.,methylenedioxy的活性,其中碘代芳烃的活性更高。如Pd(0Ac)2x= Ph COOEL, "BuOE:Zupto 95%(0. 1mol % )-DABC0(0.2mol % )催化的对硝基碘代苯与苯硼酸的偶联反应,产率为96%,当催化剂用量图11PEG介质中Pd催化的Heck反应1(2]降为0.0001mol%,只要将反应时间延长至48h,产率Fig.11 Pd catalyzed Heck reaction in PEC'仍可达96%,TON高达960000。而对于氣代芳烃底Zhang等l65)以PEC-2000 为反应介质,在没有还物,只有在溴化四丁基铵(TBAB)促进下才能顺利反原剂存在的条件下成功地制备了Pd纳米粒子催化应。以碘代芳烃为底物，当催化剂用量为0.1mol%剂,在这里PEG不仅是还原剂，也是稳定剂,反应后.时,催化剂可以循环使用5次;而当底物为溴代芳烃两端的羟基被氧化成醛基。PEG的链长对催化剂的时,反应过程中有钯黑生成,第2次循环时,活性骤制备具有影响,长链的PEG有利于Pd纳米颗粒的降,但是只要加入0.1当量TBAB来稳定活性催化制备,而短链的PEG和Pd2* 形成稳定的络合物,阻剂,阻止钯黑的产生，即使催化剂用量降为止了还原反应的发生。此外,Pd的浓度越低,催化0.01mol%仍可循环使用5次,活性保持不变;但以剂颗粒越小。所制备的纳米催化剂在Heck反应中.氯代芳烃为底物时,催化剂回收效果不好。在此基具有很高的活性,催化剂可以循环使用6次。础上，作者[0?还进一步研究了PEG/H20 体系中3.2 Suzuki反应及Sonogashira反应Pd(0Ac)2/DABCO催化的Suzuki 反应,TON可达到Suzuki 偶联反应是形成C-C键的非常普遍的900 000。该催化体系还可以进一步拓展到Still 反方法之一，成功地用于合成联芳烃(的。然而昂贵的应中国煤化工。催化剂不能回收,常用的膦配体对空气和水敏感,反YHCNMHG道了PEG介质中的应条件苛刻,操作不便,寻找相对廉价的催化剂和稳Suzuki反应,在没有任何配体和无需微波促进的条定的配体,以及开发回收催化剂的方法具有重要件下,只要在PEG中加人适量的水,以Na2CO3为意义。碱,发现在温和的条件下Suzuki反应可以高效地进第10期周海峰等液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用行，,催化剂可以循环使用4次。该体系中溶剂效应使用5次,活性不降低。影响非常大, PEG-2000/H20 = 3.5/3( wv/w)为最佳溶3.3Pd催化的卤代芳烃的直接偶联反应剂体系。PEG的分子量低于2000时,反应活性低。联芳烃是合成农药、医药、天然产物、导电材料该催化体系用于碘代芳烃和溴代芳烃与芳基硼酸的和手性配体的重要合成子,通常经过钯催化的卤代反应时,反应活性高,产率可达95% ,如对硝基碘代芳烃与芳基金属试剂的偶联反应得到,而这一过程苯与苯硼酸反应25分钟,产率为99%。但氯代芳烃要求首先制备芳基金属化物。虽然Ullmamm反应可的反应活性很低，而且主要生成苯硼酸的自偶合.以使卤代芳烃直接偶联得到联二芳烃,但是反应条产物。件苛刻。近年来也有许多温和条件下钯催化的卤代Wang等[2]在PEC-300中,以PdCl, 为催化剂,芳烃直接偶联反应的报道,但是往往需要加入还原K,CO3为碱,成功实现了氯代芳烃与苯硼酸的偶联剂，导致产物中的硝基、羰基等基团被还原,还有脱反应,对于含有不同给电子或吸电子基团的氯代芳卤的副产物生成。Wang 等[7]1报道了以PEG为反应烃,均能得到较好的产率。如2,4二硝基氯代苯与.介质的卤代芳烃直接偶联反应(图14)。 碘代苯及对甲氧基苯硼酸反应30分钟,产率高达98%。其衍生物在K,CO, 存在下,不需要加入任何还原Gao等[73报道了以PEG-2000为载体的负载型剂,用2mol% Pd(0Ac)2 催化即可得到联苯类化合含吡啶类配体的合成及其在钯催化的Suuki反应中物,而且硝基或羰基等均不受影响。研究发现PEG的应用。以PEG-2000为反应介质, K,CO3为碱,负的分子量和用量对反应的影响很大,分子量越大或载型催化剂可以顺利催化溴代芳烃与芳基硼酸的用量越少生成的脱卤产物越少。对于溴代芳烃的偶Suzuki反应,而氯代芳烃的活性较差。如果在体系联反应,只需要增加催化剂的用量(5mol%)或延长中加人水和强碱NaOH, 还可实现溴代芳烃与反应的时间也能得到较高的产率。该催化体系还可NaBPh,之间Suzuki类型反应。催化剂可循环使用6以拓展到碘代芳烃与活化的溴代芳烃之间的交叉偶联反应。此外,该催化剂体系可循环使用6次,活性次,活性基本不变。Garcfa等[])报道了PEG中环钯配合物催化的保持不变,从而排除了PEG作为还原剂的可能。Pd(OA)2. PE-400Suzuki反应和Sonogashira反应(图13)。水或离子液体为介质时钯催化剂会降解,而PEG能够稳定环钯X=I,Br配合物，即使在长时间加热情况下,催化剂也不会分R, R2=NO2 cN,a, Me, McO解。虽然在反应中也会原位生成钯纳米颗粒,但能图14PEG介质中Pd催化的芳基卤偶联反应够得到PEG的稳定。因此,该催化剂在PEG中显示Fig.14 Pd catalyzed aryl halides coupling reaction in PECts)出较离子液体更高的活性。比如在Sonogashira反应中，与传统方法不同,不需要加入铜化合物和膦配3.4加氢烷基 化反应体,就可得到较好的产率。此外,催化剂还可以重复六元碳环结构是具有生物活性天然产物分子的重要骨架,有许多直接合成碳环的方法,金属催化的环化反应是一种有效的方法。近年来报道的钯催化O=Hcomplex(5 mol%) PEG的β-酮酸酯和β_羰基酰胺与烯烃发生的分子内加CsOAc, 120C,24h氢烷基化反应是一种非常有效的合成六元碳环的方x=Cl, Br,1法75-8]。然而该方法除需要昂贵的钯催化剂以外，还需要化学计量的Ln(OTf), 和MesSiCl 作为添加剂,因此发展可循环使用的催化剂体系和环境友好i的方法具有重要意义。Li 等[网]1报道了以PEC-400Pd一Cl fClcomplexcl' a为反I中国煤化工化反应。研究发现Ho在PCN MH c雅化烯基B.酮酸酯的分于内加氢炕基化反应生成2-取代的环己酮衍生图13 PEC 中Pd催化的Sonogashira反应(24)物,并发现Yb(OTf),等添加剂对反应没有任何影Fig.13 Pd catalyzed Sonogashira reaction in PEC' 41响。而化学计量的CuCl2 能明显加速反应的进行。中国煤化工MHCNMHG.第10期周海峰等液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用1525等16.8]报道了以PEG400为反应介质的有机小分子到同样的收率。同时发现对于二乙酸酯保护的芳催化的不对称Aldol 反应(图20),发现与常规有机醛,带有给电子基团的底物比带有吸电子基团时反溶剂相比,催化剂1-脯氨酸的用量从30mol%减少到应活性更高。10mol%，反应时间也从4 h缩短到30 min。此外，InBr3( 10mol%)RCH(OAc)2 .PEGRCH0催化剂和PEG可以循环使用10次,催化活性和立体选择性基本保持。图22 PEG 介质中InBr,催化脱1,1-双乙酸酯保护基{馴]Fig.22 InBr, catalyzed deprotection of 1, 1-diacetates iactone(4 qPEC'9)PEG, r.t.30 minu to 94% yicldR= ay, llylupto71% ee4.3三联吡啶衍生物的合成图20 PEC 介质中L-proline催化的不对称Aldol反应.则三联吡啶是构建分子组装体、金属聚合物和分Fig.20 L-Proline catalyzed aymmetric Aldol reaction in子器件的常用模块,同时还具有抗癌、抗真菌等药理.PEC16.]1活性。传统的合成方法产率低、生成的副产物难分离,因此发展新的合成方法具有重要的意义。Smith4其它反应等590)报道了以PEG-300 为溶剂的一锅合成法(图23)。首先在0C和碱性条件下,2-乙酰基吡啶和4-4.1 a-氨基酸的合 成a-氨基酸在生物化学中具有重要的地位,有很甲酰基吡啶反应得到中间体1,5-二酮,无需分离纯多化学合成的方法。Lamaty 等[)报道了一种简便化,直接加入过量的醋酸铵并加热到100C,反应2h易行的组合合成方法来合成不同的a-氨基酸(图就可得到目标产物4'-吡啶基三联吡啶。研究发现21)。席夫碱保护的甘氨酸通过酯键负载到PEG载该方法没有任何副产物和未转化的中间体存在,产体上,以无机碱Cs2CO,为催化剂,在微波加热下与物不需要纯化处理。作者采用同样的方法- -共合成不同亲电试剂进行均相反应,然后在Er,N作用下，了10个三联吡啶衍生物,但没有研究PEG的回收从聚合物载体上切割下来得到a-氨基酸。在这里和重复使用。随后, Schubert等[91) 以PEG-300 为溶PEG起到了载体、相转移催化剂和反应介质等多种剂,采用类似的方法合成了4'.芳基三联吡啶系列衍生物，以及芳基桥连的双三联吡啶化合物。功能。clectrophile (E)">=N^cO,PEG CayCO3,'~CopEGNaOHNH4J[OAq]PE-3400 Pag. EIOHEIOH *microwave图21 PEG 介质中a-氨基酸的合成*Fig.21 Synhesis of a- amino acids in PEC(8圄23PEG介质中4'-吡啶基三联吡啶的合成[9)4.2脱保护基反应Fig.23 Sythesis of 4'- pyridyl terpyridines in PEC'”)有机合成中醛基往往需要保护,其中二乙酸酯基由于具有一定的酸、碱稳定性而常用来选择性保4.4酶催化反应护醛(酮羰基不受影响)。但该方法在脱去保护基时PEG/SCCO2两相体系不仅可以用于过渡金属催需要大量的路易斯酸催化剂,不仅成本高，而且反应化的有机反应,还可以用于酶催化的有机反应。时间长,收率也不理想。Wang 等[89以PEG-400为反Reetz等[9]1首次报道了PEG/SCCO2体系中的酶催化应介质研究了二乙酸酯保护的芳醛、a,p_不饱和醛反应,他们以脂肪酶催化醇的酰化反应为模型,研究的脱保护基反应,发现不仅反应时间短、收率高,操中国煤化工力学拆分(图24)。作方便,而且催化剂用量少,还能循环使用5次(图脂THCN MH G比酰化反应,产物用22)。如二乙酸酯保护的苯甲醛在10mol% InBr, 催Scco,萃取，催化剂可回收，循环使用达11次。同化下,80C反应20分钟,产率为95% ;当催化剂用量时,该体系还可用于连续的酰化反应。降为1mol%时,只需将时间延长到60分钟也可以得4.5聚合反应1526●化学进展第19卷QHAcOE应,尤其在不对称催化反应中,作为优化反应的重要因素以及实现昂贵手性催化剂分离回收的主要手PEG 1500段,已开始引起科学家的广泛关注。PEG在本文所raR介绍的几类反应中均取得了良好的应用,有的还得图24 PEG/SCCO2 体系中脂肪酶催化的1-苯基乙醇的动到了较常规有机溶剂和离子液体中更好的催化效率力学拆分[2]和立体选择性能。催化剂可以循环使用多次,说明Fig.24 Kinetic resolution of the lipase-catalyzed acylation ofPEG可以作为离子液体的一种替代反应介质或相互1-phenylethanol in PEC/SCCO2(补充。可以相信PEG作为一种生物相容、环境友过渡金属催化的活性自由基聚合反应是合成结.好、廉价易得和操作方便的反应介质将越来越受到构可控高分子聚合物的有效方法。这一方法的主要人们的关注,然而要实现PEG介质在工业上的实际不足是催化剂用量大,导致产物有金属残留,因此需应用,还有待科学家进行更深人的研究工作。要把催化剂从产物中分离除去9*]。Perrier 等[9]首参考文献次报道了PEC-400中的Cu(I)配合物催化的甲基[1]陆熙炎(LuX Y).化学进展(Progess in Chenisty), 1998,丙烯酸甲酯和苯乙烯的自由基聚合反应。与常规有10: 123-130机溶剂相比,以PEG为反应介质的甲基丙烯酸甲酯[2] HovathT. Ace. Chem. Res., 2002, 35: 685- -816的聚合反应速率更快,而苯乙烯的聚合反应速率则[3] Loupy A. Topies in Curent Chenisty, 199 206: 153- -208要慢,所显示的溶剂效应可能是由于PEG的极性以4] Toda F, Tanaka K. Chem. Rew., 2000, 100: 1025- -1047及其与催化活性中心竞争配位有关。此外,使用[5] DolmanSJ, Sttedy ES, Hoveyda A H, Schrock RR. J. Am.Chem. Soe., 2002, 124: 6991- 6997PEG还有助于催化剂与产物的分离,反应结束后直[6] BalemaVP, WienchJ w. Puski M, PecharskyVK. J. Am.接倒人到乙醇溶液中,就可以方便地将溶解有催化Chem. Soce., 2002, 124: 6244- -6245剂的PEG溶液相与聚合物沉淀物分离。[7] Deinone JM. Science, 2002, 297: 799 -803Behr等[951发现,PEG-1000、甲苯和共轭亚油酸[8] Polinkof M, Fizpatrick J M, Faren T R, Anastas P T. Science, .甲酯(CML)三组分体系具有温控相变性质。该体系2002, 297: 807- -810用于Rh催化的CML与乙烯的共齐聚反应,反应前[9] Andrade C K z, Alres L M. Carrent Organice Chemistry, 2005,9: 19--218底物和催化剂分别位于甲苯和PEG-1000两相中,当.[10] LiC J, Chan T H. Organic Reactions in Aqueous Media. New加热到80C时体系呈均相,均相反应2小时后得到.York: Wiley & Sons, 199795%的转化率和98%的齐聚物选择性。反应结束[11] Brink G J, ArendsI w, Sheldon R A. Seience, 2000, 287:后,降至室温,体系分为含有产物的甲苯相与含有催1636 -1639化剂的PEC相,从而实现催化剂与产物的方便分离[12] LindstremU M. Chem. Rev., 2002, 102: 2751- -2772[13] Lubineau A. Topics in Current Chenistry, 99，206, 1一40和再利用(图25)。[14] LiCJ. Chem. Rev., 2005, 105: 3095- -3165[1:LiCJ, Chen L. Chem. Soe. Rev., 2006, 35: 68--82ethylene[16] OakesRS, Cilford A A, Rayner C M. J. Chem. Soc. PerkinproductsTrans. I, 2001,917- -941substrateC>toluene[17] Jesp PG, lariyaT, Noyori R. Ace. Chem. Res., 2002, 35:tolucnePEG 1000746- -756[18] Leiter w. Ace. Chem. Res.. 2002, 35: 746- -756room temperaturereaction temperature[19] Luo z Y, Zang Q s, Oderatohi Y, Curran D P. Science, 2001,291: 1766 -1769图25反应过程中溶剂行为示意图101[20] HorahIT. Acc. Chem. Res.，, 1998, 31: 641- -650Fig.25 luslration of solvent behavior during reaction[21] WelonT. Chem. Rev., 199, 99: 2071- -2083process'[22]中国煤化工m. Int. Ed.. 2000 39:5小结[23]:MYH. CNMHG2. Cem. Rew.2020102: 3667-3692综上所述,PEG可以作为一种新型的绿色反应[24] Wasesheid P，Welon T. lonic Liquids in Sythesis.介质替代常规的易挥发性有机溶剂来进行有机反Weinheim: Wiley-VCH, 2003.第10期周海峰等液态聚乙二醇作为绿色反应介质在有机反应中的应用1527.[25] welton T. Coord. Chem. Rev., 2004, 248: 2459- -2477[53] ZhouHF, FanQH, HuangY Y, WuL, HeYM, TangW J,[26] Song C E. Chem. Commun., 2004，1033- 1043GuLQ, ChanASC. J. Mol. Catal. A: Chem.. 2007. 275:[27] Chen J, Spear S K, Hudleston J G, Rogers R D. Green Chem.,47--532005.7:64-82 .[54] Haimov A, Neumann R. Chem. Conmun. , 2002, 876-877[28] Satariello E, Ferraboschi P, Sozzani P. J. Org. Chem., 1981 ,[ 55] Hou Z s, Theysen N, Brinkmann A, Leitner w. Angew. Chem.46: 4584-4585Int. Ed., 2005, 44; 1346--1349[56]Jenzer C, Sueur D, Mallat T, Baiker A. Chem. Conmun.,[29] Satariello E, Fiechi A, Mancocchi A, Ferraboshi P. J. Org.2000, 2247- 2248Chem., 1983, 48: 3074- -3077[57] Schroder M. Chem. Rev., 1980, 80: 187- -213[30] Chandrasekhar s, Narsihmulu C, Chandrashekar G, Shyansunder[58] Chandraekher s, Narsihmulu C, Sulana s s, Reddy N R.r. Tetrahedron lt, 2004, 45: 2421-2423Chem. Commun., 2003, 1716- -1717[ 31 ] Drasekhar s. Shyamsunder T, Chandrashckar G, Narsihmulu C.[59] Jiang R，Kuang Y Q, Sun X L, Zhang s Y. Tetrahedron: .Sylett, 2004, 3: 522- -524Asynmety, 2004, 15: 743- -746[32] CladyszJA. Chem. Rer., 2002, 102: 3215- -3892[60] Amberg w, Bennani Y L, Sharpless K B, et al. J. Org. Chem.,[33] De Vos D E, Vankelekom1F J, Jacobs P A. Chirl Catalyst1993, 58: 84--849Imunobilization and Reeyeling. Weinheim: Wiley-VCH, 2000[61] Beletskaya P, Cheprakov A V. Chem. Rer., 200,0 100: 3009-[34] Cole- Hamilton D J. Science, 2003, 299: 1702- -17063066[35] FanQ H, Li Y M, Chan ASC. Chem. Rev., 2002, 102:[62] Chandrasekhar s, Narshmulu C, Sulana ss, Reddy N R. Ong.3385- - -3466Lett., 2002, 4: 4399- 441[36]李月明(LiY M)，范青华(Fan Q H),陈新滋(Chan Albert s[63] XuLJ, Chen WP, RosJ, XiaoJL. 0rg. lt., 2001, 3:C).不对称有机反应一催化剂的回收与再利用(Asynmetrice295-297Organie Reaction:Catalyet Recovery and Reuse). 北京:化学工[64] Cabri w, Candiani 1. Ace. Chem. Res.，, 1995, 28: 2-7业出版社(Bejing: Chemical lndustry Press) , 2002[65] LuoCC, ZhangY H, WangYG. J. Mol. Caal. A: Chem.,37] ' Da SilvaLH M, Loh w. Chem. Conmun.. 1998, 787- -7882005, 229: 7-12[38] RosaR G, Martineli L, da Silva L H M，Loh w. Chem.[66] Miyaura N, Suzuki A. Chem. Rev., 1995, 95: 2497- -2483Commun., 2000, 33- -34[67] Nambodri v v, Varma RS. Green Chem. , 2001,3: 146-148[39] Heldebrant DJ, JsspPG. J. Am. Chem. Soc., 20030, 125:[68] Nobre S M, wolke SI, da Rosa R G, Monteiro A L. Tetrahedron5600-5601ltt. 2004, 45: 6527--6530[40] walter L. Nature, 2003, 423: 930--931[69] liJH, LiuWI, XieYX. J. Org. Chem. , 2005, 70: 5409-[41] Noyon R. Aymetrie Catalysis in Organic Synthesis. New York: .5412Wiley, 1994 .[70] LiJH, HuXC, LiangY, Xie Y x. Tetrahedron, 2006, 62:[42] Tang WJ, ZhangX M. Chem. Rev., 2003, 103: 3029- -306931- -38[71] LiuLF, ZhangY H, WangYG. J. Org. Chem.. 2005, 70:[43] WangW B. LaSM, YangPY, HanXW, ZhouYG. J. Am.Chem. Soc., 2003, 125: 10536--105376122- -6125[44] XuLJ, lamKL,IiJx, Wu], FanQH, LoWH, ChanAs[72] Yin L, ZhangZ H, Wang Y M. Tetnhedron, 2006, 62: 9359-9362C. Chem. Comnun. , 2005, 1390-1392[73] GaoLX, Mai W P. Sylt, 2006, 16: 2553- -2558[45] LamKH, XuLJ, FengLC, FanQH, LamFL, Low H,[74] Corma A, Garcla H, Leyva A. Tetrabedron, 2005, 61: 9849-ChanASC. Adv. Synth. Catal, 2005, 347: 1755- -1758[46] TangWJ, ZluSF, XuLJ, ZhouQL, FanQH, Zhou HF,[75] WangL, Zhang Y H, Liu L F, Wang Y G. J. 0rg. Chem.,Lam K, Chan A S C. Chem. Conmun., 2007, 613- -6152006, 71: 1284-1287[47] ZhouHF, FanQH, Tang WJ, XuLJ, HeY M, DengCJ,[76] Pei T, Widenhoefer R A. J. Am. Chem. Soe., 2001，123:ZhaoLW, GuLQ, Chan ASC. Ady. Synth. Catal., 2006,1290-11291348: 2172- -2182HanXQ, Wang X, Pei T, WidenhoeferR A. Chem. Eur. J.,[48] Heldebrant DJ, Witt H N, Walsh s M, Elis T, Rauscher J,2004, 10: 633--6342Jessop P G. Creen Chem., 2006, 8: 807-815[78] YangD, LiJ H, Gao Q, Yan Y L. Org. Lt, 2003, 5:[49] Noyon R, Hashiguchi s. Ace. Chem. Res., 1997, 30: 97-- 1022869- -2871[50] Hashiguchi s, Fuji A, Takehara J, Ikariya T, Noyori R. J Am.[79]中国煤化工J. Org. Chem.,. 20050Chem. Soe., 1995, 117: 7562- -7563CNMHG[51] WangF, liuH, CuiLF, ZhuJ, DengJG, JiangYZ. J Org.[80]m ML. Smler. 2004Chem., 2005, 70: 9424- -94292: 231-234[52] WuXF, LixG, Hems w, KingF, XiaoJL. Org. Biomol.[81] Andrews PC, Peatt A C, RastonC L. Green Chem., 2004, 6:Chem., 2004, 2: 1818-1821119-122化学进展第19卷[82] Kumar R, Chaudhary P. Nimesh s, Chandra R. Green Chem..[89] ZhangZH, YinL, WangY M, LiuJy, Li Y. Green Chem..2006, 8: 356-3582004, 6: 563-565[83] BasvaiahD, RaoP D, Hyma R s. Tetrahedron, 1996， 52:90] SmithC B, Raston C L, Sobolev A L. Green Chem., 2005, 7:8001- -8062650--654[84] Chandraekhar s，Narsihmulu C, Saritha B, Sultana s s.Winter A, van den Berg A M J, Hoogenboom R, Kickelbick G,Tetrahedron Ltt, 2004, 45: 5865- -5867Schubert U s. Sythesis, 2006, 17: 2873--2878[85] List B, LemerR A, BarbasC F. J. Am. Chem. Soc.. 20,Reetz M T, Wesenhfoer W. Chem. Comnun., 2004，2750-122: 2395-23962751[86] Chandrasekhar s, Nrsihmulu C, Reddy N R, Sultana s s.[93] Kamigatio T, Ando T, Sawamoto M. Chem. Rer., 2001, 101:Tetrahedron lt.2004, 45: 4581- -45823689-3745[87] Chandrasekhar s, Reddy N R, Sulana s s, Narsihmulu c, Reddy94] PrrierS, Gemici H, Li s. Chem. Conmun., 2004, 604--605K V. Tetrahedron, 2006， 62: 338- -34595] Behr A, Miao Q. J. Mol. Catal. A: Chem., 2004, 22: 127-[88] Sauvagnat B, Lamaty F, Lazaro R, Martiner J. Tetrahedron32Lett., 2000, 41: 6371- -6375中国煤化工MYHCNMHG