固体路易斯酸催化的醚化反应研究文献综述

 2021-09-25 01:06:05

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醚类化合物在有机化学中是一类重要的物质,它们通常用作溶剂以及作为合成聚合物和香料的前驱体[1]。常见的合成醚的方法有:威廉姆逊醚合成、醇类之间的脱水偶联以及羰基化合物的还原醚化等[2]。

威廉姆逊醚合成无疑是应用最广泛的方法,在1850年该方法首次被报道出来。它是通过卤代烃与醇钠或酚钠作用而得,然而这种方法有一定的局限性。第一在许多情况下并不适合工业化,因为原料之一的卤代烃并不容易获得导致其价格较贵,而且卤代烃的使用以及反应产生的副产物卤盐对环境是有害的[3]。第二由于其反应条件是强碱性的,对于某些带有对碱敏感基团的复杂分子就不太适用了[4]。第三该方法对于底物是二级和三级卤代烃的效果不是很理想,因为在强碱的条件下,二级和三级卤代烃容易发生消除反应生成对应的烯烃[2]。

醇类之间直接脱水醚化是一个更好的选择,具有一系列优势。首先反应过程不产生废弃物,唯一的副产物就是水。其次,后处理相对简单方便。到目前为止报道过的醇脱水醚化催化剂主要有酸催化(布朗斯特酸或路易斯酸)和过渡金属催化。其中布朗斯特酸特别适用于催化小分子对称醚的合成,比如乙醚的合成就可以通过乙醇在氧化铝催化下经固定床反应器气相脱水生成乙醚[5,6]。相对于布朗斯特酸,路易斯酸作为醚化反应催化剂的研究就比较少了,可能因为传统的路易斯酸如BF3或者AlCl3对水的敏感性较大,特别是反应本身就会产生水,从而限制了它们的应用[7]。所以如何提高催化剂的活性以及可重复使用性成为了研究热点。

1987年SunggakKim等[8]发现含Zn离子的卤化物能有效催化醇与醇之间的醚化反应,且反应条件温和,其中以氯化锌的催化效果最好。该催化体系只有在二氯乙烷为溶剂下才能进行,而且除了能催化分子间的醚化反应,还能有效催化分子内的醚化反应,比如1,4-葵二醇在80℃下反应1h可以得到64%收率的产物2-己基四氢呋喃。

1998年PeymanSalehi课题组[9]首次报道以三价铁离子为路易斯酸催化剂催化烯丙基醇、二级和三级苄醇与脂肪醇的不对称醚化反应。作者分别选用FeCl3和Fe(ClO4)3作为催化剂,从反应结果看,Fe(ClO4)3对绝大多数的醚化反应都取得了较好的收率。而FeCl3对于某些不对称醚化反应是不适用的,比如二苯基甲醇与甲醇、正丙醇以及异丙醇的反应都是无法进行的。

2000年BernardBoyer课题组[10]发现使用BiBr3催化系列苄醇与系列烷基醇的醚化反应,以四氯化碳为溶剂,在室温下就可以获得较高的收率,特别是对于2-苯基-2丙醇和1-苯丙醇与系列的脂肪醇的反应。比如2-苯基-2丙醇与等当量的正丁醇在等当量的BiBr3催化下反应5min收率达到95%。但是对于苯甲醇与脂肪醇的反应,该催化剂的催化效果不是很理想。比如等当量的苯甲醇与仲丁醇在室温下反应96h收率也只有77%。而对于该催化剂的回收使用性能,作者并没有提及。

2002年ShuKobayashi课题组[11]首次报道了十二烷基苯磺酸作为一种布朗斯特酸和表面活性剂相结合功能的催化剂,可以高效催化一系列的脱水反应。包括酯化、醚化、硫醚化以及二硫缩醛反应。对于醚化反应,该催化剂表现出了一定的选择性,当作者将十二烷醇、丙醇和二苯基甲醇等量混合反应,产物二苯甲基十二烷基醚具有70%的选择性。

2003年M.Abu-Omar等[12]用氯化钯与双齿磷配体DIOP配位得到钯复合物催化剂,该催化剂的活性较高,应用范围广,能够催化二级苄醇的醚化、氨化以及硫醚化反应。该反应体系以硝基甲烷为溶剂,反应在50℃下即可进行,但需要加入一定量的三氟甲磺酸银配合催化剂使用。作者认为三氟甲磺酸银能够起到活化催化剂的作用。在基团对反应的影响上,带供电子基的苄醇比带有吸电子基的苄醇其反应的收率要高的多。

2004年TeruakiMukaiyama等[13]发明了一种非常有效且应用广泛的合成醚的方法,这是一种新型的氧化-还原缩合反应。首先醇1先与nBuLi、Ph2PCl以及四氟-1,4-苯醌(或者2,6-二甲基-1,4-苯醌)混合,然后再与醇2(或者酚2)反应得到醚。该方法反应过程温和,能获得高收率的对称醚和不对称醚产物,并且对各种不同底物的醇具有很好地适应性。但是从有机化学角度来看,这种方法中各种添加剂的使用也限制了其实际的规模化应用。

2005年NasserIranpoor课题组[4]使用AlPW12O40作为路易斯酸催化剂催化苄醇与一系列不同的无环醇的醚化反应,该催化剂具有较好地水容忍性,对环境友好,可循环使用的优点。而且不管是对称醚还是不对称醚的合成,该催化剂都能获得较高的收率。但是对于带硝基的苄醇来说,由于硝基的强吸电子能力,该反应很难进行

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