【正文】 反應(yīng)體系的優(yōu)化 ................................................................................................ 27 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物以及 ................................................. 27 常 州 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 VI 溶劑與底物比例對(duì)反應(yīng)的影響 ................................................................ 28 H2 壓力對(duì)反應(yīng)的影響 .............................................................................. 29 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響 ........................................................................... 30 堿性對(duì)反應(yīng)的影響 .................................................................................. 31 反應(yīng)機(jī)理的探討 ................................................................................................ 32 ........................................................................................................................... 34 5 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 35 致 謝 ........................................................................................................................... 38 常 州 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 1 羥基丙酮加氫的新催化體系 研究 1. 前言 研究背景 手性概述 手性是自然界中的一個(gè)普遍現(xiàn)象，很多具有光學(xué)活性的化學(xué)物質(zhì)都具有生理活性，因此，這些手性物質(zhì)在生命體內(nèi)具有很重的地位。最近幾年來，隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展，人們多化學(xué)物品的需求日益增加，故從今了對(duì)手性化合物的研究與開發(fā)。在不對(duì)稱加氫反應(yīng)中，加氫反應(yīng)時(shí)獲得手性化合物的主要途徑。此方面在精細(xì)化工方面有很廣泛的應(yīng)用 [1] 。 手性合成也叫做不對(duì)稱合成， 具有旋光性的化合物不能由沒有旋光性的 物質(zhì)并且在沒有旋光性的條件下來制得， 合成反應(yīng)的 生產(chǎn)的 產(chǎn)物 如果 具有旋光性，這種合成方法 就 叫做手性合成，也就是兩個(gè)對(duì)映體或非對(duì)映體的量是不相等的。 目前使用中的化 學(xué)合成藥通常為由左、右兩個(gè)對(duì)映體組成的混合物。單一異構(gòu)體手性化學(xué)品藥物既有良好藥效，又能最大程度消除副作用，必然市場前景廣闊。 人們獲得手性藥物的主要途徑有： (1)化學(xué)方法合成； (2)外消旋體的拆分；(3)前手性化 合物的轉(zhuǎn)化； (4)分子內(nèi)手性轉(zhuǎn)移； (5)生物酶發(fā)酵； (6)不對(duì)稱催化合成 ,目前，已經(jīng)有很多手性藥物實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的生產(chǎn)，部分工業(yè)生產(chǎn)的手性藥物如表 11。近年來醫(yī)藥跨國公司進(jìn)入中國后，在手性藥物市場上競爭激烈，如何在這一市場上爭得一席之地，是我國手性藥物研究開發(fā)不容回避的現(xiàn)實(shí)問題。 1,2丙二醇的結(jié)構(gòu) 如圖 。用來自大腸桿菌的丙二醇氧化還原酶和酵母菌的醇脫氫酶，設(shè)計(jì)了 1,2丙二醇的合成方法，并且實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果證明：實(shí)驗(yàn)所得的 1,2丙二醇全為 R1,2丙二醇。 丙二醇可以在不飽和樹脂方面應(yīng)用最廣，其次在功能流體、食品、化妝品、制藥方面也有廣泛的應(yīng)用，另外還在洗滌劑、油漆涂料領(lǐng)域有所應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近些年來，在丙二醇的需求中，亞洲地區(qū)需求量的增 長最快，消費(fèi)率一般年增長率為 8％，表 統(tǒng)計(jì)的是國外丙二醇的生產(chǎn)能力 [7]，表 是國內(nèi)一些廠家丙二醇的生產(chǎn)能力。 表 國外丙二醇的生產(chǎn)能力 The abroad production capacity of propanediol 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)地址 產(chǎn)量 /萬 t 所屬國 Huntsman 美國德克薩斯州 Port Neches 美國 Lyoodell Bayport 美國德克薩斯州 美國 Lyoodell 法國 Fos 法國 Lyoodell 美國路易斯安那 Plaquemine 美國 陶氏化學(xué) 美國德克薩斯州 Freeport 美國 陶氏化學(xué) 巴荷蘭 boclek 荷蘭 陶氏化學(xué) 美西 Aratu 巴西 陶氏化學(xué) 澳大利亞 Altona 澳大利亞 陶氏化學(xué) 德國 Stabe 德國 Polioles 墨西哥 Lerma 墨西哥 PCC Rokita 波蘭 Brzeg Dolny 波蘭 BASF 德國路德維希港 德國 Sesol德國公司 德國 Marl 德國 SKC化學(xué) 韓國蔚山 韓國 Oltchim 羅馬尼亞 Rimnicu Vilcea 羅馬尼亞 Repsol YPF 西班牙 puertollano 西班牙 Repsol YPF 西班牙 tarragona 西班牙 ADEKA 日本 sodegaura 日本 日本 Nihon 日本 sodegaura 日本 旭硝子玻璃集團(tuán) 日本 Kashima 日本 Sereye化學(xué) 印度 chennai 印度 常 州 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 4 表 國內(nèi)丙二醇的生產(chǎn)能力 The inland production capacity of propanediol 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)地址 產(chǎn)量 /萬 t 東營?？菩略? 山東東營 河北朝陽化工 河北唐山 河北新朝陽化工 河北張家口市萬全縣 錦西天然氣化工有限公司 遼寧省葫蘆島市 山東石大勝華 山東東營 山東泰豐 礦業(yè) 山東金泰 銅陵金泰 安徽省銅陵市 中國石油錦西煉油化工總廠 遼寧省葫蘆島市 中海油 /殼牌公司 中國惠州 根據(jù)國內(nèi)外市場需求的分析，市場對(duì)丙二醇的需求有所增加，但其投資項(xiàng)目卻沒有明顯的增加，而一些廠家集中在亞洲地區(qū)。 近年來，不對(duì)稱催化劑的多相化有了很大的發(fā)展，手性催化劑的合成及應(yīng)用在過去的幾十年里已經(jīng)取得了令人矚目的成就，均相不對(duì)稱 催化反應(yīng)一直占據(jù)不對(duì)稱催化領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，成千上萬種手性配體以及催化劑已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)形成的不對(duì)稱催化反應(yīng)，而且表現(xiàn)出較高的催化活性和不對(duì)稱選擇性。這主要是由于均相手性催化體系存在著催化劑與產(chǎn)物分離難、產(chǎn)物提純難和價(jià)格昂貴的手性催化劑不易回收，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用等缺點(diǎn)。 不對(duì)稱加氫的研究與進(jìn)展 催化是化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，許多化學(xué)工業(yè)發(fā)生巨大 改革、技術(shù)發(fā)展大多數(shù)源于新催化材料或者是新催化劑的產(chǎn)生，人類也意識(shí)到化學(xué)的發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的危害，在此基礎(chǔ)上提出了“綠色化學(xué)” [8]這個(gè)新名詞，從而引進(jìn)了綠色化學(xué)工藝，所以探索環(huán)境友好型催化劑以便于取代傳統(tǒng)的催化劑在化學(xué)領(lǐng)域具有重要的意義。不對(duì)稱加氫的發(fā)展歷史如表 14。手性配體包括手性胺、手性硫、手性膦化合物等，中心金屬的選擇多用于第Ⅷ族過渡金屬，其中貴金屬 Ru、 Rh、 Ir 應(yīng)用最為廣泛。手性單磷配體在使用金屬配合物實(shí)現(xiàn)均相不對(duì)稱催化氫化中起到開創(chuàng)作用 [13].這些配體有易于合成、價(jià)格便宜、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，最重要的是有很高的選擇性 [14]。 多相催化劑 關(guān)于不對(duì)稱催化的多相化今年來發(fā)展了很多技術(shù)，有均相催化劑的多相化（將催化劑負(fù)載在無機(jī)材料或者高分子材料上）、負(fù)載型金屬催化劑、手性物修飾的金屬催化劑和對(duì)應(yīng)選擇性多相催化劑，其中均相催化劑的多相 化的研究較多，因?yàn)榫啻呋瘎┑拇呋瘷C(jī)理大多能被研究清楚且催化劑的催化性能和對(duì)映選擇性是能被實(shí)驗(yàn)到的，因此在下一步金屬負(fù)載的時(shí)候可多次嘗試實(shí)驗(yàn)，選擇合適的金屬進(jìn)行負(fù)載，選擇更好的手性修飾劑，進(jìn)行優(yōu)化催化劑的性能和對(duì)映選擇性。在多相催化中使用較多的催化劑是固體催化劑，反應(yīng)物為氣相或者是液相，在兩者的界面上發(fā)生反應(yīng)。催化劑和反應(yīng)物屬不同物相，催化反應(yīng)在其相界面上進(jìn)行。故而，多相不對(duì)稱催化在最近幾十年中被眾多學(xué)者花費(fèi)大多精力去研究和探索，特別是近 10 年來，人們結(jié)合均相催化劑和多相催化劑的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)多相不對(duì)稱催 化的研究十分活躍。 1． 均相催化劑多相化 在不對(duì)稱催化的反應(yīng)中，固體表面具有手性環(huán)境是進(jìn)行不對(duì)稱反應(yīng)的先決條件，均相不對(duì)稱反應(yīng)的技術(shù)主要有：（ 1）手性配體通過化學(xué)或物理方法吸附固定在載體表面上 [18]； (2)將配體做成單體，再發(fā)生自身聚合或者與其他高分子單體進(jìn)行共聚，從而生成聚合的高分子手性配體，再與金屬配位。 (3)水溶性手性催化劑，研究較多的是帶磺化手性膦配體或手性二胺的金屬配合物。 一、均相催化劑固定化的方法 均相催化劑固定化 [1921]是將金屬絡(luò)合物催化劑負(fù)載在無機(jī)載體或高分子聚合物上，或?qū)⒔饘倥浜衔锇诠腆w基質(zhì)中所形成的“多相化的均相手性催化劑”，但是仍然存在催化劑流失問題 ,目前均相催化劑固定化的方法主要有： （ 1）離子交換法 該方法適用于低含量高利用率的貴金屬負(fù)載催化劑利用載體表面存在著可交換的離子將活性組分通過離子交換，交換到載體上，然后經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗螅玫截?fù)載 型催化劑。 （ 2）密封法 將金屬配合物密封于固體基質(zhì)中，這也是均相催化劑固載化的方法之一，例如，從較小部分原位組裝金屬配合物，配合物形成被截留在分子篩籠中，常用于常 州 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 7 固載聯(lián)吡啶、 Schiff 堿類配體。 （ 3）接枝法 接枝法是可以接枝配合物到固體表面，通過形成配合物使金屬配合物在固體表面的引入，接枝的方法可以是直接引入金屬配合物，例如浸漬，或溶膠 凝膠法，也可以是通 過接枝過渡金屬元素師載體表面功能化后引入金屬配合物，無機(jī)載體表面的活性集團(tuán)一般是羥基，常采用含有三甲氧基或者是三乙氧基等活性集團(tuán)的有機(jī)硅化合物作為接枝過渡物質(zhì)，利用烷氧基和羥基容易發(fā)生縮合反應(yīng)二放出醇的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)配合物的引入。 二、均相催化劑多相化的發(fā)展 研究表明均相催化加氫體系的選擇性一般高于多 相催化、有條件溫和且活性高的特點(diǎn)。多相不對(duì)稱催化易分離回收，可多次使用，生產(chǎn)成本低 [22]，隨著催化反應(yīng)的廣泛的應(yīng)用，人們將均相催化劑負(fù)載到非均相或者是可溶性的載體上進(jìn)行了許多的實(shí)驗(yàn)， Schwab 和 Stewart 己經(jīng)開始利用多相金屬催化劑對(duì)不對(duì)稱合成反應(yīng)進(jìn)行催化，但由于多相催化往往受到載體性質(zhì)的影響交大，光學(xué)選擇性不好 [2324]。 負(fù)載型金屬催化劑 (1)單金屬催化劑 許多過渡周期的金屬元素因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)，能夠促進(jìn)許多反應(yīng)的順利進(jìn)行，是精細(xì)化工、石油化工、生物制藥和環(huán)境治理的重要催化劑之一。在經(jīng)典的均相催化劑在工業(yè)中不斷得到應(yīng)用的同時(shí)，近年來化學(xué)家根據(jù)不同有機(jī)合成反應(yīng)的特點(diǎn)，開發(fā)了一些新型的專用銠、鈀均相催化劑 ，使某些復(fù)雜的有機(jī)合成順利實(shí)現(xiàn)。改性催化劑多以非貴金屬元素 Fe、 CO、 Cr 等改性貴金屬催化劑，改性后的催化劑多為雙金屬催化劑或多金屬催化劑。而且為解決替代貴金屬的應(yīng)用提供了契機(jī)。所以，對(duì)非金屬催化劑體系的進(jìn)一步研究與其開發(fā)有著長遠(yuǎn)的理論意義和廣闊的應(yīng)用空間。負(fù)載催化劑的載體也在傳統(tǒng)的 Al2O3 和 SiO2等無機(jī)載體逐步發(fā)展 成了有機(jī)高分子聚合物 。 楊朝芬 [33]等人在堿性條件下制備了 5％ Ir／ Si02催化劑，運(yùn)用與催化苯乙酮的不對(duì)稱催化反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)表明， 在優(yōu)化反應(yīng)條件的基礎(chǔ)下，該催化劑表現(xiàn)出較好的催化性能和較高的對(duì)映選擇性，并且該催化劑制備方法簡單，催化性能穩(wěn)定，還能夠循環(huán)使用。 常 州 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 9 明方永 [36]等人用三苯基膦做保護(hù)劑的負(fù)載釕催化劑，用不同胺類作為手性修飾劑，在異丙醇和水的混合溶液中，試驗(yàn)了含金屬介孔材料并具有手性修飾劑的催化性能，結(jié)果顯示，該催化劑具有較高的催化性能和對(duì)映 選擇性，并且該實(shí)驗(yàn)中使用弱堿避免了使用強(qiáng)堿而引起的副反應(yīng)。 非晶態(tài)催化劑 非晶態(tài)合金 [3839]是一種新型材料，作為催化劑有其獨(dú)特的性質(zhì)，一方面，可在較大范圍內(nèi)改變合金的組成，連續(xù)控制催化劑的電子性質(zhì)；另一方面，由于非晶態(tài)的 短程有序的特性，使催化活性中心可均勻地分布在化學(xué)均勻的環(huán)境中。目前一般的非晶態(tài)催化劑的制備方法主要有：（ 1）驟冷法；（ 2）程序升溫還原法；（ 3）化學(xué)還原法；（ 4）化學(xué)沉積法；（ 5）浸漬還原法；（ 6）聲波輔助化學(xué)還原法；（ 7）化學(xué)制備法。 BINAP 作為 手性配體在不對(duì)稱氫化中的研究與其應(yīng)用