趙匡民，楊 濤

（四川大學化學工程學院，四川 成都 610065）

聚乙二醇（PEG）是平均分子量200以上的乙二醇高聚物的總稱。隨著平均分子量的增大，性質(zhì)也隨之產(chǎn)生差異，從無色無臭粘稠液體變?yōu)橄灎罟腆w。

聚乙二醇的兩羥基具有伯醇性質(zhì)，尤能進行酯化和醚化反應(yīng)，低分子量聚乙二醇的反應(yīng)產(chǎn)物易同油相混，高分子量聚乙二醇的反應(yīng)產(chǎn)物趨于水溶性。聚乙二醇是具有醚結(jié)構(gòu)的大分子化合物，近年來在有機合成中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 聚乙二醇的相轉(zhuǎn)移催化作用

相轉(zhuǎn)移催化（Phase Transfer Catalysis，簡稱PTC），是20世紀60年代末以后發(fā)展起來的一種新型合成方法，70年代起，關(guān)于PTC的研究開始不斷深入，并在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。PEG為開鏈的聚乙二醇，作為一種環(huán)境友好型催化劑，近年的研究顯示其在液液、液固、三相催化中都表現(xiàn)出很高的活性。

1.1 催化原理

相轉(zhuǎn)移催化原理圖 Q＝PTC

其作用是在兩相反應(yīng)中將不溶于有機相的反應(yīng)物帶入有機相與不溶于水相的有機反應(yīng)物進行反應(yīng)，其帶入能力就是PTC催化反應(yīng)的主要指標。季銨鹽是最常見的相轉(zhuǎn)移催化劑，其它的有季膦鹽、冠醚、穴醚和開鏈聚醚，聚乙二醇是最簡單、最便宜和最有效的開鏈聚醚的代表。

PEG作為相轉(zhuǎn)移催化劑可以歸結(jié)于它具有和各種離子或分子生成絡(luò)合物的獨特性質(zhì)，一是能使無機鹽或堿金屬以離子對形式遷移到有機相；二是當無機鹽溶解時，在溶液中存在的抗衡離子是溶劑化很低的“裸露”的陰離子，它的反應(yīng)活性甚為活潑，加速了親核取代反應(yīng)的進行。

1.2 相轉(zhuǎn)移催化的應(yīng)用

1.2.1 液-液相轉(zhuǎn)移催化合成

二苯并 ［b，f］-1，4-噁唑頻 （dibenz［b，f］-1，4-oxazepine）作為一種精細有機中間體以前只在高沸點的非質(zhì)子溶劑DMF和DMSO中高溫合成，在100℃以上反應(yīng)10h可以得到最高產(chǎn)率為74%。

Yogesh R.Jorapur等［1］采用如下反應(yīng)在PEG－400的催化下可以得到89%的產(chǎn)率，此合成反應(yīng)有效地減少了有毒溶劑的使用并大幅度提高產(chǎn)率，此實驗還對比了不同聚合度的PEG對反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)在分子量小于1000時PEG得到的產(chǎn)率維持在88%左右，但從PEG-2000開始隨分子量增加，溶液的粘度增大，溶液的混勻程度下降，導(dǎo)致反應(yīng)物無法充分接觸，得到的產(chǎn)率也下降至65%左右。

N，N-二乙基苯胺是制備優(yōu)秀染料、藥物和彩色顯影劑的重要中間體，傳統(tǒng)合成方法是將定量的苯胺、氯乙烷放入裝有液堿的高壓釜中，夾套蒸氣升溫到120℃，壓力1.2MPa時，停氣。其后由于反應(yīng)熱產(chǎn)生，溫度可升到215～230℃，壓力達4.5～5.5 MPa， 反應(yīng) 3h， 出料用水汽蒸餾， 得粗品，加苯二甲酸酐酯化，再進行一次蒸餾得成品。

田慶偉［2］提出用聚乙二醇 800（PEG-800）作相轉(zhuǎn)移催化劑，在氫氧化鈉溶液存在下，使苯胺和溴乙烷作用，合成N，N-二乙基苯胺，控制反應(yīng)瓶內(nèi)溫度為65℃，常壓下攪拌反應(yīng)7 h，產(chǎn)品產(chǎn)率為71.5%，此方法相對傳統(tǒng)方法降低了反應(yīng)的溫度和壓力，在常壓低溫下實現(xiàn)了合成。同時田慶偉［3~5］也用了不同聚合度的聚乙二醇做了此合成實驗，都取得了不錯結(jié)果。

蔡亮［6］用聚乙二醇400作為相轉(zhuǎn)移催化劑合成1，3-二（對腈基苯氧基）丙烷。相比傳統(tǒng)的威廉森反應(yīng)合成，相轉(zhuǎn)移催化大幅度提高了產(chǎn)率，達到了72%。

1.2.2 固-液相轉(zhuǎn)移催化合成

研究發(fā)現(xiàn)，分子量小于800的PEG可以用來作為固液相轉(zhuǎn)移催化劑，其中PEG-400的催化效果最好，故研究人員大部分將PEG-400用于固液相轉(zhuǎn)移催化合成的研究。

G.D.Yadav 等［7］用 PEG-400 固液相轉(zhuǎn)移催化對甲苯磺酰氯合成對甲苯磺酰氟，并研究了此反應(yīng)的動力學和熱力學因素。發(fā)現(xiàn)在溫和的反應(yīng)條件30℃下，1h反應(yīng)可達到90%的轉(zhuǎn)化率，并全部選擇性地合成了對甲苯磺酰氟，反應(yīng)的表觀活化能為 36.59 kJ·mol-1。

丙二酸二乙酯不僅是重要的精細化學品中間體，也是制備烴基丙二酸的原料，在強堿（鈉、醇鈉）作用下，可以和鹵代烴反應(yīng)，生成烴基丙二酸二乙酯，然后水解為烴基丙二酸，該工藝要求在苛刻無水條件下進行，所以限制了其應(yīng)用。

徐立中等［8］以氯化芐和丙二酸二乙酯為原料，在無水K2CO3下，采用相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)和薄層層析技術(shù)（TLC）進行固液相轉(zhuǎn)移芐基化反應(yīng)，然后再水解制得芐基丙二酸，在PEG-400催化下，溫度控制在160℃，產(chǎn)率可達到75.84%，反應(yīng)時間縮短至2h。

謝筱娟［9］、劉巧占［10］等也做了固-液相轉(zhuǎn)移催化的研究。

1.2.3 三相相轉(zhuǎn)移催化合成

固載化聚乙二醇類三相催化劑自1977年Regen［11］首次合成并應(yīng)用以來，吸引了很多人的注意，三相相轉(zhuǎn)移催化劑（triphase phase transfer catalyst，TPPTC） 具 有 比 相 轉(zhuǎn) 移 催 化 劑 （phase transfer catalyst，PTC）更明顯的優(yōu)點：不溶于水、酸、堿和有機溶劑，反應(yīng)結(jié)束只需簡單過濾即可定量回收，并可多次重復(fù)使用，而活性不降低或稍降低。反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)體系中的分離提取也很方便。

Regen等在1977年首次把固載PEG單甲醚用作三相催化劑，完成了1-溴金剛烷和三丁基溴的水解反應(yīng)，從而奠定了固載聚乙二醇類化合物在三相反應(yīng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)。

從Regen等的研究后，國內(nèi)外都有不少人在研究固載化聚乙二醇類三相催化劑的研究，將其廣泛應(yīng)用于醚和酯類物質(zhì)的合成［12~13］。Totten等［14］綜述了PEG及其衍生物作為三相催化劑的各類研究，詳細地介紹了TPPTC近年的研究方向。

1.2.4 其它相轉(zhuǎn)移催化合成

近年來開發(fā)的氣-液相轉(zhuǎn)移催化（GL-PTC）［15］是一種潛力特別大的兩相催化方法，其采用連續(xù)流程，氣體反應(yīng)物流動通過荷載在固體親核試劑上得熔融的熱穩(wěn)定相轉(zhuǎn)移催化劑PEG。近年來PEG相轉(zhuǎn)移催化的研究重點在別的非典型兩相反應(yīng)。

2 聚乙二醇支撐的有機合成反應(yīng)

目前，分子量從3000到6000的聚乙二醇（PEG）是液相有機合成中使用最多的可溶性聚合物支持體。

Reggelin 等［16］用 MeO-PEG5000 支 持 醛 與 烯醇鹽進行了不對稱Aldol反應(yīng)。通過分析，產(chǎn)物的光學純度≥97%；H2-Pd進行均相催化反應(yīng)可將產(chǎn)物醇順利地解離下來。

不溶性聚合物支持的催化劑和試劑已得到廣泛的應(yīng)用，但由于反應(yīng)在非均相體系中進行，動力學和其他反應(yīng)行為與溶液相中有較大的差異。為了解決這些問題，出現(xiàn)了可溶性聚合物支持的催化劑和試劑，使反應(yīng)在均相條件下得以進行。Wenthworth等［17］合成了PEG支持的三氟甲磺?；噭?，該試劑可有效地對芳基酚和烯醇鋰鹽進行三氟甲磺?；磻?yīng)。

Pozzi等［18］合成了聚乙二醇支持的TEMPO作為可回收的催化劑，能夠高效地對醇進行選擇性氧化。

3 聚乙二醇與新技術(shù)的結(jié)合

3.1 聚乙二醇與微波技術(shù)結(jié)合

微波應(yīng)用于有機合成的研究始于1986年，Gedye等［19］通過比較常規(guī)條件與微波輻射條件下進行酯化、水解、氧化等反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在微波輻射下，反應(yīng)得到了不同程度的加快，而且有的反應(yīng)速度加快了幾百倍，從此形成了一個新科學領(lǐng)域——MORE化學（微波誘導(dǎo)催化有機反應(yīng)化學）。微波輻射應(yīng)用于相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)，既可以改善反應(yīng)條件，又可以提高產(chǎn)率。人們主要提出“熱效應(yīng)”和“非熱效應(yīng)”兩觀點對其加熱機理加以解釋。

E.Colacino 等［20］選擇 PEG3400 作 為碳 酸銫和氧化亞銅的溶劑，在微波加熱下制成納米粒子催化劑體系，用此催化劑催化如下反應(yīng)：

碘苯在微波輔助下150℃反應(yīng)1h，產(chǎn)率可達88%，二次回收后產(chǎn)率更可達98%。而在傳統(tǒng)的油浴鍋中加熱反應(yīng)，其他條件不變情況下產(chǎn)率只有14%。此方法高效實用，而且催化劑體系在乙醚作用下還可以沉淀回收，在雜環(huán)化合物的N芳香基取代反應(yīng)中有廣泛的適用性。

聚乙二醇作為環(huán)境友好型催化劑，近年國內(nèi)PEG與微波結(jié)合應(yīng)用于有機合成的研究也有許多，羅軍等［21］運用 PEG-6000作相轉(zhuǎn)移催化劑從對硝基氯苯合成對硝基氟苯，微波加熱的反應(yīng)速率是常規(guī)加熱的近3倍，對硝基氟苯的收率為91.6%。同樣， 在微波加熱下鄰硝基氯苯、2，5-二氯硝基苯和3，4-二氯硝基苯的鹵素交換氟化反應(yīng)速率分別提高到常規(guī)加熱的6倍、24倍和52倍，產(chǎn)物鄰硝基氟苯、5-氯-2-氟硝基苯和3-氯-4-氟 硝 基 苯 的 收 率 分 別 提 高 到 79.2%、66.7% 和82.8%

此外 K.Solanki［22］，H.S.P.Rao［23］等在微波技術(shù)和聚乙二醇結(jié)合應(yīng)用于有機合成也有研究。

3.2 聚乙二醇與超聲波技術(shù)結(jié)合

20世紀20年代，研究發(fā)現(xiàn)超聲波對有機反應(yīng)有加速作用。近年來，許多化學工作者將超聲輻射與相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)相結(jié)合引入有機合成中。兩相技術(shù)互為補充，極大地提高了反應(yīng)產(chǎn)率，成倍地縮短了反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)條件［24］。

李記太等［25］在硼氫化鈉對二苯酮的還原中，以聚乙二醇為潛溶劑可使反應(yīng)的溫度降低，使還原劑的用量降低。施加超聲波作用，聚乙二醇為潛溶劑，室溫反應(yīng)5min即可使產(chǎn)品達到或接近經(jīng)典方法于乙醇中回流0.5h的收率。

超聲波技術(shù)應(yīng)用于相轉(zhuǎn)移催化的研究相對較少，超聲波的優(yōu)越催化反應(yīng)性能使其在有機合成中的應(yīng)用前景十分廣闊。

4 結(jié)語與展望

（1）聚乙二醇（PEG）作為相轉(zhuǎn)移催化劑的催化效果雖然不如季銨鹽，但是它具有價廉、易得、無毒、易生物降解、易除去和易回收、可以多次利用、在非強酸條件下熱穩(wěn)定性好的特點，所以在實際生產(chǎn)中具有季銨鹽不可比擬的優(yōu)越性。

（2）聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化合成條件中對攪拌的要求比較高，其可以增加有機相與水相的接觸，加快離子對轉(zhuǎn)移，有利于提高反應(yīng)速率。但工程放大時，其攪拌的類型有很大的不同，效果也大不同。但近年來發(fā)現(xiàn)超聲波是一種很有效的攪拌方式，所以超聲波相轉(zhuǎn)移催化的研究可能是近期研究的熱門方向。

（3）聚乙二醇作為一種可溶性聚合物支持體在組合化學和有機合成化學中得到廣泛的應(yīng)用，它提供了均相反應(yīng)條件，并具有便于純化和容易分析的優(yōu)點。因此，PEG作為支持體、催化劑、試劑越來越多地應(yīng)用于科學研究和工業(yè)化生產(chǎn)中。

［1］ Y R Jorapur， et al.Poly（ethylene glycol） （PEG） as an efficient and recyclable reaction medium for the synthesis of dibenz ［b，f］-1，4-oxazepine.Tetrahedron Letters， 2008， 49： 1495–1497.

［2］ 田慶偉.聚乙二醇800相轉(zhuǎn)移催化合成N，N-二乙基苯胺的研究［J］.當代化工， 2005， 34（2）： 109-111.

［3］ 田慶偉.聚乙二醇400相轉(zhuǎn)移催化合成N，N-二乙基苯胺的研究［J］.化學世界，2004， （12）： 654-656.

［4］ 田慶偉.聚乙二醇500相轉(zhuǎn)移催化合成N，N-二乙基苯胺［J］.大連交通大學學報， 2010， 31（1）： 77-80.

［5］ 田慶偉.聚乙二醇10000相轉(zhuǎn)移催化合成N，N-二乙基苯胺的研究［J］.甘肅科學學報，2010，22（3）： 57-61.

［6］ 蔡亮.聚乙二醇400催化醚化反應(yīng)研究［J］.化工中間體，2009， （8）： 40-42.

［7］ G D Yadav， P M Paranjape.Novelties of solid–liquid phase transfer catalysed synthesis of p-toluenesulfonyl fluoride from p-toluenesulfonyl chloride ［J］.Journal of Fluorine Chemistry.2005， 126： 99-106.

［8］ 徐立中，賀燕，劉宇.固-液相轉(zhuǎn)移催化合成芐基丙二酸的研究［J］.沈陽理工大學學報， 2010， 29（4）：71-75.

［9］ 謝筱娟，陳傳峰，張忠書.聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化合成二乙酸醋［J］.化學試劑，1994， 16（3）： 190.

［10］ 劉巧占，段慧云，李同雙.利用相轉(zhuǎn)移催化劑合成刃天青［J］.染料工業(yè)， 2002， 39（2）： 19-20.

［11］ Regen S L，Dulak L J.Am.Chem.Soc.，1977，99（2）：683.

［12］ 康汝洪.硅膠支截聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化作用的研究［J］.應(yīng)用化學， 1989， 6（3）： 78-82.

［13］ 張新迎，范學森，喬仁忠.固載化聚乙二醇三相催化下香豆素的合成 ［J］.離子交換與吸附，1999，15（4），374-377.

［14］ Totten G E， Clinton N A， Matlock P L.Poly（ethylene glycol） and derivatives as phase transfer catalysts［J］.Journal of Macromolecular Science， Reviews in Macromolecular Chemistry and Physics，1998， C38（1）： 77-142.

［15］ 黃仲濤.工業(yè)催化劑手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［16］ Reggelin M.， Brenig V.， Zur C.Asymmetric Aldol Reactions on a Soluble Polymeric Support ［J］.Organic Letters， 2000， 2： 531-533.

［17］ Wentworth A D，Wentworth P，Mansoor F，Janda K D.A Soluble Polymer-Supported Triflating Reagent：A High-Throughput Synthetic Approach to Aryl and Enol Triflates［J］.Organic Letters， 2000，2：477-480.

［18］ Pozzi G， Cavazzini M， Quici S， Benaglia M.Poly（ethylene glycol）-Supported TEMPO： An Efficient ，Recoverable Metal-Free Catalyst for the Selective Oxidation of Alcohols ［J］.Organic Letters， 2004， 6（3）： 441-443.

［19］ Gedye R， Smith F， Westanay K， et al.The use of microwave ovens for rapid organic synthesis ［J］.Tetrahedron Letters， 1986， 27（3）： 279-282.

［20］ E.Colacino， et al.PEG3400-Cu2O-Cs2CO3：an efficient and recyclable microwave-enhanced catalytic system for ligand-free Ullmann arylation of indole and benzimidazole［J］.Tetrahedron，2010，66：3730-3735.

［21］ 羅軍，蔡春，呂春緒.微波促進聚乙二醇催化鹵素交換氟化反應(yīng)［J］.精細化工，2002，19（10）：593-595.

［22］ K.Solanki， et al.Microwave-assisted preparation of affinity medium ［J］.Analytical Biochemistry.2007，360： 123-129.

［23］ H.S.P.Rao， et al.Microwave mediated facile one-pot synthesis of polyarylpyrroles from but-2-ene-and but-2-yne-1，4-diones ［J］.Tetrahedron， 2004 60：1625-1630.

［24］ 李記太，王玉華.超聲波技術(shù)在有機合成中的應(yīng)用［J］.化學試劑， 1987， 9（2）： 98-102.

［25］ 李記太，等.聚乙二醇催化下二苯甲醉的合成［J］.化學試劑，1993， 15（1）： 61.