相转移催化
相转移催化原理和应用ppt课件
相转移催化作用
➢ 相转移催化的转移作用 ➢ 相转移催化的活化作用 ➢ 相转移催化的提高选择性的作用
相转移催化反应体系
➢ 液—液相转移催化反应体系 ➢ 液—固相转移催化反应体系 ➢ 气—液相转移催化反应体系 ➢ 液—液—固相转移催化反应体系 ➢ 液—液—液相转移催化反应体系 ➢ 固—固—液相转移催化反应体系
相转移催化剂：冠醚及聚醚类相转移催化剂
❖ 冠醚催化原理为利用环中氧原子与金属离子形成配位化合物正离子，常用于液-固 相反应体系。冠醚催化效率影响因素有：
①冠醚孔径
冠醚
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7
腔孔直径/nm
0.11～0.14 0.17～0.22 0.26～0.32 0.34～0.42
通式： RX + QY PTC RY + QX
Y： CN - X - RCOO- SH -
1、卤代烷的制备（RI、RF）
（1）RI 的制备
+ + CH3(CH2)7Br
PTC KI
CH3(CH2)7I
KBr
+ + CH2Cl2
PTC NaI
ClCH2I
CH2I2
+
-
PTC: n-C16H33P(n-Bu)3Br
② 季镀盐中阴离子的影响 常用的季铵盐是季铵的氯化物，因为它们制备容易、价格较便宜。如 果当亲核试剂的阴离子Nu-( 如F-、OH - ) 比Cl- 更难提取到有机相时， 就需要使用季铵酸性硫酸盐，因为HSO4- 在碱性介质中会转变成更难提 取的SO42- . 由于季铵酸性硫酸盐的制备较复杂、价格较贵，使用较少.
PTC：CTMAB，收率90.2%. 十六烷基三甲基溴化铵
相转移催化剂
（3）开链聚醚类
开链聚醚又称为足体，作为相转移催化剂具有相对较高旳化学稳定性， 毒性小，合成以便，价格低廉，所以受到较多旳研究，最具有代表性旳是 聚乙二醇（PEG)和聚二乙醇二甲醚等。与冠醚，环糊精等相转移催化剂 旳作用类似，都与客体分子形成超分子构造，但开链聚醚PTC是柔性旳长 链分子，能够折叠，弯曲成合适旳形状构造，能够与不同大小旳离子配合 ，从而具有更广泛旳合用性
英文缩写
TOMAC HTEAB OTEAB DTEAB LTEAB CTEAB CTMAB TOMAC
（2）包结类PTC
冠醚、环糊精、杯芳烃等具有独特旳构造、性能，从而成为一类主要 旳PTC.此类PTC都具有分子内空腔构造，经过PTC与反应物分子形成氢键，范 德华力等，从而形成包结物超分子构造并将客体分子带入另一相中释放，从 而使两相之间反应得以发生
5. 合成操作简便，降低了温度压力等，对设备要求强度低，操作也 较简朴；
6. 防止使用常规措施所需旳危险试剂；
7. 广泛适应于多种合成反应，并有可能完毕使用其他措施不能实现 旳合成反应；
8. 副反应易控制，提升选择性。
得到人们越来越多旳关注，研究与应用
2.相转移催化作用
相转移催化剂至少要满足一下两个基本要求：1. 能将所需要旳离子从水 相或固相转移到有机相（假如反应发生在有机相中）；2. 对反应起到活化 作用，能够活化反应物或者降低反应物穿越界面旳能耗
（4）三相相转移催化剂
以高分子或硅胶等载体将季铵盐、季磷盐、冠醚、聚乙二醇等联在高分 子链上作为相转移使用，应用中由 于反应中存在固相（催化剂）—水相— 有机相三相体系，称为三相催化剂
固载化三相相转移催化剂旳载体类型有诸多种，可分为无机载体和有机 载体两大类。 其中无机载体涉及硅胶，氧化铝等； 有机载体涉及聚苯乙烯树脂、甲基苯烯酸缩水脂-乙二醇二异丁烯酸脂大孔 共聚体，氯化聚氯乙烯等
相转移催化剂的原理及应用
相转移催化剂的原理及应用1. 相转移催化剂的基本概念相转移催化剂（Phase Transfer Catalyst，简称PTC）是一种特殊的催化剂，其原理是通过在两相体系中传递离子以实现催化反应。
相转移催化剂通常是具有高度可溶性的季铵盐类化合物，能在两相体系中稳定存在，并能转移来自一个相中的离子到另一个相中，从而促进反应的进行。
2. 相转移催化剂的原理相转移催化剂的原理可以通过以下步骤来说明： - 第一步：相转移催化剂在两相体系中稳定存在，并能在有机相和水相之间快速传递离子。
- 第二步：催化剂从有机相中捕获亲核离子，如负离子，形成化学活性的复合物。
- 第三步：催化剂将活性复合物转移到水相中，使其转化为相应的中间产物。
- 第四步：中间产物在水相中进一步反应，形成最终产物。
- 第五步：催化剂在反应结束后重新回到有机相中，准备进行下一轮催化反应。
相转移催化剂通常通过离子对的形式催化反应，其中一个离子在有机相中，另一个离子在水相中。
该过程使得通常不相容的底物和反应条件能够同时存在，从而实现了一些特殊反应的高效催化。
3. 相转移催化剂的应用相转移催化剂在有机合成中具有广泛的应用。
以下是其中一些主要的应用领域：3.1 反应条件温和相转移催化剂通常能够在温和的反应条件下完成催化反应，如室温下或轻度加热下。
这样的反应条件对于一些温度敏感的底物很有利，能够避免产生副反应和底物失活。
3.2 反应底物选择性相转移催化剂常常能够实现一些传统催化剂无法实现的选择性合成。
通过调节催化剂的结构和反应条件，可以选择性地引发特定的反应途径，从而得到期望的产物。
3.3 应用于不相容溶剂中的反应一些有机反应需要在水相中进行，而底物和催化剂却是有机溶剂可溶的。
相转移催化剂的引入使得这些不相容溶剂中的反应得以顺利进行，提高了反应的效率和收率。
3.4 可控化学反应相转移催化剂在一些高附加值化学反应中发挥了重要作用。
通过合理选择催化剂和调节反应条件，能够实现反应速率的可控和产物分布的选择性。
相转移催化在有机合成中的应用
相转移催化在有机合成中的应用相转移催化是一种常用于有机合成中的重要方法，它能够提高反应速率、改善反应选择性，并减少副反应的生成。
本文将介绍相转移催化在有机合成中的应用，并探讨其原理和优势。
一、相转移催化的原理和优势相转移催化是一种在两相体系中进行的催化反应。
它的基本原理是通过添加相转移剂，将两相中的底物和催化剂有效地转移至反应中心，从而实现反应的进行。
相转移剂通常是一种能够在有机溶剂和水之间形成可溶性离子对的化合物，如季铵盐、季磷盐等。
相转移催化的优势主要体现在以下几个方面：1. 扩大反应底物范围：相转移催化可以使底物在两相体系中均匀分布，从而扩大了反应底物的范围。
许多对水敏感的有机底物，在传统的有机反应中往往无法使用，但在相转移催化条件下，可以通过选择合适的相转移剂来实现反应。
2. 提高反应速率：相转移催化使底物和催化剂之间的质量传递更加快速，从而提高了反应速率。
相比传统的有机反应，相转移催化可以在更温和的条件下进行，从而减少能量消耗和废物产生。
3. 改善反应选择性：相转移催化可以通过调节相转移剂的类型和用量来控制反应的选择性。
相转移剂可以形成离子对，使底物和催化剂之间形成亲疏水性相互作用，从而选择性地催化特定的反应。
相转移催化在有机合成中有广泛的应用，以下将介绍其中几个典型的应用。
1. 酯化反应：酯化反应是有机合成中常见的反应之一。
在传统的酯化反应中，常使用酸性催化剂，但这种反应条件下往往伴随着副反应的生成。
相转移催化可以通过选择合适的相转移剂和催化剂，实现高效、选择性的酯化反应。
2. 羧化反应：羧化反应是合成羧酸的重要方法。
传统的羧化反应常需要高温和高压条件下进行，反应速率较慢，且伴随着副反应的生成。
相转移催化可以在温和条件下实现羧化反应，提高反应速率和选择性。
3. 氨化反应：氨化反应是合成胺类化合物的常用方法。
传统的氨化反应往往需要高温和高压条件下进行，且反应速率较慢。
相转移催化可以在温和条件下实现氨化反应，并提高反应速率和产率。
相转移催化剂
相转移催化剂引言相转移催化剂是一类特殊的催化剂，常被应用于有机合成反应中。
与传统的催化剂相比，相转移催化剂具有独特的催化机制和优越的催化效果。
本文将介绍相转移催化剂的定义、催化机制以及应用领域等内容。
定义相转移催化剂是指在两相体系中，能够在有机相和水相之间传输催化活性物种的催化剂。
它通常由两个主要组成部分组成：一个是水溶性离子，如季铵盐或季铵碱；另一个是有机相中的配体，它必须能够与催化反应物接触并转移催化活性物种。
催化机制相转移催化剂的催化机制主要包括两个步骤：萃取步骤和反应步骤。
1.萃取步骤在萃取步骤中，相转移催化剂的水溶性离子与有机反应物发生相互作用，将有机物从有机相中萃取到水相中。
这个步骤使得催化剂能够与反应物接触并转移催化活性物种。
2.反应步骤在反应步骤中，催化剂中的水溶性离子与有机反应物发生反应，生成所需的产物。
由于催化剂能够在两个相之间传输活性物种，相转移催化剂通常能够提供更高的反应效率和选择性。
应用领域相转移催化剂在许多有机合成反应中广泛应用。
以下是几个常见的应用领域：1.酯化反应相转移催化剂常被用于促进酯化反应，例如酯的酯化合成和酸酐的合成。
相转移催化剂在该反应中起到了良好的催化效果，并且能够提供较高的产率和选择性。
2.氧化反应相转移催化剂也被广泛用于氧化反应中，如氧化脱氢、氧化羧酸和醇的氧化等。
相转移催化剂在这些反应中可以提供高效的催化效果，并且对底物的官能团容忍性较好。
3.环化反应相转移催化剂还常被应用于环化反应中，如环化醇化合物的合成和环化酮的合成。
相转移催化剂在这些反应中能够加速反应速率，并且提供较高的产率和选择性。
结论相转移催化剂是一类重要的催化剂，在有机合成反应中具有广泛的应用。
它能够在有机相和水相之间传输催化活性物种，提供了更高的反应效率和选择性。
通过理解相转移催化剂的催化机制和应用领域，我们可以更好地利用它们进行有机合成反应的设计和优化。
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相转移催化
相转移催化
相转移催化（Phase-transfer catalysis，简称PTC）是一种特殊的催化反应方式，它利用了两个不同相（通常是有机相和水相）之间的化学平衡，在反应体系中引入一个催化剂来促进反应的进行。
在相转移催化中，催化剂具有特殊的结构，通常是带有亲水性和亲油性基团的季铵盐或膦化合物。
这类催化剂能够在有机相和水相之间快速的传递离子或分子，从而使得反应物在两个相中更好地相互作用。
相转移催化主要有以下特点和优势：
1.反应物溶解性增强：相转移催化可以使不溶于水的有机物
溶解于水相中，提高反应底物的有效浓度，从而增加反应速率和产率。
2.催化剂循环利用：相转移催化剂可以多次使用，因为它们
通常与底物反应后会再次回到催化剂形式，从而实现催化剂的循环利用，节约成本。
3.环境友好：相转移催化通常在温和的条件下进行，使用水
作为反应介质，较少产生有害废物，具有较好的环境适应性。
相转移催化在有机合成中得到广泛应用。
它可以用于各种反应类型，如取代、加成、消除、重排等。
常见的反应包括酯化、醇醚化、芳烃炔烃化、丙酮氢异构化等。
此外，相转移催
化也可以应用于有机合成反应的串级和多步骤反应中。
需要注意的是，在相转移催化中，选择合适的催化剂和反应条件非常重要，以确保反应的高效性和选择性。
此外，对于一些有机合成反应来说，“绿色相转移催化”也是重要的研究方向，即通过优化催化剂设计和反应条件，进一步提高反应的可持续性和环境友好性。
相转移催化
相转移催化相转移催化是一种重要的催化反应，它在有机合成、材料科学、环境保护等领域都有广泛的应用。
相转移催化的基本原理是利用水溶性的催化剂在有机相和水相之间传递电子或离子，从而促进反应的进行。
本文将从相转移催化的基本原理、应用领域和发展趋势等方面进行探讨。
相转移催化是一种特殊的催化反应，它的基本原理是利用水溶性的催化剂在有机相和水相之间传递电子或离子，从而促进反应的进行。
相转移催化的反应机理可以分为两种类型：一种是离子型相转移催化，另一种是电子型相转移催化。
离子型相转移催化是指催化剂在有机相和水相之间传递离子，从而促进反应的进行。
这种催化反应通常需要使用季铵盐、季磺酸盐等离子型催化剂。
例如，季铵盐可以在有机相中形成季铵离子，然后通过水相中的反应物与季铵离子发生反应，从而促进反应的进行。
电子型相转移催化是指催化剂在有机相和水相之间传递电子，从而促进反应的进行。
这种催化反应通常需要使用钯、铑等过渡金属催化剂。
例如，钯催化剂可以在有机相中形成钯配合物，然后通过水相中的反应物与钯配合物发生反应，从而促进反应的进行。
二、相转移催化的应用领域相转移催化在有机合成、材料科学、环境保护等领域都有广泛的应用。
1. 有机合成相转移催化在有机合成中有着广泛的应用，可以用于合成各种有机化合物，如酯、醚、酰胺、酰化反应等。
相转移催化可以提高反应的速率和选择性，同时还可以减少催化剂的用量和废弃物的产生，具有很高的经济效益和环保效益。
2. 材料科学相转移催化在材料科学中也有着广泛的应用，可以用于合成各种材料，如金属有机框架材料、纳米材料、多孔材料等。
相转移催化可以控制反应的速率和选择性，同时还可以控制材料的形貌和结构，具有很高的研究价值和应用前景。
3. 环境保护相转移催化在环境保护中也有着广泛的应用，可以用于处理各种废水和废气，如有机废水、重金属废水、有机废气等。
相转移催化可以降低废水和废气中有害物质的含量，同时还可以提高废水和废气的处理效率，具有很高的环保效益和社会效益。
2.14.4 相转移催化技术
相转移催化(Phase transfer catalysis ，简称FTC)),是20 世纪70 年代发展起来的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，常常遇到水溶性的无机物和不溶于水的有机物之间的非均相反应，这类反应通常速度慢、产率低，甚至很难进行。
但如果用水溶解无机盐，用极性小的有机溶剂溶解有机物，并加入催化量的季铵盐或季磷盐，此时催化剂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，转化为均相反应，则反应很容易进行。
这类能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。
相转移催化使许多用传统方法很难进行的反应或者不能发生的反应能顺利进行，而且具有选择性好、条件温和、产率高、操作简单、反应速度快、不要求无水操作、避免使用常规方法所需的危险试剂等优点。
相转移催化最初用于亲核取代反应，如引进一CN 和一F 的亲核取代、二氯卡宾的生成反应等。
目前，相转移催化已广泛应用于有机反应的绝大多数领域，如取代反应、氧化反应、还原反应、卡宾反应、重氮化反应、烷基化反应、酰基化反应、聚合反应，甚至高聚物修饰等，同时在医药、农药、香料、造纸、制革等行业也得到了广泛应用。
2.14.4.1 相转移催化机理相转移催化反应一般属于两相反应，主要用于液—液体系，也可用于液—固体系及液—固—液体系。
反应过程主要包括反应物从一相向另一相的转移以及被转移物质与待反应物质所发生的化学反应。
下面以季铵盐Q +X -催化RX 和NaCN 的反应为例说明相转移催化原理:R X NaCN+Q X+-(PTC)2RCN NaX +R X NaCN +Q X+-RCN+Q CN+-NaX ++Q CN+-Q X+-水相有机 相相 界面溶于水相的亲核试剂NaCN 和有机相的卤代烷RX 两者由于处于不同的相中而不能互相接近，反应很难进行。
加入季铵盐Q +X -相转移催化剂，由于季铵盐既溶于水又溶于有机溶剂，在水相中NaCN 与Q +X -相接触时，可以发生X -与CN -的交换反应生成Q +CN -离子对，这个离子对能够转移到有机相中；在有机相中Q +CN -与RX 发生亲核取代反应，生成目标产物RCN ，同时生成Q +X -，Q +X -再转移到水相，如此循环使相转移催化反应完成。
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在高分子合成上： 成功地合成了聚醚，聚硫醚，聚酯，聚碳酸酯， 聚硫代碳酸酯，聚膦酸酯及其它聚合物和共聚物 常用的转移催化剂为季铵盐、季磷盐、冠醚及聚乙 — — 烯醇等，反应可发生在固—液或液—液体系中，主 要以亲核反应的方式进行。 最近有报道，用三相催化剂可以有效地控制高分子 的分子量。 此外，相转移催化已应用于工业，农业，医学等领域 可以预料，随着有机合成的不断发展，相转移催化 将会有更广阔的发展前景。
+ CHCl3 CTMAB 50% NaOH Cl Cl
冠醚对高锰酸钾的氧化有很好的催化作用
CH3(CH2)7CH CH2 DB-18-C-6 KMnO H2O 4
18-C-6 C6H6 NaBH4
CH3(CH2)7COOH
在冠醚存在下，硼氢化钠的还原作用显著提高
CH3CO(CHH2)5CH3 CH3(OH)(CH2)5CH3
3.3三相催化剂 以高分子或硅胶等载体将季铵盐、季磷盐、冠醚、 聚乙二醇等联在高分子链上作为相转移使用，应用中由 于反应中存在固相（催化剂）—水相—有机相三相体系， 故把这种催化剂称为三相催化剂（Triphase Catalysis） 3.4其它相转移催化剂 有机金属：例如二氯二丁基锡的催化效果与翁盐相 似。牛血清蛋白：可把有机相的物质带入水相中反应。 四、相转移催化在有机合成中的应用 翁盐类相转移催化反应剂一般用于烷基化反应、亲 核取代反应、消去反应、缩合反应、加成反应等：而冠 醚类和穴醚类催化剂则用于有机氧化还原反应较多
3.1翁盐 这种催化剂使用范围广，价格便宜。常用的有季铵盐和季磷盐， 另外，还有锍盐的钾盐，催化效果好，应用广泛的有： 氯化苄基三乙铵（BTEAC）、氯化四正丁铵（TBAC）、溴化 十六烷基三丁基（HDTBP）、氯化三辛基甲基铵（TCMAC）。 一般含有15~25个碳原子的季铵盐和季磷盐都可以产生较好的催化作 用。此外，三级铵由于可以生成季铵盐，故亦可作催化剂。它在二 氯化卡宾的反应中具有突出的作用。 3.2冠醚 冠醚可以碱金属离子络合形成伪有机正离子，它的性质与翁盐 正离子相似，因此能使有机或无机的碱金属盐溶于非极刑溶剂中， 但由于它的毒性大，价格昂贵。 目前使用最多的有： 18—冠—6（18-C-6），二苯并—18—冠—6（DB-18-C-6），二环乙 烷并—18冠—6（DC-18-C-6），隐烷[2，2，2]（又叫穴醚）。
有机反应物和目标产物在反应温度下都是固态的，就 使用非水溶性的非质子传递有机溶剂。在选择溶剂时， 要考虑以下因素： （1）溶剂不与亲核试剂，有机反应和目标产物发生化 学反应 （2）溶剂在水中溶解度很小，对亲核负离子或离子对 要有较好的提取能力。 （3）溶剂对有机反应物或目的产物要有一定的溶解度。 三、相转移催化 相转移催化剂种类很多，常用的有以下几种类型；
二、机理
所谓相转移催化，通俗讲是在互不相溶的两溶剂中相间的利 用相转移催化剂使反应物从一相（水相）转移到另一相（有机 相，再与该相中的另一物质反应得到产物。 以亲核试剂二元盐M+Y-与有机反应物RX的液液非均相亲核取 代反应为例。如果M+Y-只溶于水相，而不溶于有机相。 RX只溶 于有机相而不溶于水相。在上述体系中加入季铵盐Q+X-时，它 的相转移催化作用如下：
消去反应：
Cl HTBPC KOH H 2O
缩合反应：
2 C 6H 5 CHO Bu 4 N+CN 50% CH 3OH H2 O C 6H5 CH(OH)COC 6H5
加成反应：
RX + CH2 CH2 CHX3 O TBAB ROCH2CH2X
某些铵盐类相转移催化剂还可以促使氯仿在温和的条件 下生成二氯卡宾与烯烃发生加成反应:
烷基化反应：
CH 2 (COOEt) 2+C 2 H5 I TBAB NaOH H2O CH2 Cl2 BTEAB NaOH H2O H9 Br
ArOC 4H9
亲核取代反应：
Cl O2N NO2 18-C-6 CH3CN KF O2N F NO2