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环糊精在有机合成中的应用
摘要:环糊精〔包括α一环糊精,β一环糊精和γ—环糊精)在金属催化有机合
成中的应用,主要包括其作为金属离子配体、金属纳米粒子稳定剂和反相相转移
催化剂在氧化、水解、还原、偶联、微通道反应[1,2]等金属催化反应中的应用。
其中环糊精衍生物作为金属离子配体应用最广,由于环糊精部分与底物形成包结
络合物,拉近了底物和具有催化活性的金属离的距离。并固定了底物的反应部位,
往往可以显著提高催化反应的反应速率,增强反应的区域选择性和对映选择性
[4][2,4,5,6]
。还能影响分子的电性环境,使反应在温和的条件下就能获得良好的收率。
由于环糊精较好的亲水性和疏水性,生物有机催化中起到重要作用。一方面,
环糊精可以增加疏水性底物的溶解度,提高其生物利用度,同时环糊精对催化细
[6]
胞的生长和催化活性有一定的抑制作用。
近年来,环糊精在绿色化学中也得到广泛。其高效性,无污染,成为有机化
学的一大亮点。
关键词:环糊精,有机反应
环糊精是由6-8个α一D一吡喃葡萄糖单元通过一1,4糖苷键联而成的腔
内疏水、腔外亲水的“锥筒”状分子。该空腔可以和疏水性有机分子相互作用,
形成可逆的主一客体包合物,提高疏水性客体分子在水中的溶解度,使有机反应
可以在对环境友好
的水中进行。
1.氧化反应
邻碘酰苯甲酸(IBX)是一种对醇氧化选择性比较高的氧化剂,但水溶性
差,在水介质中完全不反应。在含有少量丙酮的日一环糊精水溶液介质中,采用
IBX做氧化剂,在室温下就能将伯醇和仲醇氧化成相应的醛和酮,更能高选择性
地将1,2一二醇中仲经基氧化成酮,氧化反应产率高达98%,不存在过氧化情况。
1
NaC10是一类对环境友好的氧化剂,其氧化产物NaCI对环境无害,但其氧化性
强,选择性不高。在环糊精水溶液中,NaC10几乎能定量地将节醇氧化为醛,不
存在过氧化现象。产物中的醛碳基与环糊精之间的超分子作用能够减弱醛的反
应活性,避免了副产物的产生。
2.加成反应
加成反应的反应物往往水溶性不好,需要在对环境有害的有机溶剂中进行反
应,而且反应需要高温回流,在强碱或其他金属盐催化下才能发生,反应时间长、
反应收率低、副产物多、处理困难。环糊精能够通过包合作用将反应物转人水相,
使反应物之间更接近,让加成反应在温和的条件下就能顺利进行。
3.偶联反应
偶联反应作为构造特殊碳架结构的方法在精细化工中应用也比较广泛,环糊
精的超分子作用在该类反应中也受到重视。联反应,lOmin就有95%的收率和44%
的ee值。甲基一β一环糊精能够增加底物在水中的溶解度,使酶和底物充分接
近,提高了反应效率。
4.取代反应
这是因为包结物的形成阻碍了客体分子的重排和聚合,避免了重排产物和其
他副产物的产生,同时主一客体氢键能够弱化环氧乙烷环,提高环氧乙烷环的反
应活性,使反应在水中就能温和地进行。
2
5.亲偶极体
环糊精衍生物参与1,3一偶极环加成反应,主要是将亲偶极体作为修饰基
团连接到尽环糊精上,形成β环糊精衍生物,然后与1,3-偶极体发生1,3一偶
极环加成反应当1,3一偶极体与声环糊精部分形成包结络合物时,就固定了亲偶
极体与1,3一偶极体的反应位置,取得了与亲偶极体和1,3一偶极体直接反应相
反的区域选择性.
6.微通道反应器
Β-环糊精具有较大的空腔结构,可以与底物形成1:2包结络合物,为两分
子底物提供二聚环境γ-环糊精与两分子2-蒽羧酸形成1:2包结络合物时,由
于静电排斥作用,两分子2-蒽羧酸的按基处于不同的方向,二聚产物中以两个
梭基处于相反方向的构型居多.为了提高二聚产物中两个羧基处于同一方向的构
型的含量。
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