大极性溶剂中除三苯氧磷

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   三苯基膦在有机合成中的应用很广:比如做还原剂(Staudinger还原),转化羰基成双键(wittig),醇羟基的亲核取代(mitsunobu), 在这些反应中,三苯基膦转化成三苯氧膦(TPPO). 虽然部分例子中TPPO可以很容易移除,但是在很多情况下,TPPO的除去是一大干扰,对分离造成很大影响解决的一般思路就是使用替代的膦其氧化物容易出去,或者开发催化量反应但是三苯基膦的强大,在很多时候很难被替代,于是需要开发出新的移除TPPO的方法.

 

介绍一些除TPPO方法:

  1. 使用过柱,其实TPPO溶解性不是很好,如果量大点的话,过柱经常拖尾对于一些化合物,可能反相柱效果要好一些。但是如果量很大,那过柱就太麻烦了,不是正规方法。

  2. 对于低沸点产品,可以蒸馏

  3. 如果产品可以溶解在小极性溶剂,比如冷的正己烷或者乙醚,那这种情况也好办,TPPO在小极性溶剂里面溶解性很小,会直接析出来(Org. Synth. 1996, 73, 110.

 

如果以上方法都不能凑效,那么又许多小组研究了如何将TPPO转化成容易出去的化合物。

Lipshutz研究了使用Merrifield树脂对TPPO进行烷基化捕捉, Gilheany发明了使用草酰氯将TPPO转化为三苯基氯化膦,可以在环己烷里面很好的沉淀出来。

 

另外,还可以使用共结晶的方法, TPPO可以和许多有机化合物在非极性溶剂里面一起结晶出来。比如Shin-Etsu Chemical Co.通过加入乙酸,和TPPO形成TPPO-AcOH液体,不溶解于产品溶液(USPatent 5,292,973, Mar 8, 1994.)。 Squibb的研究员发现,在甲苯里TPPO和二异丙基脲可以形成11化合物而被除去(JOC, 1996,61,7995)。

 

Lewis酸的TPPO加成物被广泛应用于金属盐的提取,但是使用它来移除TPPO鲜有报道。比如ZnCl2(TPPO)2已经被使用100多年,但是只有两例报道用来沉淀TPPO,很多时候MgCl2用的相对多点(US Patent 6011181A, 2000. And Org. Process Res. Dev. 2013, 17,666−671.)。虽然MgCl2使用的比较多,但是它需要把溶剂置换成相对小极性溶剂,才能比较有效的分离。

 

上述物理方法分离都是使用了极性相对较小的溶剂,比如正己烷,甲苯,环己烷,乙醚。至今在大极性溶剂里面除TPPO没有报道。这里提供了一些新的研究进展。

 

该发现是在制备咔唑的时候发现的,TPPO可以使用ZnCl2从乙醇里面很好地移除(>50g

反应完,加入ZnCl2的热乙醇溶液,搅拌,沉淀,过滤,旋蒸掉乙醇,产品丙酮里面打浆除去过量的ZnCl2 TLC显示没有TPPO残留。

紧接着研究ZnCl2当量对于移除TPPO的效果:

从使用量考虑,2eq正好。沉淀过程相当robust,元素分析显示沉淀组成是ZnCl2(TPPO)2

除了乙醇,考察其他溶剂中该方法的一个效果:

iPrOH. EtOAc, iPrOAc, iPrOH效果较好(<5%, THF, 2-MeTHF,MEK可以容忍(<15%),而MeOH, MeCN, acetone DCM( 无沉淀)效果较差(>15%)。DCM里面加入混合溶剂,效果有所提高(entry11 12)。

 

紧接着考察官能团兼容性。可能有些化合物会溶解加成物或者共沉淀影响结果。

酚,酰胺,吲哚影响很小(14),醛,炔,氨基酸略有降低(369),一些含氮的化合物影响较大,产品基本没法回收(2710)。比较有意思的是对比78,大位阻的26-二甲基吡啶可以很好地回收,而4-甲氧基吡啶却没法回收。可能位阻较大,影响和金属Zn配位。


具体还考察了两个实例:Corey−Fuchs 反应和Mitsunobu反应,效果较好。


该方法的缺陷:

  1. 酸敏感的β-内酯在此条件下和溶剂反应了,有些底物可能不合适

  2. 大量使用ZnZn残留是一个问题。需要一些洗涤或者其他操作来减少Zn

 

原始文献:JOC, 2017,

doi:10.1021/acs.joc.7b00459

 

总结和思考:

  1. 知己知彼,百战不殆。此方法看起来不错,优缺点在哪里,心里必须有数,才能更好地应用它。有些方法不是没有用,而是我们不懂得用。有时候你可能会困惑,为什么别人的底物总是有那么巧的条件可以使用某种方法纯化,你的就不行?其实问题还是你不知己,不知彼,不善于找出你的产品的特殊性。共性和特殊性一直都存在,在注意普遍性的同时,不要忽略特殊性。如果能提炼出一半规律,那更好,如果不行,那么找出该方法存在的价值,用上那么几次,就OK了。善于利用特殊性才会让你更加睿智。不要因为该方法的缺点,而觉得这个方法有限。比如在前期比较初级的原料制备上,或许可以考虑。这里强调了一个大极性溶剂,使用的时候先思考你化合物的极性,思考你产品和TPPO之间的差异。

  2. 溶剂是化学合成人员的天。反应用溶剂,后处理用溶剂。对于一大类溶剂不要一视同仁,比如MeOH和乙醇,异丙醇,在这里乙醇和甲醇很好,但是MeOH比较差,他们之间是有很大差别的。不管在筛选条件还是做结晶筛选,它们都会展现出非常不一样的性质,包括溶解度,沸点。差之毫厘,谬以千里。不要一视同仁。还有酯类(EtOAc, iPrOAc),酮类(丙酮,2-丁酮)等,虽然它们都是同一类,但是差别巨大,平常善于注意一些它们之间差异的例子,才能善于使用它们的特殊性。

  3. 做工艺,如果可以养成收集数据,列出图表,就更有说服力。虽然在不断的做项目,但是对于一些偶然的发现,如果可以多发点功夫,去收集一些数据,并且总结下来,就算不发表,也能成为专家。这些数据日后必能为你所用,目光要放长远一点,不要项目做了就丢,发现一些新东西也视而不见,那么肯定进步的会慢一些。毕竟工艺的东西,倒腾来倒腾去,最终就会形成自己的研究套路,把套路捋顺了,形成体系,后续研发直接惯性上手,就不会做了很久,感觉很多东西还跟新的一样。尤其是常见的问题,一定要归纳总结。这里TPPO的移除,已经列了不少例子,最起码有这么一篇文献能够给你罗列了非常多的方法。希望下次碰到相同案例,可以拿出来翻一番,看看能不能用上。作者已经提高思路,能不能工业应用,就看看能不能用的恰到好处,自己再改进改进。



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