關(guān)于相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)及其在藥物合成中的應(yīng)用分析

蔣志永

摘要：從上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的相轉(zhuǎn)移催化（Phase Transfer Catalyst簡稱PTC）是一種新的有機(jī)合成法，其在氧化、還原、消除、取代等多種類型藥物反應(yīng)中取得良好的應(yīng)用效果，近些年來在各類藥物合成反應(yīng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在非極性溶劑合成中應(yīng)用相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)可凸顯其反應(yīng)速度快、反應(yīng)條件溫和、質(zhì)量高等幾大優(yōu)勢，正是因為如此，該技術(shù)在近三十年的時間里實現(xiàn)了飛速的發(fā)展。本文筆者就相轉(zhuǎn)移催化的反應(yīng)原理及其在幾種藥物合成中的應(yīng)用進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：相轉(zhuǎn)移催化技術(shù);藥物合成;反應(yīng)原理;應(yīng)用

由于相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)擁有很多獨特的優(yōu)勢，所以在藥物合成制作中得到了廣泛的應(yīng)用，且整個應(yīng)用范圍朝著不斷擴(kuò)大的趨勢發(fā)展。三相相轉(zhuǎn)移催化、溫控相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)、微波輻射、超聲波以及過渡金屬催化等新技術(shù)在近幾年的發(fā)展過程中嘗試了各種結(jié)合應(yīng)用，讓很多以前無法實現(xiàn)的反應(yīng)都順利完成了。

1 相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)原理

1.1 液-液相轉(zhuǎn)移催化

下面具體的闡述就圍繞苯硫酚與二溴乙烷的縮合反應(yīng)這個例子展開。

二溴乙烷在一些非極性溶劑中的可溶性很高，比如苯、氯仿、甲苯等，不過在堿性環(huán)境環(huán)境下的苯硫酚表現(xiàn)為易溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。如若將上述溶劑混合到苯硫酚的NaOH溶液中，兩種反應(yīng)物將分別處于有機(jī)相和水相之中，幾乎沒有機(jī)會接觸或者碰撞，所以很難推進(jìn)化學(xué)反應(yīng)[1]。以往的處理方法就是在醇鈉溶液中進(jìn)行，最主要的條件就是絕對忌水，但最終的收率只有80%，且需要很長的反應(yīng)時間，大概為24h。如果在濃度為20%的NaOH溶液與苯中添加四丁基溴化銨這種相轉(zhuǎn)移催化劑，能大大縮短反應(yīng)時間，不僅能在4h完成，還能取得95%左右的收率。

相轉(zhuǎn)移催化劑其實類似于表面活性劑，不管是對有機(jī)溶劑還是水都表現(xiàn)出很好的溶解性，仔細(xì)分析其催化反應(yīng)過程可以發(fā)現(xiàn)，就等同于溶劑萃取過程[2]。應(yīng)用于液-液相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)中最為頻繁的催化劑就是鹽類催化劑，這種催化劑中有兩種常用的物質(zhì)，一是季餒鹽（以R3NR1·X-表示），二是季磷鹽（以R3NR1·X-表示），不過這兩種物質(zhì)由于自身含有較高的毒性，因此使用頻率不高。

1.2 固-液相轉(zhuǎn)移催化

在富含烯烴的苯溶液中混合KMnO4后，KMnO4會在沉降在容器底部，觀察苯溶液的顏色依然為無色，這說明烯烴并未被氧化，但如果適量的加入18-冠醚-6后，苯相將會即刻由無色變?yōu)樽霞t色，這也意味著KMnO4已經(jīng)進(jìn)入苯相，完成了烯烴的氧化。

KMnO4在上述實例中被18-冠醚-6復(fù)合后，其中的K+離子就絡(luò)合于冠醚環(huán)，而Mn04-則被直接裸露出來并轉(zhuǎn)移到有機(jī)相，至此也完成了烯烴的氧化反映[3]。這種利用絡(luò)合劑（complexant）的絡(luò)合功能讓反應(yīng)物中的活性離子快速進(jìn)入到有機(jī)相的催化反映就被稱之為固-液想轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。

應(yīng)用于固-液相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)的絡(luò)合劑有很多中，相對而言使用頻率較高的有穴醚、冠醚、聚乙二醇類等，其中實際催化效果更好的是冠醚和穴醚，不過因為合成物具有很大的毒性、且價格偏高、合成操作難度也大，在具體應(yīng)用中的限制條件太多，所以通常被用于實驗室中當(dāng)做催化試劑，較少應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。聚乙二醇這種化工產(chǎn)品屬于大眾化一類，整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一種螺旋構(gòu)，具有自由行的活動鏈會形成類似于冠醚一樣的環(huán)，最終大小也不受空穴限制，是目前最為理想的冠醚取代物。這一發(fā)現(xiàn)從1979年開始就直接被應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中，也延續(xù)至今。

1.3 三相催化反應(yīng)

由于相轉(zhuǎn)移催化劑中一直在存在價值水平高與回收難度大的問題，近年來相關(guān)人員以有效解決這些問題為目的研發(fā)了一種全新的相轉(zhuǎn)移催化發(fā)，即三相催化反應(yīng)，具體來說就是在聚合物載體上將相轉(zhuǎn)移催化劑進(jìn)行連接，形成一種不溶于有機(jī)相也不溶于水的高分子固體物，既本稱作三相催化劑，也被稱作聚合物催化劑。這種方法在實際應(yīng)用中有一個非常明顯的特點，干燥后的催化劑活性保持不變，可重復(fù)使用，還能做到定量回收，盡管這一領(lǐng)域的研究工作開展得較晚，但相當(dāng)快的發(fā)展速度下也積累了大量實踐經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)。對于固載PTC的選擇和應(yīng)用需要綜合考慮三個問題：

第一，三相催化劑粒子的大小。粒子的活性與本身大小直接聯(lián)系，粒子越小其活性越大，不過過小的粒子又不容易過濾，后續(xù)處理難度大，所以最好選擇100目～150目的即可。

第二，載體樹脂交聯(lián)度。活性較好的通常都是交聯(lián)度偏小的樹脂，0.6%是最佳指標(biāo)，一旦超出2%最終效果就會下降。

第三，反應(yīng)的攪拌速度。合理控制攪拌速度能讓物質(zhì)傳遞速率保持在一個很好的水平，從而更好的發(fā)揮催化劑活性。

二 PTC在藥物合成上的應(yīng)用

2.1 克林霉素磷酸醋。作為克林霉素的一種衍生物，克林霉素磷酸醋在化學(xué)性質(zhì)上具有抗菌性強(qiáng)、水溶性高、副作用小且吸收速率高等優(yōu)勢，當(dāng)前在臨床醫(yī)學(xué)中有著較為廣泛的應(yīng)用[4]。此前有關(guān)學(xué)者圍繞克林霉素磷酸醋開展了合成試驗，使用了T13AI進(jìn)行催化磷酸化反應(yīng)，由此獲得了高達(dá)86%的中間體。

2.2 心絞痛藥雷諾嗓（ranolazine）。雷諾嗓心絞痛藥品其實就是一種脂肪酸氧化酶抑制劑，研制公司是美國的Syntex，雷諾嗓主要中間體是3-（2-甲氧苯氧基甲基）環(huán)氧乙烷，在制作這一中間體的過程中一般都選用PEG400作為反應(yīng)的相轉(zhuǎn)移催化劑，一方面能大大提升操作便捷性，另一方面還能取得高達(dá)89%的收率。

2.3 酮洛芬。酮洛芬的化學(xué)名是3-苯甲酞基-2-甲基苯乙酸，屬于一種鎮(zhèn)痛消炎類藥物。已有的很多合成報道中并非全部都屬于非均相反應(yīng)，幾乎都存在操作繁瑣、反應(yīng)效率慢、收率低等問題。度米芬陽離子是一種表面活性劑，將其作為相轉(zhuǎn)移催化劑，以苯和NaOH分別作為有機(jī)相和水相最終合成酮洛芬，純度高達(dá)99.5%，收率在70%左右。

2.4 抗菌增效劑嗅莫替林。嗅莫替林是一種主要作用與二氫葉酸的還原酶抑制劑，也是能夠替代甲氧芐氨嘧啶（TMP）的新型產(chǎn)品。使用金熔合成5-二甲氧基苯甲醛及其中間體4-嗅-3的環(huán)節(jié)中，就要選用PEC-400作為相轉(zhuǎn)移催化劑完成還原反應(yīng)，相比之前根本不加入任何相轉(zhuǎn)移催化劑，最終的收率結(jié)果提升了30%左右。

三、 結(jié)語

總而言之，應(yīng)用了相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)的藥物合成反應(yīng)相比以往的做法在操作上更加簡便，且收率更高。將價格偏高的非質(zhì)子極性溶劑替換成普通非極性溶劑，將烴基鋰、NaH等高價格的原料用相對價廉的氫氧化鈉替代，這樣的做法不單單是有效改進(jìn)了生產(chǎn)廠家的工藝技術(shù)，還讓整體生產(chǎn)成本得到合理控制，實現(xiàn)了更強(qiáng)的市場競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮書曉，齊凱言，王俊嶺，等.相轉(zhuǎn)移催化氧化酮羥化反應(yīng)合成兩種甾體藥物[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2020，v.32（02）：92-97.

[2]余文兵.相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)及其在某新藥研發(fā)中的應(yīng)用[J].電子樂園，2019（10）：0464-0464.

[3]褚朝森，王曉麗，胡玉濤，等.超聲波相轉(zhuǎn)移催化合成苜蓿素[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2019，50（04）：56-58.

[4]丁亞男.反應(yīng)控制相轉(zhuǎn)移催化環(huán)戊烯氧化制備戊二醛的研究[D].2019.