生物質(zhì)是一種來源豐富的可再生能源。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有高附加價值的化學(xué)品可以有效降低對傳統(tǒng)化石能源的依賴，助力實(shí)現(xiàn)碳中和。多元醇酯類生物質(zhì)產(chǎn)量豐富，但多元醇酯催化轉(zhuǎn)化的研究相對較少。羥乙基化反應(yīng)在精細(xì)化學(xué)品的合成中有廣泛的應(yīng)用（圖1a）。傳統(tǒng)的羥乙基化反應(yīng)往往需要用到易燃易爆、高毒性的環(huán)氧乙烷類試劑，在反應(yīng)過程中易發(fā)生不可控的聚合產(chǎn)生寡聚物雜質(zhì)（圖1b）。因此，尋找環(huán)氧乙烷的綠色替代品具有重要意義。近日，上?？萍即髮W(xué)的李智教授及其團(tuán)隊(duì)使用可再生的多元醇酯替代環(huán)氧乙烷，在無溶劑條件下使用少量簡單的催化劑實(shí)現(xiàn)了酚類化合物的O-羥乙基化反應(yīng)。該反應(yīng)無需無水無氧控制，操作工藝簡單，相對于傳統(tǒng)的羥乙基化反應(yīng)更符合綠色可持續(xù)發(fā)展的原則（圖1c）。
圖1. 羥乙基化反應(yīng)簡介 作者以乙二醇二乙酸酯和4-溴苯酚為原料，在1 % Sc(OTf)3的催化下150 °C反應(yīng)12小時即可得到高收率的2-（4-溴苯氧基）乙酸乙酯（圖2, 3aa）。該反應(yīng)體系對具有不同種類官能團(tuán)的酚類（圖2, 3aa-3aq）和不同取代結(jié)構(gòu)的多元醇酯（圖2, 3ca-3ia）均具有較好的兼容性。氫醌作為親核試劑可發(fā)生兩次O-羥乙基化反應(yīng)（圖2, 3ap-3aq）。除酚類化合物以外，有共軛烯醇結(jié)構(gòu)的4-羥基香豆素同樣也能發(fā)生類似的O-羥乙基化反應(yīng)（圖2, 3ap-3ao）。 圖2. 底物范圍 詳細(xì)的機(jī)理研究表明鄰基參與效應(yīng)在反應(yīng)中具有重要作用（圖3a-c）。乙二醇二乙酸酯通過鄰基參與效應(yīng)形成關(guān)鍵的五元環(huán)氧鎓離子鹽中間體，酚作為親核試劑與五元環(huán)氧鎓離子鹽中間體反應(yīng)，經(jīng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移后得到苯氧乙醇酯產(chǎn)物和無毒害的副產(chǎn)物乙酸（圖3d）。 圖3. 機(jī)理研究 該O-羥乙基化反應(yīng)可運(yùn)用于多種有附加價值的化學(xué)品的合成（圖4a），包括多種材料中間體及具有生物活性的化合物，其中還包括FDA批準(zhǔn)的抗癌藥物奧培米芬。另外，該O-羥乙基化策略可運(yùn)用于PET等聚酯類塑料的升級回收。以酚類化合物為降解試劑，可以將PET回收為對苯二甲酸單體，同時將酚類化合物轉(zhuǎn)化為苯氧乙醇類化合物（圖4b）。 圖4. O-羥乙基化策略的應(yīng)用 綜上，該研究報(bào)道了一種綠色高效的O-羥乙基化方法，使用廉價易得的酚類和多元醇酯為原料，在無溶劑條件下使用少量催化劑合成了一系列具有豐富結(jié)構(gòu)類型和廣泛用途的苯氧乙醇類化合物。該方有效克服了傳統(tǒng)羥乙基化反應(yīng)中使用環(huán)氧乙烷帶來的易產(chǎn)生寡聚雜質(zhì)、安全隱患高等缺陷。 論文信息 Catalytic Hydroxyethylation of Phenols with Renewable Ethylene Glycol Diester as an Alternative to Ethylene Oxide Yu-Ji Luo, Prof. Zhi Li European Journal of Organic Chemistry DOI: 10.1002/ejoc.202400158
