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在過(guò)去的幾十年的時(shí)間中，催化劑在促進(jìn)現(xiàn)代有機(jī)合成方面發(fā)揮著重要作用，使一些原本不能進(jìn)行或不易進(jìn)行的反應(yīng)可以在溫和的條件下進(jìn)行，從而在很大的程度上促進(jìn)了有機(jī)合成化學(xué)的發(fā)展。五氯化鈮是黃白色單斜結(jié)晶，熔點(diǎn)204.7℃，沸點(diǎn)254℃，它是一種強(qiáng)路易斯酸，可以促進(jìn)多種有機(jī)合成反應(yīng)。近些年來(lái)，由于它在催化面的良好性能，受到全世界，尤其是印度、日本、巴西等國(guó)許多研究小組的重視。
五氯化鈮主要用于有機(jī)合成。
1. 保護(hù)基團(tuán)的形成和裂解
1）醇和酚的選擇性乙酰化：由于在酸性或堿性條件下穩(wěn)定，在多步有機(jī)合成中羥基常被轉(zhuǎn)化成乙酸酯。在各種乙酰化的試劑中乙酸酐是最便宜和最常用的試劑。室溫下，以二氯甲烷為溶劑，在五氯化鈮催化下，各種類(lèi)型的醇（酚）與乙酸酐反應(yīng)生成相應(yīng)的乙酸酯。
2）醇和酚的四氫吡喃化：四氫吡喃醚（THP）由于廉價(jià)、易脫保護(hù)、且在各種條件下如強(qiáng)堿、金屬氫化物、格氏試劑、烷基化試劑、酰化試劑以及在氧化條件下都較穩(wěn)定，因此常被用在多步有機(jī)合成中用作羥基的保護(hù)基。多種形式的醇（酚）與二氫吡喃在路易斯酸五氯化鈮催化下，發(fā)生反應(yīng)生成相應(yīng)的四氫吡喃醚。
3）硅醚的形成：羥基很活潑，容易發(fā)生酰化、氧化、烷基化、失水等反應(yīng)。常用保護(hù)羥基的方法之一是生成硅醚。三甲基硅基醚具有不易被氧化、熱穩(wěn)定性高、粘度低和易制備等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)合成中得到廣泛應(yīng)用。在五氯化鈮催化下，醇（酚）與六甲基二硅胺烷在二氯甲烷中反應(yīng)，高收率得到相應(yīng)的三甲基硅醚：
4）醛和乙酐反應(yīng)形成 ：1,1-二乙酸酯由于在中性、堿性及酸性條件下都比較穩(wěn)定，在復(fù)雜化合物的合成中，1,1-二乙酸酯常被用作起始反應(yīng)物或中間體。1,1-二乙酸酯通常是在酸催化下，醛與乙酸酐反應(yīng)得到。由醛和乙酸酐在五氯化鈮催化下，生成相應(yīng)的 1, 1-二乙酸酯。
5）胺和硫醇的選擇性乙酰化：胺或硫醇與乙酸酐在二氯甲烷中，在五氯化鈮催化下，在室溫下即可發(fā)生選擇性乙酰化。在催化量的五氯化鈮(10mol%)存在下，各種脂肪胺、芳胺及硫醇都可以發(fā)生選擇性乙酰化。該反應(yīng)產(chǎn)率高，條件溫和，并使得反應(yīng)時(shí)間縮短。
6）醚脫保護(hù)成醇：由于易引入且易形成穩(wěn)定的化合物，對(duì)某些反應(yīng)來(lái)說(shuō) Cl CH2℃H3常被用來(lái)保護(hù)羥基。但是-CH2℃H3的脫去卻常常需要強(qiáng)酸性環(huán)境。RO-CH2℃H3在中性條件下，由五氯化鈮催化，即可脫保護(hù)生成相應(yīng)的醇或酸。
2. 還原反應(yīng)
1）亞胺的還原二聚：醛亞胺在室溫下，在五氯化鈮催化下被金屬鋅還原二聚成連二胺。作者發(fā)現(xiàn)在無(wú)鋅粉的條件下，該反應(yīng)無(wú)法發(fā)生；在沒(méi)有五氯化鈮的條件下，產(chǎn)率只有 74%。而在二者的共同作用下，產(chǎn)率卻可以高達(dá) 97%。
2）C-F 鍵的斷裂：C-F 鍵是組成有機(jī)分子的最強(qiáng)的鍵之一，C-F 鍵不易斷裂，不僅從有機(jī)化學(xué)的觀點(diǎn)看，而且從環(huán)境化學(xué)的關(guān)于有機(jī)化合物脫鹵的觀點(diǎn)看都是一個(gè)難點(diǎn)。單氟取代芳香化合物在五氯化鈮催化下被氫化鋰鋁被還原為芳烴。
3）烷基芳基醚的選擇性去烷基化：烷基芳基醚的去烷基化是有機(jī)合成中最重要的反應(yīng)之一。一些強(qiáng)的路易斯酸和親核試劑被用作該類(lèi)反應(yīng)的催化劑。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)五氯化鈮對(duì)碳氧鍵的斷裂是有選擇性的，并且取得較好的收率。
4）由炔和醛制備丁二烯：炔在五氯化鈮催化下被金屬鋅還原，然后再經(jīng)過(guò)三步反應(yīng)生成帶有取代基的 1,3-丁二烯。
3. 加成反應(yīng)
1）羰基化合物的硅氰化反應(yīng)：氰醇是有機(jī)合成中的一類(lèi)重要中間體。它們可以轉(zhuǎn)化成許多有用的化合物，通常由羰基化合物與三甲基硅氰反應(yīng)再經(jīng)過(guò)水解得到。在五氯化鈮催化下，羰基化合物與三甲基硅氰在室溫且無(wú)溶劑的條件下即可以發(fā)生反應(yīng)生成 α-氰基硅醚。
2）烯丙基化反應(yīng)：Lewis 酸促進(jìn)下烯丙基三甲基硅烷與羰基化合物之間的烯丙基化反應(yīng)（Sakurai 反應(yīng)），是形成碳 C－C 鍵的重要方法之一。在五氯化鈮催化下，醛與烯丙基硅烷可以發(fā)生 Sakurai 反應(yīng)。
在五氯化鈮催化下，以二氯甲烷為溶劑，在-15℃ 下并用氬氣做保護(hù)的條件下，醛與烯丙基三正丁基錫烷反應(yīng)生成高烯丙基化合物。
3）α-羥基膦酸酯衍生物的制備：由于 α-羥基膦酸酯衍生物具有重要的生物和藥物活性，如抗病毒，抗菌，抗癌，殺蟲(chóng)以及抗 HIV 蛋白酶，因此它們?cè)谟袡C(jī)和藥物化學(xué)方面引起廣泛的重視。在五氯化鈮和三甲基氯硅醚（TMSCl）共同作用下，在室溫且無(wú)溶劑的條件下，由醛（或酮）與亞磷酸二乙酯或亞磷酸三乙酯反應(yīng)生成 α-羥基磷酸酯的反應(yīng)。
4）α-氨基膦酸酯衍生物：由于 α-氨基膦酸酯與相應(yīng)的 α-氨基酸、雜環(huán)膦酸酯以及 ω-氨基膦酸酯結(jié)構(gòu)類(lèi)似，且具有重要的生物和藥物活性，因此近些年來(lái)受到廣大化學(xué)工作者的重視。研究發(fā)現(xiàn)在五氯化鈮催化下，加熱至 60 ℃ 且無(wú)溶劑的條件下，芳醛、芳胺與亞磷酸二乙酯發(fā)生反應(yīng)生成 α-氨基膦酸酯。
5）β-酮酯的合成 ：由于 β-酮酯既具有親電的羰基，又具有親核的碳，使它們成為是合成許多具有生物活性化合物的非常有用的中間體。重氮基乙酸乙酯與醛，在五氯化鈮催化下，在二氯甲烷中發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的 β-酮酯。
6）Mannich 反應(yīng)：Mannich 反應(yīng)是一個(gè)適用范圍很廣的形成 C-C 鍵的方法，因而在過(guò)去的幾十年得到廣泛應(yīng)用。室溫下，以五氯化鈮為催化劑，以乙醇為溶劑，苯乙酮、芳醛和芳胺發(fā)生 Mannich 反應(yīng)，生成各種藥物和天然產(chǎn)物的中間體—β-氨基酮和 β-氨基羰基化合物。
7）Knoevenagel 縮合反應(yīng)：Knoevenagel 縮合反應(yīng)是形成 C-C 的重要方法之一。由于其反應(yīng)產(chǎn)物廣泛應(yīng)用于制備許多天然產(chǎn)品、化妝品、香水及藥物等，因而近些年來(lái)受到持續(xù)關(guān)注。醛和活性亞甲基化合物在五氯化鈮催化并加熱的情況下，生成 E-烯烴。該反應(yīng)產(chǎn)率高，反應(yīng)條件溫和，適用于多種醛和活性亞甲基化合物的反應(yīng)。
8）Diels-Alder 環(huán)加成反應(yīng)：Diels-Alder 反應(yīng)一次生成兩個(gè)碳碳鍵和最多四個(gè)相鄰的手性中心，所以在合成中很受重視。在合成中使用 Diels-Alder 反應(yīng)，大大減少了反應(yīng)步驟，提高了產(chǎn)率。自 1996年報(bào)道了在五氯化鈮的催化下，環(huán)戊二烯和巴豆醛或異丁烯醛發(fā)生 Diels-Alder 反應(yīng)以來(lái)，分別于 2002 年和2005 年報(bào)道了在五氯化鈮催化下，不飽和烯酮和高反應(yīng)活性的環(huán)戊二烯發(fā)生 Diels-Alder反應(yīng)。2006 年，報(bào)道了在 NbCl5催化下，由巴豆醛和二烯在二氯甲烷中發(fā)生 Diels-Alder 反應(yīng)合成了 cis-1,2-二甲基環(huán)己烯化合物。
4. 取代反應(yīng)
1）親核取代反應(yīng)：在五氯化鈮催化下，芳基醇與一些含雜原子化合物發(fā)生親核取代反應(yīng)。該反應(yīng)產(chǎn)率高，反應(yīng)時(shí)間短，室溫下即可進(jìn)行且沒(méi)有苯基醇的副產(chǎn)物。
2）Ferrier 反應(yīng)：烯糖是典型的烯醚，經(jīng)過(guò) Ferrier 重排反應(yīng)得到 C-苷化產(chǎn)物，該反應(yīng)一般在路易斯酸催化下進(jìn)行。2005 年報(bào)道了在微波照射下，以五氯化鈮為催化劑，乙腈為溶劑，一級(jí)醇（二級(jí)醇）與三氧乙酰基-D-葡萄稀糖反應(yīng)生成 2,3-不飽和配糖物。
[1] CN201310437708.9五氯化鈮催化制備順-1-甲氧羰基-2-取代苯基-3,3-二腈環(huán)丙烷的方法
[2] 五氯化鈮作為路易斯酸催化劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用