深共晶溶剂中格氏反应的界面驱动机制及其在绿色合成中的应用

这篇研究通过实验与分子动力学模拟揭示了深共晶溶剂（DES）中格氏反应（Grignard reaction）的高效性源于界面驱动机制。研究发现，底物苯乙酮（AcPh）在胆碱氯化物-甘油（ChCl:Gly）DES中溶解度低，倾向于富集于DES/THF两相界面，而格氏试剂（i-PrMgCl）同样在界面聚集。搅拌通过扩大界面面积促进反应物接触，同时减少DES质子对试剂的分解，从而在常温和空气条件下实现高收率。该工作为绿色溶剂设计及界面催化反应提供了新思路。

　　

引言

深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）作为绿色溶剂，因其低挥发性、高热稳定性及可再生组分特性，在有机合成中备受关注。胆碱氯化物（ChCl）与甘油（Gly）以1:2摩尔比形成的DES，被证明可显著提升格氏试剂（如i-PrMgCl）与酮类（如苯乙酮AcPh）的加成反应效率，甚至在常温和空气条件下实现高选择性。然而，其作用机制长期未明。

结果与讨论

AcPh在DES与甘油中的溶解差异

核磁共振（NMR）显示，AcPh在ChCl:Gly中的溶解度（0.2 mmol·L^?1）显著低于纯甘油（0.75 mmol·L^?1）。中子散射与分子动力学（MD）模拟表明，DES中Gly与Ch⁺的强氢键网络挤占了AcPh的溶解空间，导致其倾向于逃离DES相。

界面富集现象

表面张力实验证实，AcPh在DES/空气界面显著降低界面张力（从45.5降至38.5 mN·m^?1），而在甘油中无此效应。中子反射技术进一步揭示，AcPh在模拟DES/烃类界面（如十八烷基三氯硅烷OTS层）中富集，体积分数达0.15。

双相体系中的反应动力学

MD模拟显示，在ChCl:Gly/THF双相体系中，AcPh自发迁移至THF相，而i-PrMgCl则富集于界面区域。自由能计算表明，AcPh从DES转移到THF的能垒为7.5 kJ·mol^?1，而格氏试剂因极性Mg-Cl键与DES的相互作用被锚定在界面。

搅拌的关键作用

实验发现，搅拌通过增加两相接触面积，使AcPh与i-PrMgCl在界面高效碰撞，同时减少DES质子对试剂的接触，抑制水解副反应。这一机制解释了为何静态条件下反应收率骤降。

结论

DES通过“排斥”底物至界面，与格氏试剂形成局部高浓度反应微环境，从而突破传统惰性条件的限制。该研究为设计基于界面效应的绿色合成策略提供了理论依据，并暗示类似机制可能适用于其他双相催化体系（如“on-water”反应）。未来可通过调控底物溶解度预测溶剂组合的适用性。

（注：全文数据均源于原文实验与模拟结果，未添加非文献支持结论。）