化学专业毕业论文卤代芳烃转化为酚的合成研究

目录中文摘要1英文摘要21 文章综述31.1 引言31.2 C-S交叉偶联反应的研究3 1.2.1钯催化的C-S偶联反应的研究进展51.2.2 镍、钴催化的C-S偶联反应的研究进展71.2.3 铜催化的C-S偶联反应的研究进展81.3 本课题的来源、目的、意义及该课题在国内外的概述 151.3.1课题来源151.3.2课题的目的、意义171.3.3国内外研究概况172 试验 18 2.1 实验试剂与仪器18 2.1.1 实验试剂182.1.2 实验仪器19 2.2 实验过程192.2.1 纳米氧化亚铜的制备192.2.2 纳米碘化亚铜的制备202.2.3 纳米硫化铜的制备202.2.4纳米铜盐催化卤代芳烃与硫酚类化合物的偶联反应模型21 2.2.5 结果与讨论22结论与展望26致谢28参考文献29卤代芳烃转化为酚的合成研究摘 要：在有机合成方法学研究中，C-O键的构建是不可或缺的一部分，其产物在染料、医药、农用化工品、颜料以及高聚物的制备中有着重要作用。目前，该领域采用钯、镍等过渡金属作为催化剂来加速此类反应已取得了非常好的成效。但随着成本效益和环保的发展，寻找绿色环保和价廉易得的催化剂已成为专家们研究的焦点。在这个背景下，铜催化剂提供了诱人的优势，并且由于它们的可持续性，在交叉偶联反应领域已被认定为理想的催化剂。本文我们主要针对无配体条件下的纳米碘化亚铜催化C-O交叉偶联反应进行一些研究，得到了比较高的产率，并阐述了反应能够发生的可能机理。 关键字:铜催化；纳米；CuI；交叉偶联； Abstract: The formation of the CO bond is indispensable in the search of organic synthetic chemistry. The products of these reactions play an important role in preparation of dyes, pharmaceuticals, agrochemicals, pigments as well as high polymers. So far, the significant progress has been made in the development of transition-metal palladium- and copper-catalyzed coupling reactions of this type. However, with the development of cost-efficient and environmentally friendly, finding an environment-friendly and cheap catalyst has attracted many attentions. In this context, iron salts offer attractive advantages and, due to their sustainability, they are recognized as ideal catalyst mainly in the field of cross-coupling reactions. To make the proceeding method more simple and mild, no ligand was applied in this catalytic system.Key words: copper-catalyst；nanometer；cuprous iodide；cross-coupling1 文章综述1.1引言 有机化学特别是有机合成化学是一门发展得比较完备的学科，在人类发展的过程中，它成为提高人们生活质量的重要手段。然而传统的合成方法以及依其建立起来的传统合成工业，对整个人类赖以生存的生态环境造成了严重的污染和破环。20世纪90年代初，化学家提出了“绿色化学”的概念，即如何从源头上减少、甚至消除污染的产生。通过研究和改进化学化工过程及相应的工艺技术，从根本上降低、以至消除副产品或废弃物的生成，从而达到保护和改善环境的目的。自从这一概念被提出以后，有机化学工作者便致力于开发一些对环境友好的生产方法。从反应的设计到工业的大量生产，每一步都在不断优化，从而期望达到绿色化学这一最高目标1。有机合成方法学作为有机化学的核心内容之一，其研究一直受到很多的关注。经过有机化学家们多年不懈的努力，尽管已取得巨大成功，有的合成方法已大规模地应用于工业生产中，但是其发展还未达到比较完善的地步，尤其是在选择性和催化效率方面尚有许多问题需要解决。亲电性不饱和碳与亲核性碳、氮、氧、硫、硒原子经过某些过渡金属的催化可以直接成键，这种交叉偶联反应是现代有机合成中重要的手段之一，它使得我们能够高效地合成一系列芳基以及烯烃、炔烃化合物，因而在染料、医药、农药、日用化工品、以及高聚物的制备中有着广泛的应用。钯催化的偶联反应已被广泛的研究，虽然可以得到令人满意的结果，但是钯的高毒性和价格的昂贵限制了它在工业方面的应用。铜催化的C-N，C-O，C-S，C-C偶联反应是有机合成中很有用的反应，这类反应在过去几年已被深入的研究。铜的价格低廉，毒性相对较小，可以在工业上取代钯催化剂。上世纪初，Fritz ullmann 和Irma Goldberg开创了铜催化的偶联反应，他们开发了新的生成C-N，C-O，C-S键的方法，为制备更多新化合物铺平了道路2。不活泼的卤代芳香烃第一次作为反应物参与偶联反应，而传统的偶联反应都是那些缺电子的芳香卤代烃和强亲和性的物质才能发生。Ullmann和Goldberg同时发现了铜催化的芳香化合物的氨基化和酰胺化反应。这些概念性的论文被认为是现代铜催化芳基化反应的开端。如何使用Cu 催化剂来实现碳碳和碳杂交叉偶联反应,不仅是过渡金属催化领域中的一个新动向而且是化学工业绿色化进程中的一个挑战性课题。本文旨在探索纳米碘化亚铜催化下卤代芳烃转化为酚的合成3。1.2 C-O交叉偶联反应许多含有芳基醚结构单元的天然产物都具有很好的生物活性，如K-13、pcrrottctincs、riccardinB等（图1），甚至已经用作临床药物，如万古霉素。此外，近年来，二芳基醚在农药研究中特别是在新农药创制方面也得到了广泛的应用，在农药分子中引入二芳基醚结构可以显著改善农药的理化性质和生物活性，可以提高农药的光稳定性；降低农药对哺乳类动物的毒性；可以拓宽农药的生物活性谱。因而，对C-0键形成反应的研究受到了人们的广泛重视4。图1 含二芳醚结构单元的天然产物1905年，Ullmann首次报道了铜催化的芳香卤代物与酚的C-O偶联反应5。（图2）图2之后，与C-N偶联反应相似，C-O键的形成反应也经历了由铜催化到钯催化，再到使用配体的铜催化的一个发展阶段，并不断趋于成熟。以下将从钯催化和铜催化两个方面分别介绍C-O偶联反应的发展状况和已经取得的成果。1.2.1 Pd催化的C-O偶联反应1996年，Buchwald等人首次报道了钯催化的C-0键的形成反应，以Pd(OAc)2作为催化剂，用于催化分子内C-O偶联合成含氧杂环化合物的反应(图)。对于该反应，双齿有机膦配体(BINAP，ToI-BINAP，DPPF)比单齿有机膦配体(P(o-tolyl)3)具有更好的催化活性。之后，Dominguez等人又将BINAP及DPPF成功用于Pd2(dba)3催化的分子内的二芳基醚的合成中6。（图3）图31997年，Buchwald和Hartwig同时分别发展了Pd催化的分子闻的碳氧交叉偶联反应.他们分别报道了Pd2(dba)3/Tol-BINAP(收率48-84)Pd(dba)2/DPPF(收率29-92)催化的分子间的C-O偶联反应。同时，Hartwig还用Ni(COD)2代替Pd(dba)2成功催化了芳香卤代物和醇钠的C-O偶联反应7。Buchwald等人在将C-N偶联反应中的高效配体L01和L02应用于2,4-二甲基氯苯与叔丁醇钠的成醚反应中时发现，当使用L01时未能取得预料的结果，而使用L02时，得到了77的目标醚。推测原因可能在于形成C-O键时还原消除脱离金属Pd中心一步。考虑到增大配体的空间体积可能有助于加速该决速步骤，因此设计合成了一种新的高位阻配体L03。将它应用于2，4-二甲基氯苯和3,5-二甲基苯酚的反应，得到了78的目标醚。因此，在此基础上，为了适用于更多的不同取代类型的反应底物。又设计合成了一系列带有二叔丁基膦取代基的有机膦配体(L04-13)，这些配体各具优势，选择性的利用，可以高产率的合成出多种带有不同可取代基的芳基醚类化合物。此外，他们还将配体L02、03、07、08及11成功应用于分子内的C-O偶联反应，并成功用于一种抗抑郁药MKC-242的关键步骤的合成中8。2005年,Buchwald等人又报道了新的改进的含有二叔丁基膦取代基的高空间位阻的有机膦配体(L14，15)，用于钯催化的芳基卤代物伯醇或仲醇的反应中9。以3,5-二甲基溴苯与2-丁醇的反应为例，配体L114，L15比之前报道的配体L07、L09、L12等具有更好的交叉偶联产物的选择性(使用L08时，将得到的94的对称的二芳基醚的副产物)。而配体L14和L15又分别更适用于伯醇和仲醇参与的反应(图4，图5)，并且对于以往报道中不能反应的烯丙基醇也可以在较低的温度下得到较高的产率。图4图5Hartwig等人在将C-N偶联反应中的高效配体，含有二茂铁结构的双齿有机膦配体WBPF用于Pd(OAc)2催化的对叔丁基溴苯与对甲氧基苯酚钠的反应(图6)时，得到了45的目标产物。并且GCMS分析显示，DBPF在反应中会分解成FcP(t-Bu)2(L16)和PhP(t-Bu)2(L17)两个单齿膦配体，而单独分别使用二者于反应中时，前者得到了83的产物，后者只得到了不倒5的产物。并且，对于该反应，使用BINAP、DPPF及P(o-tolyl)3作配体时，均无产物生成10。配体FcP(t-Bu)2或P(t-Bu)3(L170)对于其他多种取代卤苯和酚钠或醇钠的反应都同样高效，在801lO下12小时内可以得到62-85的二芳基醚。图6为了使CO偶联反应得以在更温和的条件下进行，Hartwig等人在L16的基础上又合成了新的配体Ph5FeP(t-Bu)2(L19)，使取代卤苯与醇钠的反应可以在更低的温度，甚至室温下进行，并且反应时间也大大缩短，产率高达59-9911。鉴于C-N和C-0偶联反应具有相似的催化机理， zhang等人以Xantphos以及与Xantphos具有类似结构的DPEphos(L20)为配体，通过C-O偶联反应由溴代卟啉类化合物简单的合成了烷氧或酚氧取代的卟啉类化合物12。（图7）图7Thutcwohl等人以4-氯吲哚为原料，首次将XPHOS配体(L36)应用于钯催化的C-0偶联反应，合成了一系列4-醚化的吲哚衍生物。（图8）图8该催化体系对于带有给电子取代基的苯酚(R3=Me或R5=Me)产率较好，对于带有吸电子取代基的苯酚，产率则比较低(R5=NHAc，22；R5=NHBoc，37)，酚环上带有强吸电子取代基(R5=N02)时，反应不能发生。2005年，Beller等人开发了一类新的含氮杂环的有机膦配体(L21-26)。以对氯苯乙酮与苯酚的反应为模型考查了它们的活性(图9)。结果发现，含有高位阻取代基的配体(L22、23、24、25)具有很好的催化活性。图9使用配体L22或L24，与之前报道的含联苯结构的有机膦配体L02相比,用于芳香氯代物与酚的反应(图10)时，对于某些特定底物的反应(邻甲基苯酚参与的反应)，配体L22和L24具有更显著的优势13。图101.2.2 Cu催化的C-O偶联反应早期的Ullmann C-0偶联反应通常是在等摩尔量或大大过量的铜粉的催化下，在很高的温度(220)下实现的14。之后，通过使用特殊的铜催化剂，使铜催化的C-O偶联反应在不使用配体的情况下也可以在相对温和的条件下进行。1983年，Afzeli等人使用稳定且容易制备的苯基乙炔铜(I)催化合成了一系列二芳基醚(产率41-77)，并且对于反应活性极低的带有强吸电子取代基的对硝基苯酚的反应也得到了70-77的产率。2003年，Xia等人报道了CuIRaney Ni-Al合金共同催化的芳基卤代物与酚的C-O偶联反应，在比较低的温度下(110)对于多个底物的产率都可达9915。2005年，Ley等人报道了含铜的钙铁矿(Perovskites)催化的C-O偶联反应。通过对几种不同的钙铁矿的催化活性的比较(式1-58)，含铜的催化剂A、B和C都具有比较好的催化活性，而不含铜或钯的催化剂D没有活性。以A作为催化剂，可用于多种二芳基醚化合物的合成(产率46-90) 16。（图11）图11一些简单的铜的络合物也被用于C-O偶联反应的研究。例如，使用CuBr-SMe2络合物催化合成了一系列大环二芳基醚类化合物(如K-13、万古霉素等)：CuPF6(MeCN)4络合物可用于催化邻位含有可以与铜直接配位的取代基的芳香卤代物与酚的C-O偶联反应(图12)；由CuPF6(MeCN)4合成的八核铜簇合物作为催化剂(图13)，可用于催化取代碘苯与醇的偶联反应。图121997年，Buchwald等人首次以Cs2C03代替K2C03应用于C-O偶联反应中，使用催化量的铜络合物(CuOTf)2PhH，在较低的温度(110)下合成了各种取代及高位阻的二芳基醚(图13)。之后，Cuny等人又将铜络合物(CuOTf)2PhMe用于催化合成含有2-羟基-2-甲氧基二苯醚结构单元的天然产物17。图13除了使用特殊的铜催化剂或铜的络合物，借助于一些辅助手段(如超声波、微波)，也可以使铜催化的C-O偶联反应在没有配体的条件下得以顺利进行。早在1992年，Smith等人就将超声波辅助的方法应用于CuI催化的Ullmann二芳基醚的合成中。只需2-4 h，产率可以达到50-9718。之后，随着微波辅助有机合成方法的发展，微波辅助的手段也被引入C-O偶联反应中。在微波辅助条件下，Kim等人使用铜粉催化实现了一系列卤代杂环芳香化合物与苯酚的醚化反应(图14)；并且对于非活化的芳香卤代物也同样适用；Sruolia等人以2-羟基-5-氯-溴苯为原料，在CuCl的催化下，合成了一系列具有抗菌活性的2-羟基-二芳基醚(图15)，产率50-90，而该反应在油浴中加热100300小时的产率也只有10-5519。图14图15此外，Palomo等人将有机碱P4-But应用于Cu(I)催化的C-0偶联反应中，在100条件下成功合成了多种二芳基醚衍生物。Ren等人使用室温离子液体bmil作溶剂，在较低温度(110-130)下以CuI催化了芳基碘代物与酚的反应，但对于芳香溴代物则几乎无产物生成；Chauhan等人以离子液体bmimBF4或bmimPF6作溶剂，使用CuCl催化了多种芳基卤代物与酚盐的反应，条件温和(90-120)，速度快(8-12小时)产率高(54-90) 20。2 实验部分现有报道的研究中，Cu在作为催化剂催化偶联反应时，都要加入一定量的配体。虽然目前普遍认为配体与铜盐螯合，使其能够均匀分散于溶剂中，但配体和金属盐相互作用的具体机理不是很清楚，由此阻碍了对该反应更为深刻的认识，也给筛选更优秀的配体从而增强铜盐的反应活性带来很大的困难。正是这些原因，一定程度上阻碍了铜盐作为一种优秀的催化剂被应用到其它反应中，也成为目前铜催化反应研究的一个瓶颈。 纳米级铜盐由于其尺度效应，在溶剂分子间无规则热运动的作用下，能够均匀的分散在溶剂体系中，从而排除了配体因素对反应结果的影响，且纳米铜盐具有极大的表面积，能够大大增加底物与催化剂的接触面积，可以极大的提高催化效率。对于铜催化偶联反应的机理研究和未来的应用前景，有着极为重要的意义。正因为纳米铜盐的上述优点，目前国内外的研究者都对其在催化偶联反应上的应用表现出了极大的兴趣并展开了一系列的研究，本次实验在综合前人的基础上利用纳米级的CuI作为催化剂直接从卤代芳烃转化为酚类化合物。2.1 实验试剂与仪器2.1.1 实验仪器仪器名称型号厂家气相色谱仪SP-6890山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司旋转蒸发器RE-52AA上海亚荣生化仪器厂真空干燥箱DZF-6021上海三发科学仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱101-1上海跃进医疗器械厂迷你离心机WTL长沙湘仪离心机仪器有限公司电子天平FA2004N上海精密仪器科学有限公司循环水式真空泵SHB-郑州长城科工贸易有限公司旋片式真空泵2XZ-2临海市谭氏真空设备有限公司2XZ-1三用紫外仪2F-2上海市安亭电子仪器厂磁力加热搅拌器78-1江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司恒温磁力搅拌器90-1上海沪西分析仪器厂冰箱BCD-195荣事达尖底离心管1.5 mL爱思进医用塑料（台州）有限公司真空管线上海有机所微量进样器100L上海光正医疗仪器有限公司50L10L此外，还有一些常用的仪器未记入表中，锥形瓶、烧杯、Schlenk瓶、吸管、层析柱、硅胶板、核磁管、搅拌子、试管夹、铁架台、镊子、钥匙、温度计、玻璃棒、称量纸、密封纸等。2.1.2 实验试剂试剂纯度来源使用乙腈分析纯江苏强盛化工有限公司直接使用无水乙醇分析纯中国医药上海化学试剂公司直接使用DMF分析纯国药集团化学试剂有限公司分子筛干燥氯苯分析纯上海化学试剂有限公司直接使用PVP分析纯上海润捷化学试剂有限公司直接使用硫代硫酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司直接使用Cu（NO3）23H2O分析纯上海化学试剂有限公司直接使用间苯二甲醚分析纯Alfa Aesar直接使用碘苯化学纯上海化学试剂有限公司直接使用1，10-菲罗琳分析纯天津市科密欧化学试剂开发中心直接使用碳酸钾化学纯中国医药上海化学试剂公司直接使用DMSO分析纯江苏强盛化工有限公司分子筛干燥氢氧化钾82%上海化学试剂有限公司 碾成粉末使用Al2O3/KF超强碱90%自制直接使用溴苯分析纯上海飞祥化工厂直接使用碳酸铯化学纯中国医药上海化学试剂公司直接使用油酸化学纯国药集团化学试剂有限公司直接使用对溴碘苯分析纯阿拉丁试剂公司直接使用对碘苯甲醚分析纯Alfa直接使用对氟碘苯分析纯百灵威试剂公司直接使用对碘苯甲酸分析纯阿拉丁试剂公司直接使用对碘硝基苯分析纯Alfa直接使用邻碘苯甲酸分析纯百灵威试剂公司直接使用3,4-二甲基碘苯分析纯阿拉丁试剂公司直接使用邻碘苯甲醚分析纯Alfa直接使用邻甲基碘苯分析纯Alfa直接使用对溴硝基苯分析纯百灵威试剂公司直接使用邻溴苯甲酸分析纯Alfa直接使用邻溴苯甲醚分析纯阿拉丁试剂公司直接使用对溴甲苯分析纯百灵威试剂公司直接使用邻溴甲苯分析纯Alfa直接使用对氯溴苯分析纯Alfa直接使用2.2 反应结果呈现2.2.1 最优反应条件探索Table 1: 卤代芳烃羟化反应的优化aEntryCat. (mmol %)BaseSolventT/ Yield %b1CuI(10)KOHH2O60n.r.2CuI(10)CsOHH2O6073CuI(10)nBu4NOH 40% aq.60464CuI(np(5)nBu4NOH 40% aq.60985CuI(np(5)CsOHH2O60715CuI(np(5)Me4NOH 14% aq60796CuI(np(5)Et4NOH 22% aq60877CuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.60978CuI(np(1)nBu4NOH 40% aq.60759CuI(np(1)nBu4NOH 40% aq.808310CuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.505711cCuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.607412dCuI(10)nBu4NOH 40% aq.604213CuI(np(10)nBu4NOH 40% aq.60n.r.14CuI(np(10)nBu4NOH 40% aq.801115CuI(np(50)nBu4NOH 40% aq.804216eCuI(np(50)nBu4NOH 40% aq.804517CuI(np(50)nBu4NOH 40% aq.902718CuI(np(110)nBu4NOH 40% aq.8078a1-12用纳米碘化亚铜催化碘苯反应24h，13-17纳米碘化亚铜催化溴苯48h，根据记录，反应加入碘苯1.00mmol，溴苯1.00mmol，碱3倍底物当量，14%四甲基氢氧化铵碱水溶液（2ml/3.0eq.），22%四乙基氢氧化铵（2ml/3.0eq），40%的四丁基氢氧化铵水溶液（2ml/3.0eq.）反应24小时。b利用GC检测，并得出产率。c反应在15h内完成。0.2mol的乙酰胺加入到体系中。d40%的四丁基氢氧化铵水溶液（3.2ml/5.0eq）。n.r.=不反应，np=纳米。反应结果显示，对于碘苯：在10mmol%CuI作为催化剂、KOH作为碱在水溶液在60条件下反应24h不发生反应；而同样的在CsOH作为碱的条件下反应基本不发生；当nBu4NOH 40% aq作为碱的时候产率提高到46%。在5mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在60反应条件下反应24h产率达到98%；在CsOH、Me4NOH 14% aq、Et4NOH 22% aq作为碱时产率分别为71%、79%、87%；在2mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在60反应条件下反应24h产率达到97%；在1mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在60和80反应条件下反应24h产率分别为75%和83%。在2mmol% nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在50反应条件下反应24h产率是57%。在2mmol% nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在60反应条件下反应15h产率为74%。在10mmol%CuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱加入20mol%的二乙酰基在60条件下反应24h产率为42%。对于溴苯：在10mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在60和80反应条件下反应48h产率分别为0、11%；在50mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在80反应条件下反应48h产率为42%；在50mmol% nanoCuI作为催化剂、5倍当量的nBu4NOH 40% aq作为碱在80反应条件下反应48h产率为45%；在50mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在90反应条件下反应48h产率为27%；在110mmol%nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq作为碱在80反应条件下反应48h产率为78%。最优条件：对于碘苯，在催化量的nanoCuI作为催化剂、nBu4NOH 40% aq （2mL/3.0 eq.）在60条件下反应24h产率基本可以达到97%。对于溴苯，在nanoCuI(1.0eq.)作为催化剂、nBu4NOH 40% aq （2mL/3.0 eq.）在80条件下反应48h产率基本可以达到78%。2.2.2 反应底物拓展Table 2: 纳米碘化亚铜催化下的碘代芳烃转化为酚的合成aa 此反应在纳米碘化亚铜（2mol%）催化下，40%四丁基氢氧化铵水溶液（2ml/3.0eq.）中加热到60下反应24小时。产率是分离出的产物的。反应结果显示：对于碘苯的衍生物，当取代基为吸电子基团是产率变高，而是供电子基团是产率变小，同时空间位阻对产率也用影响一般都是使产率变小。但总体来说以上列出的几种碘苯的衍生物在最优条件下的产率都比较高，其中4-碘苯甲酸、2-碘苯甲酸的反应产率达到99%Table 3: 纳米碘化亚铜催化下的溴代芳烃转化为酚的合成aa 此反应在纳米碘化亚铜（110mol%）催化下，40%四丁基氢氧化铵水溶液（2ml/3.0eq.）中加热到80下反应48小时。产率是分离出的产物的。b10mol%的纳米碘化亚铜。反应结果显示：对于溴苯衍生物，当取代基是吸电子基团并且在对位时产率提高达到90%以上，但取代基是供电子基团是产率变低，而且空间位阻对产率也有影响会是产率变小。2.3实验步骤2.3.1 纳米碘化亚铜的制备 沉淀法制纳米碘化亚铜:将所有仪器洗净，并用蒸馏水清洗。装有回流冷凝器的三口烧瓶中加入适量的乙腈，向乙腈中通入氮气。准称超声分散下的200mg（约1.0mmol）的CuI，先溶解在30ml的乙腈中，然后向浅黄色的乙腈溶液中加20ml的DMF溶剂，得到混合溶液，常温下旋转脱溶除去乙腈溶剂，得到亮绿色的溶液。然后在剧烈的搅拌下逐滴的加入二次蒸馏水。澄清的溶液会慢慢变混浊，表明形成非常细小的颗粒，高速离心分离小颗粒，用无水乙醇多次洗涤分离得到CuI的纳米颗粒。用此方法制得的碘化亚铜由于在操作过程中的反应条件很难控制，如滴加二次蒸馏水的速度、机械搅拌的速度、反应过程中的溶氧问题等等。故制出的催化剂粒径很难达到要求，做催化剂的催化效果不理想。所以在经过一段时间的失败和总结后舍弃。 溶剂热法制备碘化亚铜:0C的冰水浴的条件下，将8mmoL（0.928g）的丁二酮肟（dmgH）溶解于100mL的无水乙醇中得到无色透明的溶液，加4mmoL的Cu（AC）2H2O（0.8g），机械搅拌，2h后加入2g的KI搅匀，转移至60ml的高压反应釜中，加无水乙醇至容积的90%处，置于160的的烘箱中反应4h，冷却离心，洗涤在60C下干燥。 此方法容易控制，反应的影响因素比较少，制得的纳米碘化亚铜颗粒比较细小，粒径符合要求，故选用此种方法制得的碘化亚铜进行催化卤代芳烃与含氮杂环类化合物的偶联反应的研究21。2.3.2文中所列图表的实验步骤Table1中所列例子的主要实验步骤主要步骤：CuI/nanoCuI(10mol%、5mol%、1mol%、2mol%、50mol%、110mol%),碘苯/溴苯( 112l, 1.0mmol), 碱 (1.0 mmol) ,加入到充满氩气的反应管中。反应管反复 抽取、填充氩气（此过程需重复三次）。在反方向的氩气流下，用注射器将配体碱 (1.0 mmol)加到反应管中。将反应管密封，于60/80/903下搅拌反应24/48h。反应完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀释，苯酚( 47.0mg, 0.5 mmol)作内标，GC测其产率22。Table2中所列例子的主要实验步骤主要步骤：nanoCuI (20.0mg, 0.05 mmol, 2mol %), nBu4NOH 40% aq. (2.0 mL/3.0 eq.)，碘代芳烃（若为固体）加入到充满氩气的反应管中。反应管反复抽取、填充氩气（此过程需重复三次）。在反方向的氩气流下，用注射器将碘代芳烃（若为液体）、TBAB(2.0 mL)加到反应管中。将反应管密封，于603下搅拌反应24h。反应完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀释，用旋转蒸发仪除去溶剂。所得残留物过柱分离提纯，得到的产物在真空干燥0.5h。Table3中所列例子的主要实验步骤主要步骤：nanoCuI (1.1g, 2.75mmol, 110mol %), nBu4NOH 40% aq. (2.0 mL/3.0 eq.)，溴代芳烃（若为固体）加入到充满氩气的反应管中。反应管反复抽取、填充氩气（此过程需重复三次）。在反方向的氩气流下，用注射器将溴代芳烃（若为液体）、TBAB(2.0 mL)加到反应管中。将反应管密封，于803下搅拌反应48h23。反应完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀释，用旋转蒸发仪除去溶剂。所得残留物过柱分离提纯，得到的产物在真空干燥0.5h。2.4预测的反应机理2.4.1 碘代芳烃可能的反应机理纳米碘化亚铜与碘代芳烃发生氧化加成得到一个中间体，然后体系中的氢氧根离子与一个碘原子进行交换得到下一个中间体然后进行还原消除，碘化亚铜脱落下来继续参与反应，而由于是个强碱性的反应体系得到的是一个氧负离子的产物，最后加入一些酸得到酚类物质。从理论上讲，氧负离子可与原料进行偶联反应，但我们最终用GC没有检测到这一物质的存在，最后我们可以推断出这个简单的体系选择性非常高。2.4.2 溴代芳烃可能的反应机理纳米碘化亚铜与溴代芳烃发生氧化加成得到一个中间体，然后体系中的氢氧根离子与一个碘原子进行交换得到下一个中间体然后进行还原消除，这时脱落下来的是溴化亚酮继续参与反应，但是由于继续反应的时候溴离子不能与体系中的氢氧根离子交换而反应停止。因此可以看出反应的产率跟催化剂的量有关。而由于是个强碱性的反应体系得到的是一个氧负离子的产物，最后加入一些酸得到酚类物质。从理论上讲，氧负离子可与原料进行偶联反应，但我们最终用GC没有检测到这一物质的存在，最后我们可以推断出这个简单的体系选择性非常高。3 结论与展望3.1 结论金属催化的有机合成反应是近年来有机化学界研究的一个热点，而铜催化偶联反应的研究开发更是热点中的热点。在这样的形势下，在文献调研的基础上，我们仔细地分析了铜催化C-O偶联反应的研究现状和存在的问题，确定了本论文的研究目标、内容和方法24。研究目标主要是拓宽铜试剂在催化C-O偶联反应的应用，解决实际问题。铜相对于钯、镍来说，它的催化活性并不是最强的，之所以铜催化要比钯、镍金属研究的更多，很大程度上是因为铜催化的价廉和无毒性。有机合成的最终目的是为了生产有用的化合物。将有机合成在越简单，越低成本，越绿色的基础上做到越高效，应该是有机化学家们追求的最终目标。研究内容：开发结构简单，成本低廉的化合物作为配体或者不使用配体，促进Pd催化的有机反应，使得反应拥有高速率、高收率的钯催化反应体系。所以，我们所做的研究就是围绕着开发铜催化的活性，能够实现卤代芳烃直接转化为酚。同时得到它们间的定性和定量的关系，揭示其催化效应，并研究其机理25。研究方法方面，把实验与理论相结合，深入理解铜催化的反应活性。通过系统的实验，有目的的寻找比较高效的铜催化偶联反应体系。相对于以前的报道,我们提供了一个更加有效的合成C-O键的方法：a、纳米碘化亚铜比其他铜盐更具有催化性能；b、有机溶剂的用量减少，使得反应体系更加环保、更加安全，也使得反应的产物更加容易分离；c、考虑到配体本身价格的昂贵、有毒性，我们也研究了无配体促进下的反应，有效的降低了成本、减少有毒有害物质的排放，使用比较简捷，使反应具备了一定的工业化应用的前景。总之，纳米碘化亚铜可以有效的催化卤代芳烃直接转化为酚的合成，这样的催化体系具有操作简便、绿色环保的好处，我们相信这样的反应体系可以在工业化大生产得到更广泛的应用26。3.2 展望当前，有机合成方法学的研究愈演愈热，而铜催化的反应作为有机合成的重要方面的研究之一，也受到越来越多有机甚至无机化学家们的关注，他们使用各种各样的办法来促进催化、提高反应产率、简化反应的步骤等等。本论文研究的纳米碘化亚铜的催化性能，是对铜催化反应一个很好的改进，同时为铜催化的反应开发其他配体提供了参考。铜催化的反应的研究工作毕竟只是有机化学、绿色化学中的一小部分，并且我们对其反应机理的研究还不是很成熟，我们面临的挑战和机遇是并存的，希望本文中列举的一些结果和分析能够起到秉承传接的作用，使纳米铜催化反应方面的研究能够更加繁荣。致 谢本论文是在XXX博士和XXX教授的悉心指导下完成的。许老师和冯老师对待工作勤奋敬业、待人处事宽容谦和、培养学生严禁不苟的精神给我留下了深刻印象，并潜移默化地影响着我的一生。他在科研上的创新意识和开放思维，使我在本课题的研究工作受益匪浅。在此，谨向他表示崇高的敬意和衷心的感谢！其次要感谢XXX学长、XXX学长、XX学姐、XX学长、XX学长、XX学长以及707的其他各位师兄师姐，他们在课题的研究中给予了我许多的意见和帮助，提出了许多开创性的想法，同时还传授了我许多实验的经验和操作方法，使我对纵向课题的研究有了较为深入的了解。同时还要感谢XXX、XX、XX等同学，他们在实验过程中也给予了我很多的帮助。最后，谨以此文献给我的父母，他们是我多年求学的动力，给予了我最无私的支持、理解和鼓励。参考文献1(a)Prim,D;Campagne,J.M.;Joseph,D.;Andrioletti,B.Tetrahedron.2002,58,2041.(b)Ley,S.V.;Thomas,A.W.Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,5400.2Ullmann,F.Bielecki,J.Chem.Ber.1901,34,2174.3Ullmann,F.Chem.Ber.1903,36,2382.4Hartwig J F.Transition metal catalyzed synthesis of arylamines and aryl ethers from aryl halides and triflates:scope and mechanism.Angew Chem,Int Ed,1998, 37(15):2046-2067.5Kunz K,Scholz U,Ganzer D. Renaissance of Ullmann and Goldberg reactions-progress in copper catalyzed C-N,C-O and C-S coupling. Synlett, 2003, (15):2428-2439.6 Olivera R, SanMartin R,Dominguez E.A novel palladium-eatalyzed inlramolecular diaryl ether formationTetrahedron Lett,2000, 41(22)：4357-43607 Mann G, Hartwig J F,Nickelvs palladium-catalyzed synthesis of protected phenols from aryl halidesJ Org Chem,1997,62(16)：5413-54188 Kuwabe S-i，Torraca K E, Buchwald S LPalladium-catalyzed intramolecular C-O bond formationJAm Chem Soc,2001,123(49):12202-122069 Vorogushin AV,Huang X,Buchwald S L.Use of tunable ligands allows for intermolecular Pd-catalyzed C-O bond formation.J Am Chem Soc,2005,127(22)：8146-814910 Mann G, Incarvito C,Rheingold A L,et a1.Palladium-catulyzed C-O coupling involving unactivated aryl halidessterically induced reductive elimination to form the C-O bond in diaryl ethers.J Am Chem Soc,1999,121(13):3224-322511 Shelby Q，Kataoka N，Mann G,et al.Unusual in situ ligand modification to generate a catalyst for room temperature aromatic C-O bond formation.J Am Chem Soc,2000,122(43):10718-1071912 Gao G-Y,Colvin A J,Chen Y,et al.Versatile synthesis of meso-aryloxy-and alkoxy-substituted porphyrins via palladium-catalyzed C-O cross-cou