（有机化学专业论文）n芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究.pdf

摘要 本论文主要研究了肛芳基炔酰胺的皇位碘环化反应，以及在含水 介质中钯催化的交叉偶联反应。亲电碘环化反应和交叉偶联反应都是有 机合成中构建新化学键的重要方法。主要研究内容如下： 1 对炔类的亲电碘环化反应的进展作了综述。从亲电环化的位置及不同 种类的亲核原子的角度详细地介绍了炔烃的亲电碘环化反应的研究 情况。另外还介绍了亲电碘环化反应的机理。 2 我们发现了一种新的分子内亲电自位环化反应合成8 亚甲基螺f 4 ，5 1 三烯类化合物的方法，在碘或氯化碘等亲电试剂的作用下，对甲基 芳基炔酰胺在温和的条件下即可被环化生成8 亚甲基螺f 4 ，5 1 三烯， 该方法具有较高的化学选择性和较好的产率。 3 我们研究了芳基炔酰胺在碘或一氯化碘等亲电试剂作用下，通过分子 内的自位碘环化反应，高化学选择性地合成了8 羟基螺f 4 ，5 z 烯和 螵【4 ，5 三烯8 酮。实验结果表明，取代基效应对化学选择性有很大 的影响。 露研究了在含水介质中交叉偶联反应的钯催化体系，合成配体 d b a b s s 【( ，n 7 之：( 4 一烯胺) 一苯磺酸钠】能够：v 啪p d ( o a c ) 2 催化的s u z u k i 幂i s t i l l e 交叉偶联反应。在p d ( o a c ) 2 和d b a b s s 同时存在 的条件下，含水介质( d m f h 2 0 = 1 2 ) 中带有各种不同亲水或疏水 取代基团的卤代芳烃可以与芳基硼酸高效地发生偶联反应。通过将碱 k o h 替换为k f ，该反应体系同样可以适用于s t i l l e 交叉偶联反应，卤 代芳烃与有机锡化合物能够顺利进行s t i l l e 交叉偶联反应。 关键词：亲电碘环化，芳基炔酰胺，螺环，p d ( o a c ) 2 ，d b a b s s ，水， 交叉偶联反应 珏 t h ed i s s e r t a t i o nd e s c r i b e st h e e l e c t r o p h i l i c p s o - c y c l i z a t i o n o f p r o p i o l a m i d e s a n dt h e p a l l a d i u m - c a t a l y z e dc r o s s - c o u p l i n g r e a c t i o ni n a q u e o u s m e d i a b o t ht h e e l e c t r o p h i l i ci p s o - c y c l i z a t i o n a n dt h e c r o s s c o u p l i n g r e a c t i o na r ea l l i m p o r t a n t m e t h o d sf o rt h es e l e c t i v e c o n s t r u c t i o no fn e wb o n d si no r g a n i cs y n t h e s i s 1 an o v e la n ds e l e c t i v em e t h o df o r t h e s y n t h e s i s o f 8 - m e t h y l e n e s p i r o 4 ，5 t r i e n e sv i ai n t r a m o l e c u l a re l e c t r o p h i l i c p s o i o d o c y c l i z a t i o no f n - ( 4 - m e t h y l p h e n y l ) p r o p i o l a m i d e sh a sb e e nd e v e l o p e d i nt h ep r e s e n c eo f i c io r1 2 ，8 - m e t h y l e n e 一1 一a z a s p k o 4 ，5 仃i e n e sw e r es e l e c t i v e l yp r e p a r e df r o m t h ee l e c t r o p h i l i ci p s o - i o d o c y c l i z a t i o no fn 心- m e t h y l p h e n y l ) p r o p i o l a m i d e s i nm o d e r a t et og o o d y i e l d s 2 w eh a v ed e s c r i b e dap r o t o c o lf o rs e l e c t i v es y n t h e s i so f8 - h y d r o x y s p i r o 4 ，5 t r i e n e sa n ds p i r o 4 , 5 t r i n e n 一8 一o n e sv i ai n t r a m o l e c u l a re l e c t r o p h i l i c , s o i o d o c y c l i z a t i o no fp r o p i o l a m i d e s aw i d er a n g eo fp r o p i o l a m i d e sw e r e t e s t e d ，a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u b s t i t u t ee f f e c th a saf u n d a m e n t a l m f l u e n c eo nt h ec h e m o s e l e c t i v i t y 3 d b a b s s n , n - d i ( p - b e n z e n e s u l f o n i c s o d i u m ) 一1 ，4 - d i z a b u t a d i e n e 】w a s f o u n dt o i m p r o v et h ea q u e o u sp d ( o a c ) 2 - c a t a l y z e ds u z u k u m i y a u r aa n d s t i l l ec r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n s i nt h ep r e s e n c eo fp d ( o a c ) 2a n dd b a b s s ， av a r i e t yo fa r y lh a l i d ew e r ec o u p l e dw i t ha r y l b o r o n i ca c i d e so ro r g a n o t i n c o m p o u n d st oa f f o r dt h ec o r r e s p o n d i n gc r o s s - c o u p l e dp r o d u c t si nm o d e r a t e t oe x c e l l e n ty i e l d i r k e yw o r d s ：e l e c t r o p h i l i c i p s o - c y c l i z a t i o n ，s p i r o c y c l i cc o m p o u n d ， p d ( o a c ) 2 ，d b a - b s s ，w a t e r ，c r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n s i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：绕每莽。移 20 0 8 年5 月1 1 日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 留。 作槲：缘彩触灶相嚣内莞。焉肌日 导师签名：彳鳓， 。日期： 20 0 8 年5 月11 日 芳基炔聚骏的亲电叁挝碘环纯反应磁究 引言 亲电碘环化反应( e l e c t r o p h f l i ci o d o c y c l i z a t i o n ) 和交叉偶联反应 ( c r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n s ) 都是在亲电试剂参与下构建新的化学键的重 要反应类型。炔烃的亲电碘环化反应产物结构单元在许多天然产物及药 物中都存在，也是重要的有机合成中间体，被广泛地用于合成工业领域， 吕益受到人们的关注。钯催化的交叉偶联反应因箕催化效率高、选择性 好、底物适用丽广、工艺成熟，已经广泛地运用于科学生产和新材料的 制各，为社会带来显著的经济效应。 近年来，随着芳基炔烃类化合物在碘和一氯化碘等亲电试剂作用下 环化成功，碘环化反应曰益成为环化反应的一种越来越重要的方法。透 过亲电碘环化反应，产物不但可以是邻位c h 键活化生成的稠环型化合 物，也可以是自位环化反应生成螺环化合物。产物中所含的碘原子和烯 键等官能团还可以继续弓l 进其他原子或基团，是一个很好的有机合成中 间体。 绿色化学也是近年兴起和发展起来的一个重要的化学领域，受此之 益，反应环境友好性及经济性成为科技创新的主要推动力，为交叉偶联 反应的发展注入了新的活力。钯催化的交叉偶联反应的绿色化主要集中 于使用绿色溶剂和催化剂的循环重复使用。水是最常用的绿色溶剂，其 优点在于其可以取代有机溶剂减少对环境的污染，降低生产成本，还能 使分离提纯操作过程简化。可以预料，随着绿色反应介质和催化剂的开 发与应用，钯催化的交叉偶联反应将会有更广泛的应用。 l 硕士学位论文 第一章炔烃的亲电碘环化反应研究进展 _ i 1 前言 新化学键的形成是有机合成的重要研究领域，特别是通过生成新 的化学键丽进行的环化反应，是天然产物以及其他有生理活性的有机化 合物合成中很重要的步骤。通常在成环反应中要构建的碳碳、碳氧和 碳氮等化学键，很多都需要使用过渡金属作催化剂，如i d 、r h 、p t 和 n i 等等，这也是一类非常重要的成环方法f l 】，已经广泛地运用于各种碳 环和杂环的合成中。以碘等为亲电试剂的亲电环化反应是最近发展起来 的构建卤代环状化合物的又一类重要的方法，不需添加任何催化剂，即 可方便、快捷、高效地生成环状化合物，因而近年来吸引了许多有机合 成工作者的注意。其所适用底物范围也在逐渐扩大，邑前主要适用于炔 烃的反应，如芳基炔烃、芳基胺炔、芳基醛炔、芳基酮炔和烷基酮炔等， 甚至部分芳基烯烃也适用。 炔烃的亲电碘环化反应，是指炔烃在碘等亲电试剂作用下，发生环 化反应生成含碘原子的环状化合物的一类反应，是近年来发展起来的一 类比较重要的化学反应类型。可用于合成卤代二氢苯并呋喃【2 】、喹啉f 3 】、 异喹啉【4 ，5 】、萘f 6 】、萘酚阐、吲哚【7 8 】、异吲哚毗喃酮1 4 】以及含硒f 9 1 0 】、硫 1 1 - 1 3 、碲瑟4 】等杂环化合物。这些化合物的骨架存在于许多天然产物及药 物中，相当一部分都具有很好的生物活性，有些还具有独特的生理功效， 如抗艾滋病湖、抗糖尿病【嘲、抗真菌【1 7 】、抗细菌感染1 1 8 , 1 9 、具有雌性激 素活性【2 0 l 、抗癌【2 1 1 2 1 、免疫抑n 2 2 】、杀虫滞】和抗过滤性原体剐等等。倘若 这类化合物中含有卤素原子，卤原子往往对化合物的生理活性起着关键 2 芳基炔酰胺的亲魄鸯毽碘环佬反应研究 性的作用【引，因而在医学上有很大的药用价值。此外，它们也是很好的 有机合成中间体，在合成化学上有很大的应用价值。 亲电环化反应使用的亲电试剂一般是碘( 薹2 ) 、二吡啶四氟碘化硼 ( i p y 2 b f 4 ) 、氯化碘( i c l ) 和n i s 等，有时也使用溴( b r 2 ) 、n b s 、和 ph s e b r 等作为引入溴原予的亲电试剂，因此生成的产物是含卤素原子的 多环化合物，一般是卤代稠环化合物，少数也生成螺环状化合物，反应 一般不需加热，条件比较温和，操作也很简便( 如图1 - 1 ) 。许多药物 中间体以及一些天然产物可以通过使用该方法较轻易地合成，为合成化 学开辟了条简洁、高效、切实可行的途径，因而有很大的发展前景。 e + e + e 在碘环化反应中一般包括了亲电加成，亲电取代和消去等基元反 应。反应的第一步是亲电试剂进攻富电子的炔烃鑫键，生成一个带正电 荷不稳定的三元烯环，这时邻位取代基上若有带有孤对电子的n 和o 等 原子易遭亲电进攻( 图1 - 2 ) ，发生亲电取代反应，再消去n 、o 等原子 上的一个取代基，生成稳定的稠环化合物；若无n 、o 等带有孤对电子 的原子时，则亲电取代发生在亲核性更弱的邻位碳原子上( 图1 - 3 ) ， 再消去一个h 原子，也生成稳定的稠环化合物；若亲电试剂进攻已取代 的碳原子时，即自位环化，产物就是螺环化合物。 3 r 瞬 硕士学彼论文 x ；0 ，嚏c ，搬 b 图1 艺 e + 朗吩 擘k 咏 在反应机理中，中闻体b 、d 已经分离褥到或通过光谱学方法观察 到，从而证实了此机理的正确性。此类反应的条件一般都比较简单，容 易操作。用1 2 、n i s 及弛s e b r 为亲电试剂时，反应只需在室温下即可，而 一氯化碘、二毗啶四氟碘化硼等强亲电试剂，通常需要置于低温下，只 是较弱的亲电试剂n b s 有时需要加热。在能源日益紧张的今天，该方法 也具有较重大的节能意义。本章以各类炔烃环化生成新键的位置为主 线，以底物类别为辅线，综述了近年来碘、一氯化碘等亲电试剂在各类 化合物的亲电环化反应的情况以及产物的结构类型研究的最新进展。 1 2 邻位环化生成稠环化合物 1 。2 1 邻位o - h 键活化环化 芳基炔在亲电试剂的作用下，发生的是芳环邻碳的亲电取代成环。 这类化合物由于分子内氧或氮等带孤电子对的杂原予距离叁键较近，不 能直接键合生成稳定的杂环，故而只能与具有离域冗电子的苯环邻碳原 子发生亲电取代反应，使芳环邻位的氢活化而消去一个氢原予。反应的 机理是由亲电试剂e + 进攻富含电子的炔叁键，形成一个不稳定的环碘乙 4 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 烯过渡态后，带正电荷的碳原子与芳环邻位的碳原子又发生亲电进攻， 使原来碳原子上的氢活化，在碱的作用下，消去这个氢原子，形成一个 稳定的六员环( 如图1 2 ) 。适用于这类反应的底物有芳基炔醚类、芳 基炔胺类、芳基炔酮等。 1 2 1 1 芳基炔醚 2 0 0 5 年b a r l u e n 辨芦】用自己发现的强亲电试剂- - p i ：啶四氟硼化碘 ( i p y 2 b f 4 ) 和强酸氟硼酸( h b f 4 ) 共同作用下，于一8 0 。c 在二氯甲烷中， 完成了对芳基炔醚的环化反应，得到的产物也是邻位取代的六员环，即 3 秧苯并吡喃，产率很高，达到百分之八十以上。该方法对烯烃也同样 能适用，生成3 碘四氢苯并吡喃。不过由于要使用剧毒的氟硼酸( h b f 4 ) ， 它的实用价值受到很大限制。 。 q j 嵩 曲- 2 0 0 6 年l a r o c k 2 l 等人报道了只以碘( 1 2 ) 或一氯化碘( i c i ) 为亲电 试剂，室温下就成功地完成了芳基炔醚的环化，不需要催化剂，所使 用的试剂毒性也较小，反应只要o 5 ，h ( i a ) 。 r 2 i 段o j i ( 式1 2 ) 该反应对底物的适应性很好，对位r l 基团可以是h 原子，也可以是 烷基或是烷氧基，甚至是通常认为具有使苯环钝化作用的卤素原子，醛 基等也有很好产率( 7 5 和7 8 ) 。r 2 取代基团为芳基、烯基和醇等， 甚至芳环上连有强吸电子的硝基( - n 0 2 ) ，也仍然有很好产率( 百分之 5 酽 太眵阪 硕士学袋论文 八十左右) ，不过对予氢原予和烷基，却未能褥到相应的产物。除芳烃 外，对稠环芳烃的萘也同样有效，只是产率稍低，苯丙炔萘醚收率不超 过百分之六十。 芳基炔醚类化合物以碘( 1 2 ) 、一氯化碘( i c i ) 等为亲电试剂的亲 电环化反应时，一般条件都比较温和，也比较简单。碘只需在室温下， 有些需要再加2 至3 倍量的n a h c 0 3 做碱即可，后处理相对比较容易，毒 性较小，对环境的污染也小。 除了碘、一氯化碘等较强的亲电试剂外，一些通常认为亲电性较 弱的亲电试剂如b r 2 、n b s 、n i s 等，甚至象p t 盐等l e w i s 酸也能使芳基炔 醚发生亲电环化反应，生成六员稠环即二氢嗽喃。s a m e 等渊人曾使用 p t c l 4 ，在二氯乙烷或王氧六环溶剂中，反应- - 4 , 时，得到了六员稠环( - - 氢毗喃) ，产率也很好，一般有百分之七十至百分之九十。张c 1 4 在此既 是催化荆也是l e w i s 酸( 亲电试剂) ，它的催化效果对含三键的芳基化 合物很适用，包括炔丙基醚，炔丙基胺，以及烷基酸酯等都能生成相应 的六员环状化合物( 三氢苯并毗喃，= 氢喹啉和异香豆素等) 。s a m e 还试探了其他催化剂，如p t ( i i ) 、p d ( i i ) 和g a ( i i i ) 盐，也有一些 预定的产物，僮产率一般都很低，而且对于炔端相连的基团适用面不广奋 叫l 一 ( 札3 ) 鼍e a 。史产艘 ( 式1 4 ) i 2 i 2 芳基炔胺 传统上，这类化合物的环化需用过渡金属催化，通常也都需要加 6 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 热。：女【1 2 0 0 6 年和2 0 0 7 年，z h u 等【2 7 】相继发表的p d 催化芳基炔胺类化合物 c h 活化成环反应，除了要催化剂p d 外，有的还要再添加助催化剂c u i ， 在较高的温度下( 1 1 0o c ) 完成反应，产率一般不高，只有百分之六十 至百分之八十。 r 2 n + 川 i r n l p d ( o a c ) 2n a o a c r d m f 。1 1 0o c p d e p p h 3 4 c u l m 2 - n 0 2 c 6 h 4 id m f 110o c 最 ( 式1 - 5 ) r( 式 然而l a r o c k l 3 等人用碘( 1 2 ) 氯化碘( i c i ) 等亲电试剂，在室温下 就轻易地将芳基炔胺环合成卤代喹啉及其衍生物，反应无需催化剂。 h g n t r 1 r 2 一h i l e l e c t r o o h i l e g f 囝2 r 1 芳环上无取代时，反应能很顺利地进行，只生成六员喹啉环。当 环上连有吸电子的基团时，效果更好。例如：间硝基苯丙炔苯胺产率有 7 9 ，而对4 苯甲酸乙酯苯丙胺则高达8 8 。此p l - ；炔端( r 1 ) 不仅适 用于芳基，烯基也可以，甚至含位阻的也很好。稠环的萘胺炔也有7 5 的产率。 不过，若芳环的对位是甲氧基( o m e ) 时，出现了一个有趣的现 象，在7 8o c ，i a 作亲电试剂，产物出乎意料生成的不再是六员环，而 是五元螺环化合物。若将温度升高至室温，此时六元环和螺环化合物各 7 硕士学缎论文 占一半。但改用碘为亲电试剂，则得到的全是六元环二氢喹啉化合物， 若再加入2 倍量的n a h c 0 3 ，则产物又全是螺环化合物。因此，可以通过 控制反应条件，就可以很轻松地得到相应的产物l 趔。 p h l 麓埝n j | 1 t f 2 1 c l ，c h 2 c 1 2 t f o ( 式1 7 ) 除用1 2 、i c l 和p h s e b r 等亲电试剂外，强亲电试剂二吡啶四氟硼化 碘( i p y 2 b f 4 ) 加强酸氟硼酸( h b f 4 ) ，也可以将芳基炔胺环化成喹啉 类化合物。 早r a nj | 嚆命 矗s i m s( 式i - 8 ) i 2 i 3 芳基炔类 1 9 8 8 年b a r l u e n g a 2 9 l 报道了以强亲电试剂一二毗啶四氟硼化碘 ( i p y 2 b f 4 ) ，在三氟磺酸作用下，成功地实现了炔键与苯环的环化，而 且产率很高。 1 b f 4 t f o h ，9 9 p h p s w a g e r 印l 将同样的方法用于多环芳烃的环化反应， 果。但美中不足的是，在芳基的对位必须有烷氧基团时， 想的结果。 8 ( 式1 - 9 ) 取得很好的效 反应才会有理 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 c 1 2 h 筠o 2 k i p y 2 b f 4 t f o h , 9 9 c ( 式1 - 1 0 ) 因为多环芳烃的合成在许多化学领域都有非常重要的应用，如在 有机合成中p d 催化环状物的合成，环化、羰基化等反应中，碘代多环芳 烃都是很重要的起始原料；也常在主客反应，液晶化学，生物化学等研 究中作为消去分子的反应平台，所以对多环化合物的合成研究是很有价 值的。l a r o c k 3 1 】以联苯芳炔为底物，用简单的亲电试剂碘( 1 2 ) 或氯化 碘( i a ) 等，在二氯甲烷( c h 2 c 1 2 ) 中很顺利地得到相应的卤代多环芳 烃化合物，对含氧和硫等杂原子的底物也依然有很好的效果。 r e + e r r = a r y l , a l k y l , t m s , q e = i , b r , p - 0 2 n c e h 4 s 。札 对于非联苯型的芳基炔，该方法也同样可以适用，生成相应的萘或 萘酚类化合物【6 】。 r 1 e + e = i ，b r 。p h s e r 1 r a r 3 9 3 = a r y l ，a l k y l ，v i n y l i c 。s i l y l ，o e t ( 式1 - 1 2 ) 9 硕士学位论文 o e + 1 2 2 邻取代杂原子环化 芳炔化合物的炔叁键在亲电试剂的作用下，形成含碳正离子的不稳 定三员环，若苯环邻位没有取代基，则带正电性的碳原子发生亲电进攻 苯环邻位的碳原子，出现c 。h 键活化。若苯环邻位有n 、o 等杂原子，由 于这些原子都含有孤电子对，供电子能力比c 原子强，所以在亲电试剂 与叁键成环生成带正电性的碳原子后，负电中心就出现在n 、o 等杂原 子上，因此第二步的亲电反应便发生在n 或o 等杂原子上，生成含这些 杂原子的杂环化合物。 1 2 2 1 邻取代氧原子环化 ( i ) 炔酚 1 9 9 9 年c a c c h i p 2 】报道了苯酚炔的碘环化反应，以碘( 1 2 ) 为亲电试 剂，n ah c 0 3 为碱，在二氯甲烷中，室温下将苯酚炔环化合成3 碘苯并 呋喃。 r i 州a h c o s c h 2 c 1 2 1 0 r i ( 式1 - 1 3 ) 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 ( i i ) 炔醚 虽然酚也可以环化，不过由于一些原料酚炔相对而言不是很稳 定，容易变质。因而l a r o c k 3 3 】等人对其做了改进，将酚转化成更稳定的 醚或酯，在相同的条件也顺利地转化3 碘苯并吡喃。 r r e + _ i c ! 1 2 p h s e c i tp - n 0 2 c 6 h 4 s c i ( 式1 - 1 4 ) 其他的亲电试剂如i c i 、p 0 2 n 吼s c l 和p h s e c l 等也能很好的发 生反应。不过这种反应除了亲电环化外，还存在另一个竞争反应快烃 的亲电加成反应。事实上这两个反应同时存在，而且与炔相连的r 基团 对到底发生那种反应有很大影响。若r 为吸电子基团，如芳基，一般为 环状产物；若r 为供电子基团，如烷基、刑s ，特别是同时在芳环的对 位还含有甲氧基类的较强的供电子效应的基团，则生成的是简单的叁键 亲电加成产物。可能是由于供电子效应使芳环与叁键容易形成连二烯离 子，而有利于炔的简单加成，不利于成环( 如图1 4 ) 。 p h o ( 图1 - 4 ) 除芳基炔醚外，杂环中的吡啶炔甲基醚和苄基醚也同样适用，而且 吡啶炔甲基醚在亲电环化时，也有环化与炔的简单加成的竞争，也与取 代基的位置和基团种类有同样的关系【3 4 1 。 ( i i i ) 炔酸和炔酯 b c l l i n a 3 5 】等人在2 0 0 1 年报道了炔羧酸的碘环化反应，但选择性并 硕士学位论文 不理想，产物通常是五元环和六元环的混合物。 ： m e n b u ，m e p h ) 。 n 原子上的取代基团不仅对消去基团的顺序有影响，而且还影响到 反应的产率，甲基正丁基等这些小体积的烷基，所得相应产物的产率最 高，一般达到9 0 以上，甚至是1 0 0 ；而大体积的环己基，则由于位阻 的原因，只有一半的收率；而苯基则是介于其间，有8 0 的产品。其他 部位的取代，对反应的影响不是很大，如苯环上不管连有是强吸电子基 团【硝基( - n 0 2 ) 或是酯1 ，还是供电予的甲基、甲氧基，产率都变化不 大，都有很好的收率：炔端的取代上，不管是芳基还是烷基，也捅差不 大，只是基团大一点，会有略微的下降。 从反应的成环视理上分析，这是亲电试剂对n 原子的反式进攻，生 成一个吲哚碘盐的中阆体，生成的亲核碘负离子( i ) 有助于n 上一个取 代烷基以s n l 或s n 2 取代，也可能是e 2 方式的消去。此外，该类反应的产 率很高，可能是褥益予以下几个因素：首先，n 原子上两个供电子的烷 基加强了n 原子的亲核性；其次，两个烷基和叁键位置取向相排斥，使 n 原予的孤对电子朝向叁键一侧，有利于带正电荷的炔环的亲电进攻； 第三，成环后生成的具有强亲核性的碘( i + ) 正离子，有利予n 上的甲 基或其他基团的脱去尊 不过，这个反应也有不足之处，只是对碘这一种亲电试剂有效，而 其他的亲电试剂象b r 2 、n b s 、p 0 2 n c 6 心s c 以及p h s e c l 等，反应都很差， 甚至根本就没有预定的产物，它们只和c - c 叁键起简单的加成反应。 若n 原子与相连的碳原子以双键结合( 如式1 2 1 ) ，剩下的h 原子 被另一基团取代，则进行亲电环化时，双键保留，两取代基团发生消去 1 8 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 反应，生成含异喹啉骨架的稠环化合物。l a r o c k 5 】以n 叔丁基烯胺为底 物，以碘等为亲电试剂比较详细地研究了这类底物的反应情况。发现碘 ( 1 2 ) 和一氯化碘( i c l ) 等通常在其他类型的化合物环合很好，但在这 类物质上却表现不佳，只有百分之三四十的产率，甚至更低，换用另一 种亲电试剂ph s e c i 时，效果有所改观( 7 6 ) ，但仍旧不够理想。改用 p 0 2 n c 6h 4 s c l 时，产率反而下降至4 7 。但换用l e w i s 酸a g n 0 3 做亲电 试剂，却出乎意料地有较大幅度的提高，达到8 2 。不过对更为活泼的 吡啶炔，碘( 1 2 ) 和一氯化碘( i a ) 却依旧有很好的效果，产率仍然可 达到百分之九十以上。总而言之，对于化学活性较弱的芳基炔类而言， 碘( 1 2 ) 和一氯化碘( i c i ) 等亲电试剂能将其顺利环化，但一般效果不 如l e w i s 酸a g n 0 3 有效，有时候也可以另一种l e w i s 酸c u i 。 e + e = 1 2 i c | h + ，肭c i ，a r s e c ( 式1 - 2 1 ) 但若所连接的基团不容易离去，在亲电进攻n 原子时，双键也可能 开裂，键合成环1 4 7 1 。 r 代土繇，。) 牟 s ob 7 7 r 精 ( 式2 ) ( i i ) 单取代 最近l a m c k n 等人将碘等亲电试剂用于邻甲酰胺苯乙炔类化合物的 环化时，发现这类反应底物只有当n 原子上两个h 中的一个被取代，反 。应才能顺利进行，否则全取代或不取代，反应都不能进行或产率非常低。 而且单取代生成的产物选择性也不是很好，有同分异构体生成，不同的 町 硕士学位论文 亲电试剂间选择性的差别也较大。p 0 2 n c 6 1 - h s c i 和p h s e c l 只得到极少量 的异喹啉酮，而1 2 、i c i 和n b s 虽然总产率很高，都有9 5 以上的收率， 但产品是异吲哚酮和异喹啉酮的混合物，特别是i c i ，两者比例接近1 ：1 ， 在这几种亲电试剂中，碘的选择性相对而言是最好的，一般异吲哚酮和 异喹啉酮的比例都在9 ：1 左右。 这类底物很多都适用这种反应，n 上的取代除甲基和苯基外，苄基 效果也很好；炔端取代不仅苯乙炔的产率有9 6 ( 8 6 + 1 0 ) ，其他的 芳基、烷基、烯基甚至t m s 都能适用，惟独h 原子取代的不反应；杂环 的炔甲酰胺，象吡啶和环戊烯也有较好的结果。 这类底物的反应机理是i + 离子首先进攻富含电子的叁键，形成一个 带正电荷的三烯环，带孤电子对的n 原子若进攻1 位炔上的碳则产物是五 员环的异吲哚酮；若进攻2 位炔上的碳，则产物就是异喹啉酮。 单取代的脂肪胺也能进行这类反应【勰】。 ( i i i ) 无取代 1 2 ，k 2 c 0 3 m e c n ，0 - 2 0 0 c ，1 4 h c o o m e o r 矗 t s n 弋 c o o m e r = p h ( 7 4 )r = 2 f u r y l ( 7 8 哟 r = 2 - t h i e n y l ( 7 6 ) r = e t ( 7 1 ) ( 图1 8 ) 芳基炔酰胺的亲电自位碘环化反应研究 若n 原子上的h 不被取代，则一般不与碘等发生亲电环化反应。要环 化一般需要加入催化剂，不过反应机理中，通常仍有将n 上的h 被取代后 再成环的过程【4 9 】。 由上图可以看出，由i 到i i ，n 原子上的h 被取代后， ( 图1 9 ) 然后n 原子 发起亲核加成，最终得到环化产物。 1 2 2 3 邻取代碳( c ) 原子环化 ? 由于苯环也是由碳原子组成，因而炔与芳环邻位取代基上的碳原子 键合并不常见，但若取代基上的碳原子与强吸电子基团相连，使碳原子 的电子云发生变化，则该碳原子也容易起化学反应。l i a n g 删就报道了 这样的反应，将连有两个强吸电子基团邻位取代的芳炔进行了研究。由 于酯的吸电子效应，使该碳成为一个亲核中心，同时也是一个亲电试剂， 当然亲电性较弱。 e 1 r t - b u o k 。t h f 。n 1 2 e 1 ，e t = - c o om e - c o o e t 。c o m e 最后得到两种产物，选择性与e 1 、e 2 及r 有关， 2 1 e 一 3 ( 式1 - 2 4 ) 若e 1 、e 2 同为甲 硬士学位论文 酸甲酯或乙酸乙酯，r 为苯基或是烷基时，产物几乎全是五元的2 型化 合物；若e 1 、e 2 同为乙酮或同为苯基，则产物几乎就全是六元的3 型 二氢萘；若e l 、e 2 不同时，得到的产物是两者的混合物。反应机理可 以用共振论和电子效应来解释( 如图1 - 1 0 ) 。 噶l 噼一一瞬 - m - - ， i ( 图1 - 1 0 ) 1 。2 2 4 邻取代其他杂原子环化 ( i ) 邻取代硫原子( s ) 环化反应 不饱和化合物的环化，无论是用过渡金属催化环化还是亲电试剂的 环化，都需要在亲核试剂上有一个很好的离去基团。但是由于硫与过度 金属的亲合力很强，尽管钯和铜的催化在合成二取代炔烃环状物被公认 为非常有效的方法，但至今还没有用该方法合成出象苯并噻吩这样的杂 环化合物。1 9 9 1 年，t a n i g u c h i 辍】及其同事想从烯基离子出发，环化合成 噻吩类化含物，但烯基离子很难得到。2 0 0 1 年，f l y n n 1 3 】尝试用碘作亲 电试剂环化芳基炔巯醚生成噻吩，获得了成功，不过由于底物合成困难， 只试探了几个芳基上含甲氧基的苄基巯醚底物，在这方面的进展仍然不 是很大。随后l a r o c k 1 1 】等人将苄基巯醚换成甲基巯醚，底物面有所扩大， 不过数量仍然不是很多，可产率特别高。以碘为亲电试剂时，炔端取代 除苯基外，烷基、烯基、烷基醇和烷基腈都有9 5 以上的产率，甚至象 芳基炔虢胺酶亲瑰叁位殃环纯反应研究 t m s 和t - b u 这类高位阻的基团同样也有将近百分之百的收率。其他的 亲电试剂，如b r 、n b s 、p 0 2 n c 6 h 4 s c l 和p h s c c i 等都能顺利进行，而 且产率一般都较高。 r 、 e 2 0 0 3 年f l y n n 1 2 1 等人继续从事苯并噻吩的合成工作，将底物扩展到 三级醇炔的芳基巯醚及烷基巯醚。并发现此类化合物亲电环纯会有两种 相互竞争的产物，但调整溶剂，选择性依然非常的好( 3 6 3 7a 、b 与d 、 e ) 。( 如图1 - 1 2 ) h qr 3r 3 r 3 r ，囝莘n 列“姒晔 p = b 锻捌，鑫l 蚓h i g h l ys e c l e c t i v ef o re i t h e r r 2 = c h 2 r 2 ( 式1 2 5 ) r e a g e n t sa n dc o n d i t i o n s ： ( a ) l - p e n t y n e ，n b u l i ，t h f ，7 8 0 ct o18o c ( b ) s a m ea s ( a ) ，e x c e p ta c 2 0i sa d d e d t or e a c t i o np r i o rt o w o r k - u p m e t h o da ：3 3 ，1 2 , ch 2 c 1 2 1 8o e ；m e t h o db ：3 4 , 1 2 ，c h 2 c 1 2 ，1 8o c ；m e t h o dc ：3 3 , i h 2 0 c h 3 c n ( 1 ：1 ) ，1 8o c ；m e t h o dd ：3 3 ，1 2 ，e t o h ，1 8o c ；m e t h o de ：3 4 ，1 2 ，d r ye t o h ，1 8 o c ( 图1 - 1 2 ) 硕士学位论文 2 0 0 6 年f l y n n 5 2 】又将取代基由原来的只有对甲氧基扩大到对甲基、 对氟、对苯、以及杂环的吡啶。 ( i i ) 邻取代硒原予( s e ) 环化 2 0 0 6 年f l y n n 5 3 1 在将炔烃巯醚亲电环化成噻吩时，同时也适用于硒 酚的合成。而且条件很简单，只需2 倍量的碘，于室温下，在d c m 中 反应半小时即可，有较好的产率( 6 0 - 8 0 ) 。不过他们只合成了末端 取代芳基的几种化合物( 如图1 - 1 2 ) 。 几个月以后，l a r o c k 约l 在二氯甲烷中将这类底物亲电环纯成了苯并 硒酚，炔烃取代基除芳烃外，长连的烷烃、环烷烃、环烯、烷基伯醇、 烷基腈都能适用，而且效果都很好，甚至高位阻的三乙基硅也有9 1 的 产率口并将亲电试剂由原来单一的仅用碘单质，范围扩大到氯化碘 ( i c i ) 、溴化硒苯( p h s e b r ) 、氯化硒苯( p h s e c l ) 、溴单质( b r 2 ) 和 n b s 等，甚至是l e w i s 酸h g ( o a c ) 2 。最近z c n i 等【9 】入，又将底物拓展 到了脂肪炔硒醚( 式1 2 5 ) 。 r 拜 g n h g n = s ，r = h ，黧参嘤赠x f s ，s e x = s e ，