（有机化学专业论文）14—环己二酮合成β羰基己二酸.pdf

摘要 通过综述固氮酶的结构、高柠檬酸和b 一羰基己二酸的合成方法，说明了本文采 用未见文献报道的合成路线合成b 一羰基己二酸，进而可以合成高柠檬酸的目的和意 义。所采用新合成路线分为五步。第一步：保护羰基。采用1 ，4 一环已二酮和乙二醇 为起始原料，经过单边保护得到l ，4 一环已二酮单缩乙醚；第二步：还原羰基成羟基 反应。以硼氢化钠为还原剂，还原1 ，4 一环已二酮单缩乙醚得到l ，4 - - 氧杂螺 4 ，5 癸烷- 8 - 醇；第三步：脱去羰基保护。1 ，4 一二氧杂螺 4 ，5 癸烷一8 一醇用硝酸铈铵进行 脱保护，得到4 一羟基环己酮。第四步：消去成烯的反应。4 一羟基环己酮在硫酸作用 下发生消去反应得到3 一环己烯- 1 - 酮。第五步：烯氧化成酸反应。高锰酸钾氧化3 一 环己烯- 1 - 酮，得到b 一羰基己二酸。采用元素分析、红外光谱、核磁共振等检测手 段对所合成的各化合物进行检测与表征。本合成路线对8 一羰基己二酸的化学合成及 高柠檬酸的化学合成研究有促进作用。 关键词：固氮酶：高柠檬酸：1 ，4 一环己二酮；b 一羰基己二酸 s y n t h e s i so fb - k e t o a d i p i c a c i dw i t h1 , 4 - c y c l o h e x a n e d i o n e 肋s t r a c t t h es y n t h e t i cr o u t eo fb - k e t o a d i p i ca c i dw h i c hn e v e rr e p o r t e da n dt h et a r g e ta n d m e a n i n go fs y n t h e s i so fh o m o c i t r i ca c i da r ci n d i c a t e db ys u m m a r i z i n gt h es t r u c t u r eo f n i t r o g e n a s e ，a n ds y n t h e s i so fh o m o c i t r i ca c i da n d6 - k e t o a d i p i ca c i d t h es y n t h e t i cr o u t e w a sd i v i d e di n t of i v es t e p s t h ef i r s ts t e pi sp r o t e c t i n gt h ec a r b o n y lg r o u p s t a r t i n gf r o m t h e1 , 4 - c y c l o h e x a n e d i o n ea n de t h y l e n e g l y c o lb yp r o t e c t i n g t h es i n g l e p o i n t , t h e 1 , 4 - d v i o x a s p i r o 4 5 d e c a n - 8 - o n ei so b t a i n e d t h es e c o n ds t e pi sr e d u c i n gt h ec a r b o n y lg r o - u p r e d u c i n g t h e1 , 4 - d v i o x a s p i r o 4 5 d e c a n - 8 - o n et o8 - h y d r o x y 1 , 4 - d i o x a s p i r o 4 , 5 】d e c , a - l i e 谢t ht h es o d i u mb o r o h y d r i d t h et h i r ds t e pi sd e p r o t e c t i n gt h ec a r b o n y lg r o u p t h e 8 - h y d r o x y - 1 ，4 - d i o x a s p i r o 4 ，5 d e c a n ew a sd e p r o t e c t e dw i t hn i t r a t ec e r i u mt o4 - h y d r o x y l c - y c l o h e x a n o n e t h ef o u r t hs t e pi sd e h y d r o l y s i n gt ot h ea l k e n e s t h e4 - h y d r o x y c y c l o h e x a n o n ew a sd e h y d r a t e dw i t hs u l f u r i ca c i dt ot h e3 - c y c l o h e x e n 一1 - o n e t h ef i f t hs t e pi s o x i d i z i n gt h ea l k e n e st ot h ec a r b o x y la c i d t h e3 - c y c l o h e x e n 1 - o n ew a so x i d a t e dw i t h p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t et ot h eb - k e t o a d i p i ca c i d a l lt h ep r o d u c t sh a db e e ni d e n t i f i e db y e l e m e n t a la n a l y s i s 、i rs p e c t r aa n d1 h n m r t h es y n t h e t i cr o u t ec a r li m p r o v eo nt h e s t u d y i n go fc h e m i c a ls y n t h e s i so f t h eb - k e t o a d i p i ca c i da n dt h eh o m o c i t r i ca c i d k e yw o r d s ：n i t r o g e n a s e ；h o m o c i t r i ca c i d ；j ，4 - c y c l o h e x a n e d i o n e ； 3 - k e t o a d i p i ca c i d d ir e c t e db y ：p r o f l i z e n g c h u n a p p ii c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：q uc h a n g m i n g( o i 芦k 曲c m i 町) ( c o l l e g eo fc h e m i s t r y , i n n e rm o n g o l i au n i v c 堪时f o rn a t i o n a l i t i e s , t o n # a o0 2 ，c h i n ) 插图和附表 1 图l 固氮酶f e m o c o 的结构图1 2 图21 ，4 一环己二酮单缩乙醚的核磁氢谱图1 0 3 图31 。4 一环己二酮单缩乙醚的红外谱图1 0 4 图4l ，4 - 二氧杂螺 4 5 癸烷一8 一醇的核磁氢谱图1 1 5 图5l ，4 - - - 氧杂螺 4 5 癸烷- 8 - 醇的红外谱图1 1 6 图64 一羟基环己酮的核磁氢谱图1 2 7 图74 一羟基环己酮的红外谱图1 2 8 图83 一环己烯- i - 酮的核磁氢谱图1 3 9 图93 一环己烯- i - 酮的红外谱图1 3 1 0 图1 03 一环己烯一卜酮的紫外谱图1 3 1 1 图1 1b 一羰基己二酸的核磁氢谱图：1 4 1 2 图1 2b 一羰基己二酸的红外谱图1 4 缩略语表 f e m o c o ( i r o n - m o l y b d e n u mc o f a c t o r ) c a n ( a m m o n i u mc e r i cn i t r a t e ) n i f ( t e t r a h y d r o f u r a n ) d m s o ( d i m e t h y ls u l f o x i d e ) d m a p ( 4 - d i m e t h y l a m i n op y r i d i n e ) d c c ( d i c y c l o h e x y l c a r b o d ii m i d e ) t f a ( t r i f l u o r o a c e t i ca c i d ) i r ( i n f r a r e d ) n 躲( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ) u v ( u l t r o v i o l e t ) 铁钼辅基 硝酸铈铵 四氢呋喃 二甲基亚砜 4 - - - 甲基氨基吡啶 二环己基碳二亚胺 三氟乙酸 红外 核磁共振 紫外 内蒙古民族大学硕士学位论文作者声明 本人声明：本人呈交的学位论文是本人在导师指导下取得的研究 成果。对前人及其他人员对本论文的启发和贡献已在论文中做出了明 确的声明，并表示了感谢。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。 本人同意内蒙古民族大学保留并向国家有关部门或资料库送交 学位论文或电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权内蒙古民族大 学可以将本人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学位论文。 作者签名：蜱 日期：型年王月上日 1 1 ，4 一环己二酮 7 高柠檬酸 o h 相关化合物编号、名称和结构式 4 5 癸烷一8 一醇 9 ( r ) 一( 一) 一高柠檬酸内酯 1 1 ( s ) 一( + ) 一高柠檬酸内酯 c y 。卜器兰孑“ u 。j 一 2 1 ，4 一环己二酮单缩乙醚 4 o h 6 b 一羰基己二酸 o 8 ( l ) 一乳酸 ：c c h h c l c h 二 1 0 ( l ) 一丝氦酸 c c c 卜 呲 0 q 。- 皑o h 节。警 r l j ， 蝌 嚼 。芹芍洲一。 1 3 丙二酸乙基叔丁基酯 15 ： 1 1 0 z c c 0 2 h 1 4 6 一甲氧羰基一b 一羰基戊酸乙酯 o o 16 3 - 2 一羟基乙基- 2 - 羟基环戊一2 一烯酮 1 7 ( 5 r ) 一1 ，7 - - 氧i t 4 4 壬烷一2 ，6 - - 酮 1 8 2 一羟基一2 一羟乙基一戊二酸二甲酯 0 。：，0 ，0 t 。一、一 1 9 d 苹果酸 h o h o h 3 c o o q - 等 h o j 一 2 0 三甲基乙醛 2 1 ( 2 r 。4 r ) 一2 一叔t 基一5 一( 羧甲基) 一1 ，3 - l j 氧环戊一4 一酮 o o h 2 2 ( 2 r 4 r ) - 2 - 叔- j - 基- 5 - r 基一5 一( 羧甲基) 一i ，3 一二氧环戊一4 一酮 0 一， o 令。夕 r ( o h o h 枞 撇x 2 3 2 一羟基- 2 - r 基一丁二酸2 4 原儿茶酸 o h 2 6 2 8 洲 酚 瑚 删 命：洲审峨一肼命 器黼洲 叹絮( 糊 伽 凇 。 妒一伽审饼一旺 内蒙古民族大学硕士学位论文 1 前言 1 1 固氮酶及固氮酶的结构 固氮酶的固氮作用对地球上氮循环的维持是必不可少的m ，是自然界实现氮循 环的主要环节啪。生物固氮是生命科学中的重要研究课题之一嘲，它为植物特别是粮 食作物提供氮素、提高作物的产量、降低化肥用量和生产成本m ，但是，不是所有 的生物都有固氮能力。固氮酶是某些微生物在常温常压下固氮的主要因素，它能将 生物体无法直接利用的分子氮转化成可以利用的氨态氮( n i l 。) 而且不需要象工业 合成氨过程那样消耗大量的能源，不降低土壤的活性，不污染环境，对农业可持续 发展和环境保护将会产生深远的影响嘲。近几十年来化学模拟生物固氮研究一直是 国际生物化学和化学界的研究热点，早在7 0 年代，我国化学家卢佳锡和蔡启瑞等 人，就参与固氮酶活性部位研究，分别先后提出了厦门模型和福州模型，在8 0 年 代又提出了根瘤菌固氮酶活性中心是铁钼簇合物的假说m 。 1 9 6 0 年，c a r n a h a n 等人m ”，成功地建立了具有稳定固氮活性的无细胞提取物的 方法。1 9 6 5 年，m o r t e n s o n 等人n 首先确定了固氮酶是双组分酶复合体。固氮酶是由 钼铁蛋白和铁蛋白组成的，这两种蛋白单独存在时不呈现固氮活性，只有两者形成 复合体后才具有还原氮的能力。铁钼辅因子( f e m o c o ) 是固氮酶的活性中心，它是 由美国人s h a hz ”：从钼铁蛋白中分离得到的。 f e m o c o ( 铁钼辅基) 的生物合成表明，高柠檬酸是其构成的必要物质n 帕，是固氮 酶铁钼辅基的重要组成部分n 5 1 ，人们认为固氮酶中的f e m o c o 是络合氦分子将其还原 为氨的活性中心n 町，6 0 年代以来，固氮酶f e m o c o 的研究已取得了多次突破和进展， 1 9 9 2 年r e e s 等人“”l ，用x 光衍射技术，先后解析了a v i n e l a n d i i ( 0 2 9 n m 分辨水 平) 和c p a s t c u r a n i u m ( 0 3 0 n m 分辨水平) 的钼铁蛋白及其f e m o c o 和卜簇的三维结 构，揭示了铁钼辅基m o f e ：s ，( r ) 一高柠檬酸的本质。如图l 。h o o v e r ”岫等对f e m o c o 研究时发现，f e m o c o 体内的v 因子即为高柠檬酸，然而迄今为止尚未有从纯化的 f e m o c o 中得到含高柠檬酸的直接证据，有人认为，这是在f e m o c o 纯化过程中丢失高 柠檬酸的缘故侧。这一发现，给化学模拟生物固氮研究提出了化学合成高柠檬酸及 以其为配体进一步研究合成钼铁硫高柠檬酸配合物的任务。 图1 固氮酶f e m o c o 的结构图 2 c h 2 c o o 2 1 ，4 - 环己二酮合成b 羰基己二酸 1 2 高柠檬酸的合成方法 有关高柠檬酸的合成国内外研究总结如下： ( 1 ) 1 9 6 9 年t u c c i a e 、c e c i ，ln 用丙二酸二乙酯合成了b 一羰基己二酸二酯，然后 用氰化物加成，水解得到了高柠檬酸圳。 ( 2 ) 1 9 9 6 年g a s t 6 nh 、r o d r i g u e zr 和j e a n f r a n c o i sb i e l i m a m 分别以( 一) 一l 一 乳酸和( 一) - l - 丝氨酸为起始原料，经过亲双烯体的合成、热的d - a 反应、臭氧化 反应、最后经过酸性水解合成了目标产物阻”。 漭 c h 3 一獬 旃一h 吒天 8 h 久 f ，n h 2 0 h 1 0 ： r 刚：h i 1 0 ， _ - _ _ - 2 h a 一c 像搿一 ( 3 ) 1 9 9 7 年李增春、徐吉庆改进了t u c c i ，a e 、c e c i 。l n 的方法合成了高柠檬酸。 以丙二酸一乙酯为起始原料，在三个方面进行改进：以丙二酸乙基叔丁基酯代替 丙二酸二乙酯。改变催化条件，采用高效催化剂4 一二甲基氮基吡啶( d m a p ) 使叔 丁醇在二环己基碳二亚胺( d c c ) 存在时，在室温下发生酯化。在此基础上进一步 合成了d 一甲氧羰基一b 一羰基戊酸乙酯。把高柠檬酸脱水成内酯，在乙酸乙酯中重 结晶得到白色晶体滔一。脱水得到高柠檬酸内酯产品的样品提供给总部设在瑞士的 联合国敦科文组织支持的国际分子多样性保护组织( m p d i ) 留存，并提供给国内相 火课题升p ”研究使用。 内蒙古民族大学硕士学位论文 3 一_ _ - _ 一 1 2 1 3 1 2 e ! ：翌：坚! ! 0 ：) c o u h ( l ! 坚竺呈圣 一e t 0 h 竺生竺! 竺竺竺：! 竺! ! ：兰三- o s p , l e o t ( 。c 喵( 。h e c o c i e 百丽赢矿 1 4 o o ( 4 ) 1 9 9 7 年r a c h a e la n d if f 、a n d r e wt 、r u s s e ll 和a d a mj ，s a n d e r s o n 用折 分柠檬酸衍生物的方法合成了( r ) 一( 一) 一高柠檬酸内酯恤：。 哗c o a x 1 5 m c o h r n u _ _ _ _ _ - - _ - _ - i - - _ _ l 。_ 。 l ) 1 4 0 s ：c 0 批 舯i c ，h p t s v m c n h 2 - i _ - _ _ l _ _ _ - _ i _ _ _ e 1 0 i c r y s 冽t i s cx 2 ( 2 0 7 , ) p 【l 蝣h a ， 州m e ： r t ( 8 5 鼍l 舶v 嗍3 o 2 nh a _ _ _ - 。- _ _ - _ - _ _ _ - _ 。卜 4 1 ，4 - 环己二酮合成b 一羰基己二酸 回o u l y lo , l o , k l c 艮t 7 抽l 伽喁) 伍) 伽北e 岭n 绷喁弭h a 陡h _ _ 一 黜瓤7 撕 7 0 ， a x n o 僻：h ：o 2 ：j 丸t 3 6 k 韶) ( 5 ) 2 0 0 0 年g u o x i a n gm a 和d a v i dr j ，p a l m e r 以d 一苹果酸为起始原料合成了高 柠檬酸内酯，总产率是1 2 。采用三甲基乙醛对d - 苹果酸进行保护。用烯丙 基溴做亲电试剂和含有两个锂的烯醇化合物进行烷基化反应。羧基进行酯化反 应。烯烃硼氢化反应。脱保护基，最后得到高柠檬酸三钠盐。 t - b u u - - - + y 0 洲 - 矿- q ( 6 ) 2 0 0 4 年a n n ep a ji 、t o n i sk a n g e r 、t s n i sp e h k 、m a r g n sl o p p 等用对映体选择 性反应合成了高柠檬酸内酯汹一。a n n ep a j i 等研究一系列酮的不对称氧化反应时发 现，当有s h a r p l e s s 催化剂( 酒石酸、四异丙氧基钛、过叔丁醇体系) 存在时，可 以对各类烯丙醇进行高对映选择性氧化，得到环状或者螺环状手性化合物的单一对 映体。产物被进一步氧化，将得到手性多元酸的单一对映体。 1 6 0 c 0 0 h + 。：f ，0 ： 。- - h ! c o c c ：、7 1 71 8 衣一 蝴 c c ： 内蒙古民族大学硕士学位论文 5 啼。u 。- - ，, c o c o o o hh ( 7 ) 2 0 0 5 年p e n g f e ix u 、t s n g o s h im a t s u m o t o 、y a s u h i r oo h k i 和k a z u y u k i t a t s u m i d e n g 等以d 一或l 一苹果酸为起始原料，合成了高柠檬酸内酯阳，。用三 甲基乙醛保护d - 苹果酸的一个羧基。在l i n ( s i m e 。) ：和t h f 存在时将温度控制在 - 7 8 c ，使之成为含锂的烯醇化合物，用3 一碘丙酸酯代替烯丙基溴当作烷基化试剂， 温度为一5 ，反应1 0 h 。脱保护，在三氟乙酸条件下，保护基很容易去掉。分别 得到产率为3 2 和3 3 的( r ) 一( 一) 一和( s ) - ( + ) 一型的高柠檬酸内酯。 1 92 0 il i n f s i m b l ，1 2e q i h f 一7 8 。c - - 一一4 1 2 ：r x 3 ：15nh c j 。 o f 坐pen警tarwr e u x 。弛 。 。p 二 9 8 0 、o h 2 1 9 。 5 0 。t f a 。翟o h 。 h o v 0h o 、多o h 咿r 、甜h o 、o 丫。“、，、。 o - , - o h o 乙j 1 3b 一羰基己二酸合成 从文献报道来看，8 一羰基己二酸是合成高柠檬酸的中间体。在高柠檬酸的合成 中，用化学方法合成b 一羰基己二酸是本文原目标合成高柠檬酸的必要步骤。以往文 献报道的都是生物合成法。 ( 1 ) 1 9 4 8 年k i l l y 首次报道了b 一羰基己二酸是细菌新陈代谢的产物一”。 ( 2 ) 1 9 4 9 年r y s t a n i e r 、b p s l e e p e r 、m t s u c h i d a 以生物法合成了b 一羰 基己二酸嘲。 0 h 够 o 如 洲 6 1 4 一环己二酮合成b 一羰基己二酸 h o ( 4 ) 1 9 5 4 年w r s i s t r o m 和r y s t a n i e r 以邻苯二酚为起始原料，通过细菌氧 化、水解得到了b 一羰基己二酸叫。 ：一e 翟立s 答业。黧一。蒜 电最【】二暑奄上 c ，c 厂c h v 了ivi 譬v 伽旦 充职b 扩 ( 6 ) 1 9 9 2 年s f n i s h i n o 以氯苯为起始物，用生物法合成了b 一羰基己二酸1 。 面一& 一蚤：一爸滕一s 答 斗o rc o o h - 。r c 洲 f 7j 2 0 01 年c v a l l in a c h i v a r 、 g s u s e e l ar a j a k u m a r 利川7 t - 化法降解n a v i t a nf a s t 明t 罱 衄占一6 l l 一 9 。 = h 伽审甜 内蒙古民族大学硕士学位论文 7 b l u es s r 得到了b - 羰基己二酸m ，。 眦b 一寸n 一一叩寸 n a v i t a nf a s tb lu cs 5 r c o 佣 o b 今佣一o 呻0 2 冬，c 0 0 0 朔 ，_ 一c h ( 8 ) 2 0 0 6 生l e v a l l in a c h i y a r g 生物降解8 苯胺基一1 - 萘磺酸，得到了b 一羰基己二酸m 1 。 嘲 $ o j l 。-芩：一d 9 0 g 2 f 譬嘴乳 n卅adhoh n a l - 、( ) 卜 oh o + 一：；t 曙j 一t p i ij i p 目；一“1 i 。：r 。hl 二r 甲柏 | ! 二，0 。l 0 h ， 要 1 4 课题选择与研究目的 1 4 1 研究目的 选择新的合成路线，用化学方法合成b 一羰基己二酸以便进一步合成高柠檬酸。 1 4 2 新的化学合成路线。 本文以1 ，4 一环己二酮为起始物，经过保护、还原、脱保护、消去、氧化五步 反应合成b 一羰基己二酸。具体合成路线如下： 以l ，4 一环己二酮为起始物，环己烷为溶剂，在酸性条件下( 对甲苯磺酸) 与7 _ , - - - 醇反应得到1 ，4 一环己二酮单缩乙醚( 化合物2 ) o _ 一删刚当 2 令。 8 1 4 一环己二酮合成b 一羰基己二酸 l ，4 一环己二酮单缩乙醚与硼氢化钠发生还原反应，生成1 ，4 一二氧杂螺 4 ，5 癸烷- 8 - 醇( 化合物3 ) 。 5 3 一环己烯一卜酮与高锰酸钾、高碘酸钠发生氧化反应，生成1 3 一羰基己二酸 ( 化合物6 ) 。 l d l n o _ i o o h o h 1 3 一羰基己二酸与氢氰酸加成，酸解， 0o h n 1 1 0 i 生成高柠檬酸( 化合物7 ) 。 o h h t ih 2 i ) 7 l l 6 。 内蒙古民族大学硕士学位论文 9 2 实验部分 2 1 仪器 x - 4 数字显示显微熔点测定仪 k q - 2 5 0 b 型超声波清洗器 r e 5 2 c s 旋转蒸发仪 h a n g p i ngf a 2 0 0 4 电子天平 d h g 一9 0 7 0 型电热恒温鼓风干燥箱 s h z 真空循环水泵 h h 一4 数显恒温水浴锅 b r u k e r4 0 0 u l t r s s h i e l d 核磁共振仪 n i c o l e t - 5 7 0 0 红外测试仪 2 4 0 0 系列i i 型碳氮硫氧元素分析仪 2 2 试剂 1 ，4 一环己二酮( 分析纯) 环己烷( 分析纯) 对甲苯磺酸( 分析纯) 乙二醇( 分析纯) 无水碳酸钠( 分析纯) 无水甲醇( 分析纯) 硼氢化钠( 分析纯) 乙酸乙酯( 分析纯) 氢氧化钠( 分析纯) 氯化钠( 分析纯) 乙腈( 分析纯) 硼酸( 分析纯) 硼砂( 分析纯) 硝酸铈铵( 分析纯) 无水硫酸镁( 分析纯) 硫酸( 分析纯) 碳酸氢钠( 分析纯) 高锰酸钾( 分析纯) 无水乙醚( 分析纯) 硫酸q 旷铁f 分析纯j 北京泰克仪器有限公司 昆山是超声仪器有限公司 上海亚荣盛华仪器厂 上海天平仪器厂 上海精宏实验设备有限公司 、巩义市英峪予华仪器厂 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司 美国v a r i a n 公司产 美国n i c o e t 公司 美国p e r k i n - e l m e r 公司 上海善岛化工有限公司 天津市凯通化学试剂有限公司 沈阳市华东试剂厂 天津市大茂化学试剂厂 沈阳市东兴试剂厂 天津市瑞金特化学品有限公司 上海艺林物资有限公司 天津市大茂化学仪器供应站 天津市永大化学试剂开发中心 天津市永大化学试剂开发中心 天津市凯通化学试剂有限公司 北京朝阳化工厂 长春市试剂厂 天津市瑞金特化学品有限公司 上海试剂四厂 天津市东丽区天大化学试剂厂 天津市永大化学试剂丌发中心 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市大茂化学仪器供应站 天津市净【通化学试剂丫r 限公司 1 0 1 4 一环己二酮合成b 一羰基己二酸 高碘酸钠( 分析纯) 丙酮( 分析纯) 过氧化氢( 分析纯) 天津市永大化学试剂开发中心 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市凯通化学品有限公司 2 31 ，4 一环己二酮单缩乙醚的制备嗍 【1 ，4 - d v i o x a s p i r o 【4 司d e c a n 8 - o n e 将1 ，4 一环己二酮于4 5 c 下干燥2 4 h ，除去结晶水。取l ，4 一环己二酮1 3 4 4 g ( o 1 2 m 0 1 ) 、乙二醇7 4 m l ( 0 1 3 t 0 0 1 ) 、环己烷5 0 r a l 和对甲苯磺酸( 一水合物 0 0 5 9 ) 分别加入到1 5 0 r a l 的圆底烧瓶中，按装分水器蹬”、冷凝管( 干燥管) ，回流 到生成2 2 m l 水( 理论值) ，停止加热。在室温下冷却，用2 0 m l l o n a o h 的水溶 液洗涤，l o m l 水洗涤5 次，用无水碳酸钾干燥，过滤，减压蒸馏嗍，静止放置， 析出针状晶体，真空干燥后得8 0 2 5 7 9 晶体。产率4 2 8 7 。熔点：7 0 7 2 。元 素分析，c r h ：0 ；实测值：c6 1 3 8 ；h7 4 0 。理论值：c6 1 5 4 ；h7 6 9 。h n m r ( c d c l 。) ， 6 ( p p m ) ：2 1 0 ( 4 h ，m ，- c - c h 2 - c - c o - ) ，2 5 8 ( 4 h ，m ，一c o - c h 2 - c 一) ，3 9 9 ( 4 h ，m ， 一o c h 2 一c h 2 一o 一) ：i r ( k b r ) ：v m a x c m 。2 9 0 0 ( c h 2 ) ，1 7 0 1 ( c = o ) 。 一一。i1|-一一 _ r 1 下r 1 i 。 t 1 删tt t r 一1 r t 一r 。1l r - ：一，_ ? 1 - r 一1 卜 3 ：0 l 3 图21 ，4 一环己二酮单缩乙醚的核磁氢谱 f0 ， i 一一 幽：，1 i 一环己二倒单缩乙隧的红外滑幽 内蒙古民族大学硕士学位论文 2 41 4 二氧杂螺 4 5 癸烷- 8 - 醇的制备m 一嘲 【8 h y d r o x y 1 ，4 - d i o x a s p i r o 4 , 5 d e c a n e 称取1 ，4 一环己二酮单缩乙醚7 8 9 ( o 0 4 9 m 0 1 ) ，加入到1 5 0 r a l 三颈瓶中，再 加入4 5 m l 甲醇。在冰水浴下，缓慢滴加2 4 9 硼氢化钠、5 m l 甲醇和5 m l1 氢氧 化钠的混合溶液，滴加完毕后，在室温下搅拌4 , 一5 h ，然后在冰水浴下，缓慢滴加 6 0 r a ll m o l lh c l 水解，水解时反应剧烈，伴有大量的热放出。用3 0 m l 乙醚萃取咖 三次，合并乙醚萃取液，依次用3 0 m l 水、3 0 m l5 n a , c 0 ，、3 0 m l 饱和食盐水，分 别洗涤咖三次。减压蒸馏。静止放置有晶体析出。得到白色针状晶体4 0 3 4 4g ，产 率5 1 0 7 。熔点：6 6 6 8 。元素分析，c ，h 6 如实测值：c 6 0 5 4 ；h8 9 1 。理论值： c6 0 7 6 ；n8 8 6 。 矾m r ( c i ) c l s ) ，6 ( p p m ) ：2 0 1 ( 4 8 ，m ，- c - c h 2 - c - c ( o h ) 一) ，2 4 5 ( 4 h ，m ， 一( h o ) c c h ：- c ) ，3 2 5 ( h ，s ，o h ) ，3 7 9 ( 4 h ，鸭- 0 - c h ：c h 2 - 0 - ) ，4 4 9 ( h ，m ， 删( 0 h ) 一) ；i r ( k b r ) ：v m a x c m - 12 9 0 0 ( c h ：) ，3 4 5 0 ( o h ) ，与图3 不同之处是1 7 0 1 处 的羰基峰消失，说明羰基被还原。 了 s善2l o 图41 4 - - 氧杂螺 4 5 】癸烷一8 一醇的核磁氢谱 茎| i ；：i 二，、j f - j 一，。 。一、。w ，j ，v j ；l 毒l 簟l ? ? 毫i l ，7 浮 薹垂协 一 瓠 4 潲蜓 2 5 4 一羟基环己酮的制备呻侧 【4 h y d r o x y c y c l o h e x a n o n e 将称取l ，4 一二氧杂螺 4 ，5 癸烷一8 一醇3 1 6 9 ( 2 0 m m 0 1 ) ，加入到2 5 0 m l 三颈瓶中， 在加入6 0 r a l 乙腈，再加入p h - - 8 的硼酸盐缓冲剂6 0 m l , 搅拌、加热到6 0 7 0 ， 同时加入硝酸铈铵2 7 2 9 ( 5 0 m m 0 1 ) ，溶液变为淡黄色，搅拌继续加热2 5 m i n 在室 1 21 。4 - 环己二酮合成8 一羰基己二酸 温下冷却，用3 0 r a l 乙醚萃取三次，合并乙醚萃取液，用m g s 0 4 干燥、过滤、减压 蒸馏，室温下静止放置，有淡黄色晶体析出。得到2 7 8 9 晶体，产率8 8 。熔点： 5 3 5 5 。元素分析，c 6 h 。如，实测值：c6 2 6 9 ；h8 4 5 ：理论值：c6 3 1 6 ：h8 7 7 。 h n m r ( c d c l 3 ) ，60 p m ) ：1 9 5 ( 4 h ，m ，一( h o ) c - c h 2 ) ，2 4 5 ( 4 h ，m - c 弋h 2 - c o - ) ，3 6 l ( i h ，s ，- o h ) ，4 3 l ( 1 h ，m - c - c h ( o h ) - c 一) ：i r ( k b r ) ：v a a x c a - 13 3 8 6 ( o h ) ， 1 7 0 4 ( c = o ) 。 。一|lh t3zii 图64 - - 羟基环已酮的核磁氢谱 三|i 一一一r 、p j 。，厂铡。 ，； 一。一一一、a确? “i 。 - ； j !f ih 蠢。，、f镰弧；差!，j ； 誊_ 豁 2 63 一环己烯- 1 - 酮的制备m 【3 - c y c l o h e x e n - 1 - o u e 称取4 一羟基环己酮3 5 4 9 ( 0 3 1 m m 0 1 ) 加入至u 2 5 m l 圆底烧瓶中，再加入l o m l 丙 酮，量取5 m l7 0 硫酸加入圆底烧瓶中，回流3 0 分钟，冷却，用5 m l 乙醚萃取三次， 合并乙醚萃取液，加5 m l n a h c 0 3 、水分别洗涤三次，干燥有机相，对剩余液进行蒸 馏。收集l - 7 0 9 馏分，产率4 8 。沸点：1 5 2 1 5 4 ，产物略带有香味。元素分析，c 6 h r o 实测值：c7 4 5 3 ：h8 5 3 ：理论值：c7 5 0 0 ；f l8 3 3 。h n m r ( c d c l ：- ) ，6 ( p p m ) ：2 4 2 ( 2 h ， i i , 一c o c c h ：- c = c - ) ，2 8 0 ( 2 h ，m ，- c - c h ：- c o 一) ，3 3 9 ( 2 h ，m ，- c = c c h 5 - - c o - ) ，5 7 0 ( 2 h ， i n , - c h = c h 一) ，7 2 7 ( c d c l ：。溶剂残留质子的6 值) ：i r ( k b r ) ：v m a x c m 3 0 3 0 ( c h z = c h ? ) ， 1 7 2 5 ( c - o ) 与文献 6 1 相同。2 一环己烯- i - 酮的羰基峰在1 6 8 0 ，与文献 6 2 相同。其 红外谱图与谱库中2 一环己烯一卜酮的匹配度为7 7 3 4 。u v ，入m a x n m ：2 1 0 ( 六元环酮) ， 3 3 0 ( 丙酮溶刺的剪切点) 2 一环己烯一卜酮含有共轭双键，会在2 4 5 n m 处出现i 吸收峰。 内蒙古民族大学硕士学位论文 1 3 一 l量 i j i 7 5， 2 lo 图83 一环己鸯一卜酮的核磁氢谱 茎一一 缈r ! 量 图93 一环己爝一卜酮的红外谱图 圈1 03 一环己烯一卜酮的紫外诺图 一f 1 。 专 。o jo 叠哼 霉r 2 7b 一羰基己二酸的制备呻圳 b - k e t o a d i p i ca c i d l 在5 0 0 m l 三颈烧瓶中，加入6 0 m l 丙酮和3 一环己烯一卜酮4 o g ( o 0 4 2 m 0 1 ) ，冰 浴冷却，在0 c 时由滴液漏斗滴加已配好的k m n 0 4 溶液 将k m n 0 4 0 3 2 9 ( 0 0 0 2 t 0 0 1 ) 溶于4 0 m l h ，o 和4 0 m l 丙酮中) ，控制滴加速度，使反应混合物温度保持在o 1 0 之间r ，滴加完毕后，在此温度下再滴加n a l 0 4 水溶液( 将n a l 0 44 5 0 9 溶于1 0 0 m 1 h 2 0 中) 使氧化反应完全并使m n o ：沉淀凝结。用玻璃棒蘸滴反应混合物点到 ，_2，：尊 1t；， q - ， 0 1 一 一q 嘻 ； t 兰 ：j ： 1 4 1 4 环己二酮合成b 一羰基己二酸 滤纸上做点滴试验。如有高锰酸盐存在，则在m n 0 2 点的周围出现紫色的环，可加 入少量的固体n a h s 0 3 直到点滴试验呈负性为止咖。抽滤混合物，并用少量水冲洗 反应瓶和滤渣三次。减压蒸除丙酮和大部分水，用热乙酸乙酯( 约4 5 c ) 2 0 m l 分别 提取三次，合并提取液减压蒸除乙酸乙酯至约l o m u ) ，放入冰箱内( 约一2 0 c ) ，3 0 m i n 后有白色晶体析出c ，卜州。产量1 o g ，产率1 5 0 。元素分析，c 6 h 8 0 5 实测值：c4 4 0 3 ； h5 6 1 ；理论值：c4 5 0 0 ；h5 o o 。因溶剂乙酸乙酯未被除尽，产物中含有乙酸 乙酯的杂质，所以元素分析误差大。h n m r ( c d c i 。) 6 ( p p m ) ：2 2 ( 2 h ，m ，- - c 0 - c - c h 2 - c o o h ) ，2 6 5 ( 2 h ，m _ c 呲h 2 - c - c o o h ) ，3 5 9 ( 2 h ，s ，- c o - c h ：- c o o h ) ，1 1 ( 2 h ，s ，- c o o h ) ； 7 2 7 ( c d c l 。溶剂残留质子的6 值) 。i r ( i ( b r ) ：v m a x c m - 13 4 4 8 ( o h ) ，1 7 4 0 ( c = o ) ， 2 9 4 0 ( c h 2 ) 。 li o 1 3l o9l 7 s432lo 图1 1b 一焘基己二酸的核磁氢谱 圈1 2b 一羰基2 - - - 酸的红外语图 3 结果与讨论 合成化和物1 ，4 一环己二酮单缩乙醚时，以固体l ，4 一环己二酮和乙二醇为 起始物，环己烷为溶剂，利用乙二醇与l ，4 一环己二酮的摩尔比为1 3 ：1 2 ，达到单 边保护的效果。反应时有水生成。文献 5 0 中曾采用苯做溶剂，但是苯有毒t 对人 内蒙古民族大学硕士学位论文 1 5 有害，因此，采用环己烷代替苯做溶剂，达到同样结果。在分离提纯过程中，利用 结晶的方法将大量杂质除去。将母液进行浓缩回收，可以提高反应产率，采用多 次重结晶操作可以确保产物的纯度。 合成化合物l ，4 一二氧杂螺 4 ，5 癸烷一8 一醇时，利用硼氢化钠对未被保护的羰 基进行还原，避免了用氢化锂铝时将保护基团也还原的情况。参考文献 5 4 5 6 的 方法，将硼氢化钠溶于甲醇、1 0 氢氧化钠的溶液中，降低硼氢化钠与1 ，4 一环己 二酮单缩乙醚反应的剧烈程度。达到比较好的还原效果，减少了副反应的发生。还 原结束后，用l m o l l 盐酸溶液进行酸解，酸解时会剧烈放热，应在冰水浴下缓慢 滴加盐酸。产物的红外光谱显示没有羰基的吸收峰出现，说明羰基被还原，也说明 在用l m o l l 盐酸溶液进行酸解时保护基团没脱掉。 合成化合物3 一环己烯- 1 - 酮时，以7 0 硫酸做为氧化剂，对4 一羟基环己酮 进行分子内脱水制备3 一环己烯- 1 - 酮，避免了使用浓硫酸导致炭化严重和副反应 多。苯的部分加氢法存在催化剂制备成本高和苯的污染问题。 合成化合物b 一羰基己二酸时，采用文献 7 3 的方法，用碱性的k m n 0 4 溶液 氧化3 一环己烯- 1 - 酮，没有得到目标产物，因为碱性的k m n 0 4 溶液使羰基键和碳 碳双键同时断裂了。本文以丙酮作溶剂，使催化量的k m n o 。在中性条件下氧化化 合物3 一坏己烯一卜酮的碳碳双键得到邻二醇，再滴入化学计量的高碘酸钠水溶液， 不仅氧化生成的二氧化锰成为k m n 0 4 ，减少l 蝴n 0 4 的用量，而且使邻二醇断裂生 成b 一羰基己二酸。 4 展望 本文采用新的化学路线合成高柠檬酸，b 一羰基己二酸是合成高柠檬酸的重要 中间体，在后续合成中可以采用氢氰酸加成反应来实现，在分子中增加一个碳原子 完成高柠檬酸的合成。作者曾对此合成进行尝试，由于时间关系，未能进行独立表 征，希望能有机会完成此项工作。 1 4 一环己二酮合成b 一羰基己二酸 参考文献 1 李鹏光生物产氢研究进展【明厦门大学学报，2 0 0 4 ，4 3 ：1 5 9 1 6 5 2 幕光彬固氮酶作用机理研究【j 】南宁师专学报，1 9 9 8 1 ：1 0 0 一1 0 4 3 王华荣糖蜜草内生固氮茵分离鉴定【j 】生态学报，2 0 0 6 ，2 6 ：2 5 6 5 2 5 7 1 4 沈世华中国生物固氮研究现状和发展【j 】科学通报，2 0 0 3 ，4 8 ( 6 ) ：5 3 5 5 4 0 5 朱文祥等固氮酶和化学模拟生物固氮【j 】化学教育，