（有机化学专业论文）碘催化下合成酯的研究.pdf

中文摘要 i 暑青=_mi n _ii iii i 宣i i i i 中文摘要 本文以碘为催化剂，采用不同的酯交换试剂分别与正丁醇反应，考察了催化 剂用量、反应时间、酯醇物质的量之比、反应温度对生成的酯的收率的影响，确 立各反应的优化条件。实验表明，碘能有效地催化酯与正丁醇的酯交换反应，酯 交换反应的活性次序为：乙酸乙烯酯、乙酸苯酯、乙酸苄酯、乙酸叔丁酯、乙酸 乙酯、乙酸烯丙酯、丙烯酸乙酯。 乙酸乙烯酯的高效作用可能源于它在碘的催化作用下能形成六元环状活化中 间体，以及酯交换反应因产生乙醛而导致的总反应不可逆性；乙酸苯酯及乙酸苄 酯作为酯交换反应产率较高，这可能是与苯环能与碘一起辅助c o 单键的断裂过 程有关，该作用由于c - o 单键端与碳连接的官能团较大而较容易断裂；乙酸叔丁 酯的酯交换反应效率较高可能也与产物叔丁醇在反应条件下快速分解过程有关， 该过程破坏酯交换反应的热力学平衡，导致反应向正向进行。碘催化的有机反应 具有条件温和、操作简单、环境友好、价廉易得及高效性等优点。 关键词：碘；催化剂；酯交换 黑龙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t i o d i n e c a t a l y z e dt r a n s e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n sw e r es t u d i e du s i n gn - b u t a n o la n d e s t e r si nt h ep a p e r , t h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r es c r e e n e db yt h ee x p e r m a e n t so f r e a c t i o nc o n d i t i o n ss u c ha si o d i n ea m o u n t , r e a c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r e ，t h er a t i oo f e s t e ra n da l c o h o li nc o r r e l a t i o nw i t ht h ey i e l do fn - b u t y la c e t a t e i tw a sd i s c l o s e dt h a t m d i n ew a sa l le f f i c i e n tc a t a l y s tf o rt r a n s e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n sa n dt h er e a c t i o na c t i v i t y d e c r e a s e di nt h eo r d e ro fv i n y la c e t a t e ，p h e n y la c e t a t e ，b e n z y la c e t a t e ，t e r t - b u t y la c e t a t e ， e t h y la c e t a t e ，a l l y la c e t a t e ，e t h y lp r o p e n a t e t h eh i g ha c t i v i t yo fv i n y la c e t a t em a yd u et oi t sh e x a c y c l i ct r a n s i t i o ns t a t ew h i c h c o m p o s e db yi o d i n e ，c a r b o n y la n dd o u b l ec a r b o nb o n d , a n di r r e v e r s i b l er e a c t i o nw h i c h w a sa r i s e nf r o mv i n y la l c o h o la sat r a n s e s t e r i f i c a t i o np r o d u c tc o u l dc o n v e r ti n t oa c e t i c a l d e h y d ef a c i l e l y t h eh i g ha c t i v i t yo fb e n z y la c e t a t ea n dp h e n y la c e t a t ew a sp r o b a b l y r e l a t e dt ot h a tb e n z e n er i n ga n di o d i n em a k et h ee s t e rb o n db r e a k i n ge a s i l y t h eh i g h a c t i v i t yo ft e r t - b u t y la c e t a t em a yo w et ot h er e a c t i o ni r r e v e r s i b i l i t yo ft e r t - b u t a n o l d e c o m p o s e do nt h ec o n d i t i o no fh e a t i n gw h i c hb r e a k st h et h e r m o d y n a m i ce q u i l i b r i u m o ft r a n s e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n s t h e s er e s u l t sc l e a r l yi n d i c a t e dt h a ti o d i n ec a t a l y z e d r e a c t i o n sw e r ec h e a pa n dc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ea n dp r o c e e d e df a c i l e l y , m i l d l y , c l e a n l y ， i l l1 1 i g hy i d d sa l o n g 、v i mh i g hc h e m o k e y w o r d s ：i o d i n e ；c a t a l y s t ：t r a n s e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n s - - 黑龙江大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨蕉婆太堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。 学位论文作者签名：j 习晕趸 签字日期：1 刀如年月胡 学位论文版权使用授权书 本人完全了解墨蕴堑太堂有关保留、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 人授权墨蕉堑盍堂可以将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、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。 学位论文作者签名：7 虱绐友导师签名：刮p 事 签字日期：洌汐年乡月了日 签字日期： 1 1 0 年月il 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第1 章绪论 m mm m m_l 1 1 引言 第1 章绪论 酯是有机化学中重要的中间体或酰化保护基，通常酯的合成是酸碱催化下羧 酸、羧酸酐或酰卤和醇反应制备f 1 - 3 】，但存在毒性、污染、多官能团化合物的反应 选择性较差以及副反应等缺点。酯交换作为一种温和的合成酯的方法由于反应可 逆【4 】【5 1 难以高效反应，但各种酸性、碱性( 包括胺类) 催化剂、分子筛、酶类能对 酯交换反应起催化作用 6 1 。碘【7 】是一种紫黑色的具有金属光泽的块状固体或片状晶 体，在水中微溶而易溶于有机溶剂。在元素周期表中碘处于第v i i a 族第四周期，由 于较大的原子半径及多电子层结构，碘的d 及p 轨道可与其它原子的亚轨道相互作 用，体现出较软的l e w i s 酸碱性能，在溶液中碘能与含兀或t 1 电子的电子给体形成 电荷转移配合物【8 1 【9 l 。近年来碘作为一种温和的i _ a 谢s 酸催化剂在催化有机合成领 域中应用广泛，该类型的反应具有条件温和、易于操作、反应的产率高或选择性 高、反应过程稳定、环境友好、原材料价廉易得等优点，对于绿色化学、合成化 学以及新型催化反应的研究具有重要的意义。 1 2 碘催化的有机反应 碘催化的有机反应具有价廉易得、操作简单、温和、清洁、高效及高选择性 等优点，广泛应用于亲电反应、亲核反应、多组份反应以及其它涉及复杂官能团 化合物的合成反应中，在环境友好化学合成、复杂化合物合成及选择性合成领域 具有应用潜能。 1 2 1 碘催化酯的合成与分解反应 传统的酯的合成多采用质子酸催化，常用少量浓硫酸或浓磷酸催化，存在碳 化脱水等副反应、对设备存在腐蚀性以及反应时间较长等缺点。2 0 0 2 年k a i m a l 等 1 0 1 报道碘催化下醇与羧酸的酯化及酯与醇的酯交换研究，反应在回流温度下进行， 各种类型的羧酸，包括饱和、不饱和、含羟基的羧酸及二羧酸，都能与醇类反应 生成酯，酯的产率最高接近于定量产率，而各种同系列的酯都能与醇顺利进行酯 交换，并且醇的反应活性为：伯 仲 叔醇。在本催化反应条件下一定量的水不影 响酯化或者酯交换反应的顺利进行，这一点与传统的酯化或者酯交换反应不同，在 传统的酯化或者酯交换反应中，水阻碍酯化反应正向进行或者说导致产物酯的水 解。此外k a i m a l 研究组还发现碘催化下苯甲酸难以与醇发生酯化反应，但碘催化 下苯甲酸酯却易于与醇类酯交换。 近年来出现把烯醇的酯用作酯交换反应的试剂的研究，主要有乙酸乙烯酯及 乙酸异丙烯酯，该类型试剂的重要性在于酯交换的产物之一是烯醇，它能互变异 构为稳定的醛酮类化合物，从而使反应不可逆而导致酯交换反应的高效性。2 0 0 6 年s a i k i a 等报道1 1 1 用乙酸乙烯酯作为试剂与各种醇类进行酯交换反应研究，醇类包 括脂肪醇、苄醇或烯丙醇等，反应在碘催化下于室温条件进行，伯醇和仲醇转化 率较高，叔醇的转化率较低，只有1 8 ，而酚几乎不反应，反应过程中试剂分子结 构上的其它不饱和键在反应中不受影响。酯交换反应实质上是酯基的选择性交换， 在s a i k i a 等的研究成果中乙酸乙烯酯作为酯交换试剂的重要性实质上在于酯交换 产生乙醛，使反应不可逆。而s a i k i a 等认为碘的作用在于与乙酸乙烯酯的羰基及双 键形成六元环状过渡态( s c h e m e1 1 ) ，该过渡态能使羰基显露，更易于被烷氧基亲 核试剂进攻。 + l 噼一r 7 了沙洲一s c 几乎与s a i k i a 等报道的同时，另一个研究组l i e r 等报道【1 2 】使用乙酸异丙烯酯作 为乙酰化试剂的研究，反应涉及对醇、胺及酚的乙酰化，该类反应使用碘作为催 化剂在8 5 - - 9 0o c 进行，其中各种脂肪醇及芳香醇都能酸异丙烯酯与高产率地反应 第1 章绪论 生成相应醇的酯，醇底物结构上的其它官能团如卤素、烷氧基、羰基及双键等都 官能团在反应过程中不受影响保持不变，该类型的反应属于一中高化学选择性的 方法。l i e r 等认为碘是通过极化乙酸异丙烯酯而起催化作用的，同时由于反应平衡 中的产物之一异丙烯醇能转化为更稳定的丙酮，导致反应能几乎不可逆地向正向 进行( s c h e m e1 2 ) 。 么只+ b l 么艚1l 一 。 r 从+ 人+ 1 2 s c h e m e1 - 2 碘催化下羧酸酐与醇的酯化反应研究也有报道，2 0 0 4 年h u m a n 报道【1 3 1 用碘催 化乙酸酐与醇反应制备酯，反应在室温下进行，不超过1 2r a i n 反应完全，伯醇、 仲醇、叔醇、苄醇及苯酚都能近定量地形成相应的乙酸酯，而醇结构中的其它官 能团如氯、双键或三键等都不受反应条件的影响。2 0 0 5 年b i s w a s 等1 1 4 】引用该方法 进行纤维素的乙酰化改性研究，反应在1 0 0 下进行，1 0m i l l 即完成反应。b i s w a s 等认为碘是通过与羰基氧配合而活化羰基起催化作用的。2 0 0 7 年b i s w a s 等的进一 步实验【1 5 1 表明在室温、碘催化条件下使用乙酸酐酯化纤维素的所有羟基需要1 2h ， 同年r c n 等1 印使用离子液体作为预活化的介质以削弱纤维素分子里羟基之间的相 互作用，在碘的用量为1 5 ( m 0 1 ) ，1 0 0 c 反应半小时，最高有8 3 的麦草半纤维 素的羟基被乙酰化。l i u 等报道【1 7 1 在离子液体中甘蔗渣纤维素与琥珀酸酐的酰化反 应研究，发现反应主要发生在纤维素羟基所在的c 2 、c 3 及c 6 位置，所得的产 品与原来的纤维素相比，热稳定性较差。 酸酐对醛亲核加反应能形成偕二酸酯，1 ，1 二乙酸酯通常由醛和乙酸酐在质 子酸催化下反应得到，但存在的缺点是副反应多、时间长、存在腐蚀性等问题。 该反应可使用碘作为催化剂【1 9 1 进行，反应在室温下进行，具有反应时间短且产率 高的优点，其中芳香醛、脂肪醛以及卢不饱和醛等都能与乙酸酐顺利反应，对硝 基苯甲醛及肉桂醛等能接近定量地反应生成1 ，1 - 二乙酸酯( e q 1 ) 。 黑龙江大学硕士学位论文 r - c l i o + a c e o 而10 函m 0 1 赢1 2 r c h ( o a c k ( e q 1 ) r t 。0 2 2h 。9 9 ，1日。、 碘催化合成内酯的研究也有报道，1 9 9 6 年k i m 等p o 用碘催化少戊烯酸分子内 内酯化反应得到高收率的丁内酯，该反应在室温下二氯甲烷中进行，同时检测到 在反应体系中存在痕量的碘代产物。2 0 0 8 年y a d a v 等洲同样在室温下的二氯甲烷 中使用碘催化2 - ( - - - 甲基硅氧基) 呋喃与芳香醛类反应合成含乒硅氧基取代的卢不 饱和妒丁内酯( e q 2 ) ，产物具有对映异购体选择性，其中顺反异构体产物的比例为 7 ：3 ，反应总产率高达8 0 - - , 9 0 。 镊o t m s + p h c h o 器等卧 o s y “a = t i 。7 3 ( e q 2 l 碘催化下酯的分解也有报道，2 0 0 6 年l o k h a n d e 等阎报道碘催化下烯丙基型酯 的分解反应研究，反应在二甲基亚砜( d m s o ) 中进行，反应温度为1 3 0 ，反应时 间1 0 - - - 3 0r a i n ，反应过程中其它的官能团如硝基、烷氧基、卤素及双键等不受影响， 该方法适用于芳香族和脂肪族羧酸的烯丙基型酯的去酰化保护。l o k h a n d e 等依据 在反应过程中只有在使用d m s o 为溶剂时才发生去酰基形分解，而在使用醇、醚、 苯或二氯甲烷等其它溶剂时反应不分解而相反却生成烯丙基酯的实验事实，推断 在本反应过程中碘和d m s o 之间存在某种形式的协同作用。2 0 0 6 年y a d a v 等固1 报道 碘催化下叔丁醇的酯的水解过程，反应在乙腈中于回流温度下进行，反应时间4 5h ，分解反应的产率高达8 5 - - - - 9 2 ，在本方法中酯底物结构中的其它官能团如硝 基、酰胺基、苄基的酯基、醚键、双键、n - b o e 等不受影响。在2 0 0 3 年d a s 等渊报 道用碘催化的乙酸芳基酯的分解是一种高选择性的脱乙酰基的方法，反应在甲醇 中于室温下进行，反应过程中除乙酰型官能团外的其它的酯基、内酯基或醚键等 都不受影响。 1 2 2 碘催化下缩醛酮类的反应 羰基的一种重要的转变是形成缩醛( 酮) 类化合物，同时缩醛( 酮) 也是化学反 玲 第1 章绪论 应过程中羰基的一种重要的保护形式。通常缩醛( 酮) 的形成与分解常使用质子酸 催化【2 5 之7 】，该方法由于反应时间较长并且反应温度较高，对于多官能团羰基化合 物结构上的特定基团的反应选择性反应存在影响，敏感基团在反应过程中可能会 分解破坏及同时参与反应，这导致保护反应的复杂性及产率降低。2 0 0 5 年b a n i k 等【2 田用碘催化羰基化合物反应形成乙二醇型缩醛( 酮) ，反应在室温下进行，各种溶 剂对反应的区域选择性的影响较小，羰基底物中脂肪族及芳香族醛( 酮) 的反应性都 很好，而光活性的苦杏仁酸或乳酸与醛( 酮) 形成缩醛( 酮) 的反应具有较高的立体选 择性，其对映异构体选择性c i s t r a n s 高达9 ：1 。2 0 0 8 年r 髓等f 2 9 】在碘催化形成缩醛( 酮) 的体系中引入含p e g 嵌段的离子液体作为反应介质，7 , - - 醇与醛( 酮) 在室温下缩 合，该方法具有产率高、催化体系可循环、绿色环保的特点。碘催化下缩醛( 酮) 的分解为醛( 酮) 的反应也有报道，2 0 0 4 年h u 等【3 0 】报道发现碘催化下缩醛( 酮) 的去保 护可在丙酮中于室温下进行，缩醛与缩酮的反应活性相当，环型及非环型缩醛( 酮) 都能定量地还原为醛( 酮) ，反应中缩醛( 酮) 基团外的其它官能团如双键、羟基、酯 基、醚键及呋喃基等不受影响，该反应可看作是碘催化下的缩醛( 酮) 与丙酮的一种 缩醛( 酮) 的交换。 碘催化的硫缩醛( 酮) 化反应也有报道口1 1 ，相对于酸催化方法【3 2 】，碘催化的硫缩 醛( 酮) 化可在室温下反应，具有反应时间短、副反应少、化学选择性较高等优点， 该方法在醛、酮官能团同时存在时选择性优先形成硫缩醛，在脂肪酮和芳香酮同 时存在时选择性优先保护脂肪酮。2 0 0 1 年f i r o u z a b a d i 等【3 3 j 发现碘催化下不仅脂肪族 及芳香族醛酮能与二硫醇或硫醇顺利变成硫缩醛( 酮) ，o ，d - 及o , s - 缩羰基化合物也 能与二硫醇或硫醇发生交换而顺利地转变成硫缩醛( 酮) ，反应在室温下进行，产率 最高达9 6 ，在本反应中氯仿、二氯甲烷、苯、正己烷等都可以作为反应的良好溶 剂。2 0 0 5 生i z z a h o u i l y 等1 3 4 】采用磷酸盐负载碘作为催化剂催化羰基在室温下形成缩硫 醛( 酮) 类化合物，反应产率及化学选择性较高，底物的反应活性按照醛 酮 酯的 顺序递减。 黑龙江大学硕士学位论文 1 2 3 烯丙基的亲核取代 2 0 0 4 年y a d a v 等f 3 5 】用碘催化环状烯丙基乙酸酯与烯丙基( 或炔基) 三甲基硅烷 反应( e q 3 ) ，反应使用5 ( t 0 0 1 ) 的碘催化，在二氯甲烷中于室温下进行，取代 环烯烃的产率7 0 9 0 ，而开链型烯丙基乙酸酯及饱和型环烷基乙酸酯都不能发生 相似的反应。碘催化下1 芳基炔丙醇也能与炔基三甲基硅烷进行【3 6 】类似的亲核取 代形成二炔类化合物( e q 4 ) 。2 0 0 7 年s r i h a r i 等 3 7 1 用5 ( m 0 1 ) 的碘催化1 芳基炔丙 醇与醇、酚及茚哚亲核取代( e q 5 ) ，反应使用乙腈作溶剂，在1 0 室温下的温 度区间进行，反应在4 5 m i n 内完成，1 芳基炔丙醇的芳环含给电子基有利于反应。 i 憾 r 、i 介i o il r o h + 八 一s o r l一s 卜- 詈詈詈 一r 。o i 1 2 r l c h 2 c 1 2 1 2 。r t c h 2 c 1 2 + 二i r 1 0m 0 1 1 2 , r l r c i c h 2 c h 2 c i y i e l d8 0 - 9 7 r n u r 1 r r 锄3 ) r ( e q 4 ) y i e l d8 5 9 5 n u h2a 埘la l c o h o l ，p h e n o l ，柚i l e ，2 。n a p h t h o l ，i n d o l e 5 ) 2 0 0 5 年y a d a v 等f 3 8 1 使用5 ( m 0 1 ) 的碘催化烯丙基三甲基硅烷对n 酰化奎宁环 烯丙基化，反应的选择性很好。2 0 0 8 年r a o 等【3 9 1 用5 ( m 0 1 ) 的碘催化烯丙醇类化 合物与1 ，3 二羰基化合物进行2 位烯丙基化( e q 6 ) ，该反应以二氯甲烷为溶剂于室 温搅拌1 - - - 1 8h 完成，反式产物的产率最高达9 9 。二氯甲烷为反应的最佳溶剂， 在其它介质中如苯、甲苯、t h f 、乙腈、水等产率降低。 第1 章绪论 m mm mm m i_ o o ooo h r ，u r 2 + r 3 姒r 4 r 2 ( e q 6 ) 1 2 4m i c h a e l 加成 m i c h a e l j j i l 成是在碱性催化剂作用下，碳负离子对富电子体系( 主要是肛不饱 和羰基化合物) 的共轭加成，m i c h e a l 力l l 成是形成c c 键、c s 键、c - n 键等的有效方 法，主要的问题在于敏感基团易于副反应，不饱和羰基化合物易于聚合。 2 0 0 2 年y a d a v 等【4 0 】用碘催化烯丙基三甲基硅烷对卢不饱和酮进行1 ，禾加成， 反应在室温下的二氯甲烷中进行，1 ，4 功成产物产率高达9 0 。2 0 0 3 年j i 等【4 1 1 在乙 醇中用1 0m 0 1 的碘催化吲哚与萨不饱和酮于室温下进行共轭加成，反应和1 2h 完成，肛取代吲哚的产率最高达9 6 。2 0 0 5 年b a n i k 等1 4 2 报道吲哚与烯酮的m i c h a e l 加成，反应不使用任何溶剂，仅需在室温下搅拌1 0 - - v 3 0m i n 艮o 完成反应，反应产率 4 6 - - - 8 5 。2 0 0 5 年y 如研究组【4 3 】用碘催化吡咯或吲哚与肛硝基苯乙烯进行m i c b a e l 加成，反应在乙醚中于常温下进行，产率高达9 9 ，该反应的速度与卢硝基苯乙烯 所带的取代基有关，如果该取代基是给电子基则反应时间延长；与吲哚相比吡咯 由于亲核性较强反应更快。同2 0 0 5 年y a o 研究组【删在不使用溶剂的情况下用碘催化 硫醇与卢不饱和羰基化合物进行1 ，4 - 力口成，反应在常温下进行，产率高达9 7 ， 2 0 0 6 年该研究组发现【4 5 1 当卢不饱和酸的伊位没有取代基时易于形成m 加成物，并 且该碘化物与过量硫醇不能发生取代反应，这说明该类型的h i 加成物不是反应的 中间体。 2 0 0 7 年d a s 等【4 6 】用5 m 0 1 的碘催化吡咯与户不饱和酮进行共轭加成( e q 7 ) ， 反应在乙腈中于室温下进行，反应产率7 4 , - - - , 9 1 ，通过控制卢不饱和酮的用量可 控制反应产物而得到单取代或双取代吡咯，n 取代吡咯氮上的吸电子基不利于反 应。 黑龙江大学硕士学位论文 + r l r o ，氐八r 2 雨1 2 , i t r 2o r = h m e ，c o p h ；r 1 = h ，p - c j h 4 ，m e o c 6 h 4 ：r 2 = m e ，e t , p h ( e q 7 ) 2 0 0 5 年l i u 等h r j 4 9 使用超声波辅助胺类或吲哚与1 ，4 萘醌共轭加成，反应使用 1 0m 0 1 的碘催化，在室温、无水乙醇中进行，产物为2 氨基- 1 ，4 萘醌或2 - ( 3 吲哚 基) 一l ，4 一萘醌，产率最高达9 5 ，该反应包含共轭加成的产物被另一分子1 ，4 萘醌的 氧化过程。 1 2 5 氨基对醛酮的亲核加成 2 0 0 4 年b 锄i l 【等1 4 叼报道伯胺与二酮进行k n o 玎p a a l 反应合成n 烷基吡咯8 ) ， 反应使用1 0m 0 1 l 拘碘催化，可以使用t h f 或二氯甲烷作介质或者不用溶剂，脂肪 胺及杂环胺都能顺利进行反应，而芳香胺的反应时间稍长。 r 1 n ”r 2 h 即百1 2 r 4o r 3 义卜 z oo 占1 r 1 _ = h ，c h 3o rp h ( e q 8 ) 2 0 0 5 年p a w a r a 等t 5 0 1 用1 0m o m 的碘催化邻二酮与邻苯二胺合成喹喔啉衍生物 ( e q 9 ) ，反应以d m s o 为溶剂于室温下进行，反应t t v - 间3 5 , - v , 7 0r a i n ，产率8 5 - - 9 5 。 同年y a o 研究组【5 1 1 发现在碘的最佳用量为l ot 0 0 1 的情况下，极性溶剂如甲醇、乙 腈等有利于该反应进行，反应在3 0i n i n 内完成，若碘的用量减少则反应时间响应延 长。 三x + ：d r 上三1 ，页羚n r 2 0 0 7 年y a d a v 等【5 2 】用碘催化4 羟基脯氨酸与靛红反应，反应在醇中于7 0 t 2 下 第1 章绪论 搅拌5 5 - - - 2 6 0m i n 完成，产物为3 ( 1 吡咯基) 吲哚2 一酮( s c h e m e1 3 ) ，产率6 0 9 2 。 在该反应中4 羟基脯氨酸选择性地与吲哚环的3 位羰基缩合，同时吲哚结构中苯环 上的吸电子基不利于反应。2 ，3 吲哚二酮及其碳环类似物也能进行本报类反应，但 羰基增多后反应活性降低，该反应包含失羧形成含亚胺的两性离子中间体的过程。 1 2 + t - b u o h h i +b b u o i o h i h h 0 2 气 + 臼h 旦 l h o o h s c h e m e1 - 3 1 2 6 取代三甲基硅烷的亲核加成 2 0 0 2 年y a d a v 等1 5 3 】用碘催化氰化三甲基硅烷与酮进行亲核加成，反应在室温、 二氯甲烷中进行，反应时间2 0 - - 4 0m i n ，含氰基的三甲基硅基醚产物的产率8 2 - - - 9 2 ，芳香酮和有位阻的酮都能高效地进行反应。2 0 0 3 年s a e e n g 等【5 4 j 报道碘催化的 炔基三甲基硅烷与对己烯糖进行加成消除z q 1 0 ) ，反应在二氯甲烷中于室温进行， 炔基倾向于形成伽位c 苷键。 o a c 孚肚r 吼埘 1 2 7 羟醛( c r o s s a l d 0 1 ) 缩合 众+ r - - c h o r o r n 21 o f 2 ( e q 1 1 ) 2 0 0 6 年d a s 等嗍报道碘催化下芳香醛与含a ：- h l 均酮进行交叉羟醛缩合( e q 11 ) ， 反应使用用量达3 0m 0 1 的碘，在二氯甲烷中于室温下进行，羟醛缩合产物的产率 8 7 , - - , 9 5 ，肉桂醛、糠醛以及各种取代的苯甲醛都能顺利反应，但芳香醛环上含取 黑龙江大学硕士学位论文 代基时反应活性降低。 1 2 8f r i e d e l - - c r a f t s 反应 传统的f r i e d e l - c r a 舡反应是在l e w i s 酸( a 1 c 1 3 ，f e c l 3 ，z n c l 2 等) 或h f 等质子 酸催化下亲电试剂对芳环的烃基化或酰基化，一般需要在惰性溶剂( 如硝基苯， 氯苯) 中较长时间加热完成，反应中存在着重排、连串等副反应，造成目标产物 产率降低及分离提纯困难。2 0 0 7 年y a o 等【5 6 】报道苯乙烯型化合物对含富电子型芳烃 的烃基化( e q 1 2 ) ，该类反应使用3 - - - 2 0m 0 1 的碘催化，毋须溶剂加热进行，产率 最高9 9 。 r 酣 1 2 + ( h e l ) a 卜h1 广r ( e q 1 2 ) 而w a n g 等【5 7 1 同年报道碘催化下芳烃与氯化亚砜反应合成二芳基亚砜，反应在 常温、无溶剂条件下进行，碘的最佳用量5m 0 1 ，二芳基亚砜的产率8 6 - - - 9 6 ，产 物以对位取代为主，在对位被占据后选择邻位取代。2 0 0 8 年w a n g 等【5 8 】报道无溶剂 及加热条件下苯甲醇对对含富电子型芳烃的苄基化，反应最高使用2 0m 0 1 的碘催 化，苄基化产物的产率最高9 0 。 1 2 9 杂环化合物的亲电反应 吲哚甲烷类化合物因其生物活性受到药物化学及生物化学家的关注，2 0 0 3 年 b a n d g a r a - 窨1 5 9 】报道碘催化下吲哚与醛( 酮) 反应形成双吲哚甲烷类化合物 q 1 3 ) ，碘 的用量为1 0m 0 1 ，反应在乙腈中仅需1m i l l 即接近定量地完成，脂肪醛( 酮) 、卢 不饱和醛( 酮) 和芳香醛都能高效反应，但芳香醛( 酮) 带吸电子基时的反应活性降 低。 + r ，几0r 2 熹蠢 ( e q 1 3 ) 第l 覃绪论 2 0 0 3 年j i 等【删使用碘催化吲哚与芳香醛缩合，反应在室温、无溶剂条件下1 0 m i n 完成，产率6 2 - - - 9 1 。2 0 0 8 年m o n d a l 等【6 l 】在比较3 吲哚甲醛与取代吲哚反应制 各吲哚甲烷的研究中发现，碘的催化活性远大于其它金属l e w i s 酸( a 1 c 1 3 ，f e c l 3 ， s n c h ，i n c h ，( n h 4 ) 2 c e ( n 0 3 ) 6 ，z n c h ，酸性蒙脱土) ，在碘催化条件下仅需5m i n 反应 转化率即达到8 5 ，极性溶剂如异丙醇或甲醇等有利于反应，作者认为金属l e w i s 酸易形成配合物而使催化活性降低。y a o 等t 6 2 1 报道碘催化下1 取代吲哚与肛不饱 和醛( 酮) 反应形成= - - 哼1 哚化合物，反应使用1 0m 0 1 的碘，以乙醚作溶剂于室温下 搅拌2 h 完成反应，三吲哚基烷化合物的产率7 7 - 9 0 ( e q 1 4 ) 。 r 4 i r a i c h 。+ r v 人r 2 k ( e q 1 4 ) q i n 等【6 3 1 用等物质的量的碘催化n 叔丁基亚砜基亚胺与吲哚偶联制各双吲哚 甲烷( e q 1 5 ) ，反应在乙腈中室温下搅拌4 - - 一6h 完成，双吲哚甲烷类产物的产率一 般高于9 0 ，仅当亚胺碳上带2 呋喃基时产率( 51 呦较低。 o r 、 + k n c ( c h 3 ) 3 、h d a s 等f 碉用碘催化伊萘酚与醛反应制备在1 4 位取代的苯并氧杂葸( e q 1 6 ) ，反 应不使用溶剂于9 0 c 反应2 5 h ，碘用量为2 0m 0 1 ，反应产率8 2 - - - 9 5 。但2 0 0 7 年p a s h a 等【6 5 】报道苯酚和仿萘酚却不能进行上述类型的反应。 2 9 了洲h 。去 2 0 0 7 年k i d w a i 等【吲用1 0t 0 0 1 的碘催化4 羟基香兰素与芳香醛反应， ( e q 1 6 ) 反应在 驳 黑龙江大学硕十学位论文 1 0 0 * c 的水中进行，反应时i 司1 0 - - 4 0r a i n ，产物为亚甲基偶联的4 - 羟基香兰素( e q 1 7 ) ，产率9 1 - - - 9 9 。 2 o 一。土( 瓯摹a ， o h o h ( e q 1 7 ) 2 0 0 8 年l u c a s 等【明用微波辅助碘催化吡咯与苯甲醛反应，反应在二氯甲烷中搅 拌几分钟即完成，经柱分离得到四苯基卟啉产物的产率为3 5 - - - 4 7 ，这是合成卟啉 环的一种新方法。 l i u 等【6 8 】用碘催化含烯丙基型乙酸酯对n 烷基吲哚的环烯丙基化，反应使用5 m 0 1 的碘在二氯甲烷中室温搅拌进行，产物主要为3 烃基化产物。认为碘通过与 烯丙基形成碘缝而起作用( s c h e m e4 ) ，吲哚结构中苯环上的取代基对该反应没明显 影响，而氮上含吸电子基时，反应时间延长。 o a c5 p 瓜人寺p 稀 r t l il i s c h e m e1 - 4 a d a p a 等【6 9 1 用碘催化二碳酸二叔丁基酯对各种伯、仲胺常温下进行n b o c 化保 护，反应过程中羟基、巯基、羧基、内酯环等官能团都不受影响，而手性胺反应 可得到光学纯的n b o e 保护产物。 1 2 10 多组份反应( m u l t i c o m p o n e n tr e a c t i o n s ，m c r ) 多组份反应( m c r ) 1 7 0 起源于1 8 5 0 年斯脱利格( s t r e c k e r ) 氨基酸合成法，是指三 叼 第l 荦绪论 i ii 一- - 一 hi i_ i h i i i i i i i i i i i i 苗i i 个以上的反应物经历一锅反应而生成最终产物的过程，m c r 的所有反应物不一定 同时反应，它们可以经历一系列反应而最终完成总反应。m c r 的优点是在合成多 官能团物质的过程中避免了多步反应过程，提高总反应收率并减少了繁琐的中间 体的合成及分离过程。 1 2 1 0 1m a n n i e h 胺合成法 2 0 0 6 年l i n 等【7 1 】报道碘催化下1 环己烯基乙基酮、伯胺与醛的m a n n i c h 缩合，反 应在常温下进行，产物总收率接近定量，而对映异构体选择性高达2 0 ：l 。2 0 0 7 年 s l l i n d e 等7 刁报道碘催化下肛萘酚、芳香醛及酰胺在室温下的一锅反应，产物为酰胺 型m a n n i c h 碱( e q 1 8 ) ，1 , 2 二氯乙烷为反应的最佳溶剂，芳香醛的取代基不影响产 率，但吸电子基能加速反应。d a s 等【捌同时报道了该类反应，产率7 0 - - 9 1 。 h 一u n n h 2j k + 肮帅+ 趸，i o r 1 ( e q i s ) s c h e m e l 5 2 0 0 8 年p e r u m a l 等【7 4 1 报道室温下取代酚、取代醛及腈的一锅反应，反应需要 在碘及乙酰氯共存下进行，产物为含酰胺基的酚( s c h e m e1 5 ) 。 1 2 1 0 2 杂环化合物的合成 杂环化合物由于生物活性在药物合成与应用领域受到重视，2 0 0 4 年z u b a i d h a 黑龙江大学硕士学位论文 i i i i i 宣i i i i i i i i i i i ii i i 盲i 等【7 5 1 用1 0m o t i f 3 碘催化醛类、尿素以及乙酰乙酸乙酯反应制备二氢嘧啶酮衍生物 ( e q 1 9 ) ，反应在甲苯中于回流温度下进行，芳香醛的反应活性优于脂肪醛。 oo o 儿 h 2 n n h 2 r 1 2 y i e l d6 9 9 5 锄1 9 ) 2 0 0 5 年y a o 等7 q 用乙酰乙酸乙酯、芳香醛、环己二酮及乙酸铵一锅反应合成l ，4 二氢吡啶类化合物( e q 2 0 ) ，反应在乙醇中于常温2 5 4 0 的温度范围内进行，1 5 3 0m 0 1 的碘能使大幅提高反应的产率。 oo n h 4 0 a c + j l 、八o e t + a r c h o + o 曲2 0 ) 2 0 0 7 年z o l f i 9 0 l 等册报道乙酰乙酸甲酯、芳香醛、乙醇胺三组份一锅合成1 冉 二氢吡啶类化合物( 】三q 2 1 ) ，反应以冰乙酸为介质，1 5m 0 1 的碘能使反应时间缩短， 使产率提高。 2 从o o 吼佩叫一叱。1 2 吻父汕 2 人凡c h 3 + r c h ”h 2 n 扩o h 4 0 m 剀几n 足e h 2 c 、c h ， o h ( e q 2 1 ) 2 0 0 7 年k i d w a i d x 组【7 8 j 用5m 0 1 l 拘碘催化苯甲醛、醋酸铵与联苯酮反应合成咪 唑类化合物( s c h e m el - o ，反应以乙醇为溶剂室温搅拌2 5h 完成，升高反应温度到 7 5 则反应仅需2 5m i n 艮p 完成，反应产率接近定量。 r 审 卧甲+ar-cho+2nh40ac篙竽三aro久ph i + +ir=fl i 卜 h n a o p an x + h o + n h c + 2 丽5 m 0 1 1 2 p p h , - - - ，n a r - c h o n h 4 0 a c p h n h j+五=_u 户a r 入p h h n a n o p n k i d w a i d , 鲥硼同时用5m 0 1 l 约碘催化4 羟基香兰素、氰胍、芳香醛三组份一 锅反应制备7 一芳基苯并吡喃二氮杂卓皿2 2 ) ，反应在室温或回流条件下进行，反 应产率8 6 - - - 9 6 。非质子溶剂比质子溶剂更利于反应，如果在质子溶剂如醇中则发 生对醛基的亲核取代副反应( 参见e q 1 7 ) 。2 0 0 5 年c h e n 脑 8 0 一1 0m 0 1 的碘催化 下邻苯二胺与两分子含a - h l ；臼酮快速反应形成1 ，5 苯并二氮杂卓，反应在室温乙腈 中或者无溶剂条件下进行。 驴n h 2 。土 n h 2 2 2 ) 2 0 0 6 年w a n g 等剐用亚胺与能烯醇化的醛一锅反应合成取代喹啉，碘用量低达 1t 0 0 1 ，反应在苯中空气氛下回流1h 完成，取代喹啉的产率6 3 - 8 6 ，该反应在 其它溶剂如t h f 、二氯乙烷、d m s o 、甲醇、乙腈等中产率降低，该反应包含空气 氧化过程。对于不稳定的亚胺，可用相应的伯胺、醛在位形成亚胺再与可以烯醇 化的醛一锅合成( e q 2 3 ) 。 r br(eq23) 2 0 0 8 年z o r a 等【8 2 1 报道二茂铁甲醛与苯胺形成的亚胺能与烯醇化的醛进行上述 m 一瓮岽 + 3 h 净h + 。 第1 章绪论 等1 8 9 用碘催化芳香族烯丙基醚分解，反应d m s o 为介质，1 3 0 反应半小时完成， 产率8 5 - - 一9 7 。y a d a v 等1 9 0 用碘催化酰氯与醚反应，反应在室温、无溶剂条件下进 行，反应时间2 7h ，分离得到产物的产率为7 1 - 9 3 ，环醚产生驴氯代酯，而非 环醚高选择性地产生酯和氯代烃。y a d a v 等 9 1 1 利用分子碘激活含氢聚甲基硅氧烷 ( p m h s ) 使羰基化合物的还原醚化，在p m h s 存在下催化量的碘，常温下使羰基化 合物醚化，得到对称性醚，最高产率达9 0 以上。 碘催化的氧化反应也有报道，2 0 0 6 年f a r h a d i 等嗍用碘催化苄醇或烯丙基醇的 常压氧气氧化，反应在乙腈中光照进行，产物主要为醛( 酮) 化合物，而羧酸类深度 氧化产物很少，反应的溶剂效应不明显。在反应过程中体系的紫色不褪表明碘的 存在，当不用氧气而在氮气下光照时体系快速褪色，这表明碘是参与氧化过程的 催化剂，作者认为碘是以自由基的形式参与氧化过程的。 1 3 本章小结 碘催化的有机反应具有条件温和、操作简单、清洁高效等优点，是近年来催 化有机合成的研究热点。碘催化的有机反应主要在以下方面具有应用潜能：温和 高效的有机反应是绿色化学的发展要求；温和条件下的高选择性合成方法有利于 复杂化合物的设计与合成，尤其在药物合成领域具备潜能，同时碘催化的多组份 一锅合成法为复杂化合物的合成提供了新方法；高效的负载型碘催化剂的运用可 以提高催化剂的利用效率，降低碘催化剂的用量，并有利于新型催化反应的探索 研究。关于碘的催化机理文献主要包括与含孤电子对的羰基极性基的络合活化、 包含不饱和键及羰基的环状过渡态、与烯丙基或双键形成的阳离子型过渡态、以 自由基及以离子态的碘参与反应过程的猜测。对于碘的催化反应类型研究不仅将 丰富有机合成反应的理论与实践，而且也将丰富碘的化学，促进碘在催化领域的 广泛应用。 酯交换反应大多数是可逆的，通常不涉及很大的能量变化。酸与酯交换反应 常需要在较高的温度下进行，反应比较复杂，产率不高，并且只能以相对分子质 黑龙江大学硕士学位论文 量低的脂肪酸交换相对分子质量高的脂肪酸，反之则很难进行。酯与酯交换反应 则为全随机反应。当用酸对醇进行直接酯化不易取得良好效果时，常常采用醇与 酯交换反应。因此，在抗氧剂合成研究中，酸解反应和酯与酯交换反应要比醇解 反应少得多。 本课题的研究目的是设计几种不同的酯分别与正丁醇在碘催化下进行酯交换 反应，考察反应时间、催化剂用量、酯醇物质的量之比、反应温度等因素的影响， 得出这几种酯的酯交换的优化反应条件，并对结果进行分析。 本文利用碘催化多种酯分别与正丁醇的酯交换制备新的酯的反应条件进行探 索，对反应时间、催化剂用量，酯醇物质的量之比等因素进行考察，得出酯交换 反应的优化反应条件，并通过正交试验法检出了乙酸苯酯和乙酸烯丙酯各因素影 响的主次关系。碘在酯交换反应中对不同酯的催化效果有明显差别，而碘作为一 种新型催化剂在有机合成中的应用已经占有一席之地，对于不同的有机反应显示 了良好的催化效果。碘作为催化剂在酯交换反应上的进一步研究，也将丰富酯交 换反应的应用。 第2 章实验部分 第2 章实验部分 2 1 主要试剂 表2 1 试剂的纯度和生产厂家 t a b l e2 - 1p u r i t ya