（有机化学专业论文）incl3参与的有机反应研究.pdf

摘要 本文主要是对i n c l 3 作为l e w i s 酸催化剂参与的缩合反应和 亲核取代反应方面进行了研究。论文主要是分为三部分论述。 1 本文综述了i n c l 3 在有机合成中作为催化剂的最新研究和应 用，对i n c l 3 作为催化剂参与的各种类型的有机反应作了比较详细的 归类，并对其作用机制和应用方面进行了比较全面的文献总结。 2 在i n c l 3 催化下，对甲苯磺酰胺和芳香醛，在苯中回流反应， 得到芳基磺酰亚胺。此反应操作简单，反应条件温和，对水和空气都 不敏感，并且除了芳环上直接连有两个给电子基团的芳香醛与对甲苯 磺酰胺缩合的产率只有7 2 外，其它的产率都高达9 0 以上。 这为芳基磺酰亚胺的合成提供了一个简单有效的新方法。 3 在三氯化铟一硼氢化钠乙腈体系中，端基炔烃和芳基或烷基磺 酰氯反应生成了一系列的0 【，p 不饱和砜，产率为3 6 8 0 。在这个 反应中三氯化铟和硼氢化钠在乙腈于1 5 下首先形成氢化二氯 化铟，然后氢化二氯化铟再和端基炔烃反应生成烯基铟中间体，最后 烯基铟中间体和对甲苯磺酰氯在室温下发生亲核取代反应，得到仅， p 不饱和砜。这个反应具有反应条件温和、操作简单及高的区域及立 体选择性等特点。 关键词：三氯化铟，磺酰亚胺，仅，b 不饱和砜，烯基铟，炔烃。 a bs t r a c t i n d i u mt r i c h l o r i d ea s al e w i sa c i d c a t a l y s t i n v o l v e di nt h e c o n d e n s a t i o nr e a c t i o na n dn u c l e o p h i l i cs u b s t i t u t i o nr e a c t i o na r es t u d i e di n t h i sp a p e r i ti sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s 1 i nt h i sp a p e r , w er e v i e wt h el a t e s tr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f i n d i u mt r i c h l o r i d ea sac a t a l y s ti no r g a n i cs y n t h e s i sa n dc l a s s i f yt h e v a r i o u st y p e so fo r g a n i cr e a c t i o n sw h i c hi n d i u mt r i c h l o r i d ep a r t i c i p a t e d a sac a t a l y s ti nd e t a i l a n di t sp o s s i b l em e c h a n i s ma n da p p l i c a t i o n sh a v e b e e ns u m m a r i z e dc o m p r e h e n s i v e l yi nt h el i t e r a t u r e 2 an e wm e t h o df o rp r e p a r a t i o no fn - t o s y l i m i n e sb yi n c l 3 一m e d i a t e d c o n d e n s a t i o n o fa l d e h y d e sw i t h p t o l u e n e s u l f o n a m i d e i n r e f l u x i n g b e n z e n eh a sb e e nf o u n d t h er e a c t i o no p e r a t i o ni ss i m p l ea n dr e a c t i o n c o n d i t i o ni sm i l d t h ey i e l d sa r eu pt o9 0 ，b u tt h ea r o m a t i ca l d e h y d e s c o n n e c t i n gt w oe l e c t r o n - d o n a t i n gg r o u p sg i v et h ed e s i r e dp r o d u c ti no n l y 7 2 y i e l d t h i si saf a c i l em e t h o df o rs y n t h e s i so fn - t o s y l i m i n e 3 i ni n c l 3 一n a b h 4 一c h 3 c ns y s t e m ，t h ea r y lt e r m i n a la l k y n e sc a n u n d e r g on u c l e o p h i l i cs u b s t i t u t i o nw i t ha r y l - - o ra k r y l - s u l f o n y lc h l o r i d e 。 a n dc o n v e r ti n t o0 【，1 3 - u n s a t u r a t e ds u l f o n e s t h ey i e l d sa r e3 6 8 0 i nt h i s p r o c e d u r e ，t h er e a c t i o no fi n c l 3w i t hn a b h 4 i nc h 3 c na t 一15 g a v e h i n c l 2 ，f o l l o w e db yt h er e a c t i o nw i t ht e r m i n a la l k y n e st og e n e r a t e i i i v i n y l i n d i u mi n t e r m e d i a t e a n dt h e nt h er e a c t i o no ft h ev i n y l i n d i u m i n t e r m e d i a t ew i t ha r y l o ra r k y l - s u l f o n y lc h l o r i d ea tr o o mt e m p e r a t u r e a f f o r d e d 仅，1 3 - u n s a t u r a t e d s u l f o n e s t h i sn e wm e t h o dh a ss e v e r a l a d v a n t a g e s ，s u c h a sm i l dr e a c t i o n c o n d i t i o n s ，s i m p l ee x p e r i m e n t a l p r o c e s s ，h i g h l yr e g i o - a n ds t e r e o s e l e c t i v e l y k e yw o r d s ：i n d i u mt r i c h l o r i d e ，n - t o s y l i m i n e ，仅，1 3 - u n s a t u r a t e ds u l f o n e ， v i n y l i n d i u m ，a l k y n e 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：钒巅雨 砂p 年彦月 乡日 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， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 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。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：终馓陬日期：为年石月侈日 导师签名：仅删 日期：刎。年6月睁日 “ i n c l 3 参与的有机反应研究 第一章绪论 在合成化学领域，第三主族的金属盐一直以来都被作为性能突出 的l e w i s 酸，例如铝盐和硼盐就都是十分优良促进f r i e d e l - c r a f f s ， d i e l s - a l d e r ，m u k a i y a m a 羟醛缩合和重排等反应的催化剂。由于铟盐 和铝盐和硼盐相比，是一种比较弱的l e w i s 酸盐，因而相对来说， 受到的关注就较少。直到近二十年，由于铟盐自身具备的独特特征： 1 能通过金属转移很容易地提供碳亲核试剂；2 能被用于水相中进 行，使之在水相中的参与的有机合成反应中具有独特的催化性能。人 们对铟盐在有机合成中的研究应用大为拓展。i n c l 3 作为一种l e w i s 酸催化的有机反应成为当前备受关注和感兴趣的话题之一，有很广阔 研究和应用前景。 1 1i n c l 3 催化的缩合反应 1 1 1i n c l 3 催化的羟醛缩合反应 羟醛反应被认为是形成新的碳一碳键的最常见和有效的方法之 一。而烯醇硅醚和羰基化合物在l e w i s 酸催化下的反应是 m u k a i y a m a 等由经典羟醛反应发展起来的相关反应，具有很好的化 学选择性。其反应通式如图1 1 ： 硕_ l 学位论义 o s i m e 3 r a + r 3 渊o r 2 1 l e w i sa c i d ( e q u i v ) 2 h + o v v u n r a 玲氐 r 2 图1 1 许多l e w i s 酸被用于催化m u k a i y a m a 羟醛缩合反应，包括三 芳基碳正离子n 、硼l e w i s 酸n m 、锡l e w i s 酸nc 引、钯l e w i s 酸n “、 钛l e w i s 酸n 、+ 和铜l e w i s 酸1 。这些l e w i s 酸大多对水敏感， 遇水容易水解失活，因此用这些l e w i s 酸催化m u k a i y a m a 羟醛缩 合反应时反应条件比较苛刻，要求严格无水。而用i n c l 3 催化则条件 温和，近年来报道了许多这方面的反应。 2 0 0 3 年，m u n o z m u n i z 等乜1 用烯醇硅醚和一系列醛在 i - p r o h h 2 0 ( 19 ：1 ) 中室温下进行m u k a i y a m a 羟醛缩合反应，生成 伊羟基酮，反应立体选择性很高( s y n a n t i 基本大于9 以上) 。 1 i 2i n c l 3 催化的1 , 4 - 力口成反应 19 9 8 年，t e c k p e n g 等【3 】用烯醇硅醚在i n c l 3 催化下，与( i t ，p 不饱和酮进行l ，4 力口成反应，得到l ，5 二羰基化合物。 o r ，k r 2 2 0 1 1 1 0 1 3 or 2o r ，w r r 3 6 7 9 0 图1 2 2 0 0 1 年l e e 等h 1 报道了丙烯基三甲基硅烷在i n c l 3 催化下和 a ，b 不饱和酮进行1 ，4 - 力口成反应。 i n c l 3 参与的有机反应研究 加s i m e 3 + r 1 1 0 1 n c l 3 5 t m s c l r 2 一r 1 c h 2 c 1 2 图1 3 2 0 0 5 年，h u 等3 报道了5 , 5 二甲基1 ，3 环己二酮和0 【，p 不饱 和酮在1 0 i n c l 3 催化下，经微波辐射1 0 1 5m i n ，先进行1 ，4 - 力口 成再分子内缩合成环的反应，产率高达8 0 9 3 。 o 2 其反应机理推测为： 2 a ro 图1 4 i i 3 a ro i v v 3 图1 5 2 0 0 9 年，s h e n 等1 用卤代烃在i n c l 3 催化下，以水为溶剂和( i t ， p 一不饱和酮进行l ，4 力口成反应，产率为4 5 8 5 。 钛 o i n c u l i n c l 3 r 八沙r t + r - _ x 瓦茅 图1 6 1 1 3i n c l 3 催化的其它缩合反应 r ”o r 人八r - 2 0 0 1 年，d e n g 等n 1 报道了环酮和芳醛于11 0 在i n c l 3 ( 1 0 ) 催化下，发生羟醛缩合反应合成了一系列0 【，a 二取代苯亚甲基环酮， 产率高达8 9 9 5 。 h 。一 图1 7 2 0 0 3 年，j a c q u e s 等陋1 研究者用烯丙基溴在i n c l 3 催化 m n t m s c l 活化下，与芳香醛进行亲核加成反应，生成b 烯醇。 2 0 0 0 年，s o y e o n 等凹1 以四氢呋喃和水的混合物作溶剂，在 i n i n c l 3 催化下甲基乙烯基酮和芳醛反应生成p ，丫- 不饱和酮。 r 9 乩+ 儿嵩竽竺r 州 图1 8 2 0 0 9 年，y a n g 等n 们用醛和0 【，p 不饱和酮在i n i n c l 3 催p a - f ， 水和四氢呋喃作溶剂，发生片呐醇交叉偶联反应，产率能达到4 1 8 5 ，非对应选择性最高能达到9 3 ：7 。当醛是脂肪醛时，产率较低， 但非对应选择性较高，而用芳香醛时产率较高，非对应选择性却较低。 i b c l 3 参与的有机反应研究 r 足+ r r ，而z n l l 而n c l 3 r r 1 + r r 1 r 2 图1 9 2 0 0 2 年，a d r i a n 掣旬报道了以二氯甲烷为溶剂，4 三甲基硅基 3 丁烯1 醇及其衍生物与醛或环氧乙烷的衍生物在i n c l 3 催化下( 三 组分等当量) ，于室温下发生缩合反应生成3 , 4 二氢吡喃的衍生物。 与脂肪醛和芳环上带有强拉电子基团如硝基缩合时能得到很好的产 率( 6 5 8 8 ) ，而与苯甲醛缩合时产率则只有3 9 。 r p + 竺h c h 2 c 1 2 r t ，5 - 1 2h r s ，职， r 1 = a l k y l ，a r y l ( a l d e h y d e ) ；a r y l ( e p o x i d e ) 图1 1 0 2 0 0 3 年，a d r i a n 等n 墙1 又拓展了此反应，又报道了4 _ - - i 手i 基硅基 3 丁烯1 硫醇和4 三甲基硅基3 丁烯1 胺及其它的衍生物在等当 量i n c l 3 催化下与醛发生的缩合成环反应。 r e 艄几oh 音r q 一 图1 11 硕上学位论义 r g 儿oh 音r q 刚 r e f l u x ，5 - 2 4h r s 乏 图1 1 2 2 0 0 8 年，j h i l l u 等n 2 1 报道了一种醛糖、1 ，3 二羰基化合物和芳胺 三组分在i n c l 3 催化下高产率地合成了一种吡咯的衍生物的方法。 o h p h n h ， 、o h - i n c l 3 h 2 0 ，8 0o c hm m e 如创脚能0 图1 1 3 其可能的反应机理见图1 1 4 。 2 0 0 8 年，s h e n 等n 3 1 报道了芳香醛和伯胺及碘化烃在水相中，在 i n ( o r z n ) a g i i n c l 3 催化体系下发生缩合反应( 图l 一15 ) 。 2 0 0 9 年，z h a n g 等n 钔报道了醛、端基炔烃和仲胺三组分在i n c l 3 催化下，通过端基炔烃的碳氢活化，在甲苯中高效地合成了一系列 的炔丙级胺类化合物，最高产率高达9 9 ( 图1 1 6 ) 。其机理推测 如图1 1 7 。 2 0 0 4 年，c h a n 等n 副报道了二甲基烯丙级氯硅烷( 3e q u i v ) 和醛 在溶剂二氯甲烷中，在i n c l 3 催化下于室温温和的发生p r i n s 环化缩 合反应，具有很高的立体选择性，产率为4 5 9 4 。当醛为芳香醛时 产率较低，而当醛为脂肪醛时产率较高( 图1 1 8 ) 。 i n c l 3 参与的有机反应研究 h - h 2 0 r l i n c l 3 - h 2 0 - h 2 0 图1 1 4 r 贝h r 、 p h l p h 图1 1 5 r 三 一h +r 1c h o + n h r 2 r 3 h 2 0 ，r t 10 l n c l 3 t o l u e n e 。12 0 图1 1 6 7 l p h ，r h n l r 入r 一 硕i ? 学位论文 r r 1 图1 1 7 少oh + s 匕l i - c i 嵩笨争r 1 2i n c l 3 催化的取代反应 图1 1 8 r m a k o t o 工作组n 6 1 于2 0 0 1 年用醇和氯硅烷在二苯7 _ , - - 酮活化下 以i n c l 3 为催化剂，高选择性地生成相应的卤代烃，没有其它的副产 物。 ， i n c l 3 ( 5m 0 1 ) p 丫+ h s i m e 2 a j 型坐业，l o h c h 2 c i c h 2 c io rc h 2 c 1 2 r t 。1 5h 图1 1 9 而用传统的卤化试剂如氯化氢气体、五氯化磷和二氯亚砜时，反 应过程产生的氯化氢会使反应有副产物产生。 2 0 0 6 年，他们又用三甲基硅基化合物在i n c l 3 和三甲基硅基溴 8 吖础 = c p 吖 p i n c l 3 参与的有机反应研究 共催化下，增强了l e w i s 酸的酸性，和醇发生交叉偶联反应n 。 r o h + n u s i m e 3 分，s i m e 3 纱s m e 3 5 j 3 p h 三三一s i m e 3 c a t i n c l 3 c a t m e 3 s i b r 一r n u n o r h a l o g e n a t e d s o l v e n t 图1 2 0 1 3i n c l 3 催化的d i e l s a l d e r 反应 d i e l s a l d e r 反应是一类非常重要的环加成反应，它是指一个共 轭二烯和一个重键化合物( 亲二烯体) 发生的 4 + 2 环加成反应在有 机合成中它是制备六元环状化合物极为有用的一种方法。 2 0 0 7 年，s u m i t 等n 踟用2 烯1 ，4 二酮衍生物和乙酰乙酸乙酯或 乙酰乙酸甲酯在i - p r o h 中，i n c l 3 作催化剂，8 0 9 0 下，一锅法合 成了一种呋喃衍生物，能得到很高的产率。 a r k 从。r 磊i n c l 3 a r g 眼c 0 0 0a r c h 3 r a ，儿a r + 从。r 丽a 马兀r 二：二： 。7 d ， 图1 2 1 其反应机理推测如图1 - 2 2 。 oo 八八o r a r = m e b r = e t h 3 c o 图1 2 2 2 0 0 8 年，f e n g 等n 叼用炔烃和l ，3 二羰基化合物在溶剂氯苯中， 于1 1 0 在i n c l 3 催化下，同样也得到了一系列的呋喃衍生物，产 率高达5 3 9 1 。 r 1 太r 2 + 世i c a t i n c l 3 2 0 0 4 年，b e n i t o 等娩们报道了2 - a z e t i d i n o n e t e t h e r e di m i n e s 和共 轭二烯在i n c l 3 催化下，在溶剂乙腈中进行的两种模式的非对应选择 性的d i e l s a l d e r 反应。当2 - a z e t i d i n o n e t e t h e r e di m i n e s 中的碳氮双 键独立存在时，它作为亲二烯体与共轭二烯进行 4 + 2 环加成反应( 图 1 2 4 ) ，而当2 - a z e t i d i n o n e t e t h e r e di m i n e s 中的碳氮双键与其它双键 l n 1 n c l 3 参与的有机反应研究 共轭时，则环加成反应( 图1 2 5 ) 。 r 3 r河2 hh r ，n + 厂s 茕矿，一三赫 o 图1 2 4 2 3 45 6 图1 2 5 2 0 0 2 年，y a d a v 眩等用芳胺和2e q u i v 的二氢毗喃在i n c l 3 催化 下，首先芳胺和le q u i v 的二氢吡喃生成亚胺，然后其再和另一当量 的二氢吡喃进行分子内的d i e l s a l d e r 反应，生成吡喃喹啉的衍生 物。 d 0 2 n c h 3 c nd 彭一h o 、 图1 2 6 h o h 这种分子内的含亚胺基的d i e l s - - a l d e r 反应，是合成杂环化合 物最具吸引力的方法之一。另外由于是分子内的d i e l s _ - a l _ d e r 反应， 所以还具有很高的立体选择性。 2 0 0 6 年，r a t h n a 工作组暖2 1 用底物1 和芳胺2 在乙腈中，i n c l 3 催化下，先生成亚胺，在进行分子内的d i e l s a l d e r 反应生成化合物 3 和4 ( 见图1 2 7 ) 。此一系列反应的产率高达8 5 9 6 ，反应的立体 选择性也很高，系列化合物3 ：4 位于8 6 ：1 4 到9 4 ：6 之间。 r + 一p h 4 图1 2 7 2 0 0 7 年，r a t h n a 工作组乜3 3 又用底物5 和化合物2 在i n c l 3 催 化下进行了类似的分子类的d i e l s a l d e r 反应，得到了相应的产物6 和7 ( 见图1 2 8 ) 。同样也有很高的立体选择性和很高的产率。 n h 2 + 囝= 警 5 2 r = a ) h ，b ) ，m e ，c l o m e ，d ) c i ，e ) n 0 2 图1 2 8 1 4l n c l 3 催化的f r i e d e l c r a f t s 反应 r r 芳烃在l e w i s 酸( 无水氯化铝、氯化锌、三氯化铁、三氟化 硼等) 存在下发生的酰基化和烷基化反应。该反应是合成芳基酮、 烷基苯的重要方法，是有机合成中最有用的反应之一。 常用的烃基化试剂通常是卤代烃、醇、烯和醚。而羰基化合 1 2 甜足v 甜 人 怕 磷h i n c l 3 参与的有机反应研究 物则通常很难作为f r i e d e l - c r a f l s 反应的烷基化试剂。1 9 9 8 年， t a k a s h i 等眩4 3 则通过加入二甲基氯硅烷作为还原剂，使羰基化合物成 为f r i e d e l - c m f f s 反应的烷基化试剂，在i n c l 3 催化下发生 f r i e d e l - c r a f t s 反应的烷基化反应，能得到不错的产率。 m e 2 s 洲+ r 酣+ a r h ( e x c e s s ) o 反应的机理如下： 图1 2 9 i n c l 3 ( 5t 0 0 1 ) m e 2 s i c i h + r 呼 o 争。 薹 图1 3 0 r 1 v r 2 l a r r r 2 i 吣 a r hf l r 1 v r 2 - i - 2 0 0 7 年，s u n 等乜副用卞醇和芳烃在i n c l 3 催化下发生 f r i e d e l - c r a t 置s 烷基化反应，得到较好产率的二芳基甲烷衍生物。 二芳基甲烷衍生物是一种很重要和实用的有机合成和聚合反应 的中间体，另外，有些二芳基甲烷衍生物还有令人感兴趣的生物活性 和生理活性。传统的合成方法是对环境不友好，不仅是加入的酸对设 备的腐蚀性，而且在分离产品时还会产生大量的废弃物，而使用i n c l 3 作催化剂则不会有这些缺点。 l 气 器 2 0 0 7 年，m i h o 等乜础报道了i n c l 3 分子内的f r i e d e l c r a f t s 反 应，还有对二甲苯和烯丙基溴或卞基溴的f r i e d e l c r a f t s 反应，都是 在很温和的反应条件下进行的反应，而且产率非常之高有些甚至高达 1 0 0 。 r i n c l 3 ( 5 2 0m 0 1 ) 。4 am s c h 2c 1 2 ( 0 0 5m ) ，r t ，1 6h x = b ro ra y = c ( c 0 2 e t ) 2 0 r n t s r = a l k y l ，a l k o x y , f ，c i ，b r 图1 3 2 i n c l 3 ( 1 0m 0 1 ) 4 am s _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ i _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - - - - - - - - _ - _ - _ - c h 2 c 1 2 。r t ，1 6h 图1 3 3 ，、i n c l 3 ( 1 0t 0 0 1 ) ，4 am s + e r 八r 丽夏i 6 hc h ，c l ，r t 1 r r 图1 3 4 2 0 0 9 年，g o n z a l o 等晗刀报道了i n c l 3 催化下，1 ，4 一芳基- 2 - 烯一l ， 4 一二丁酮和吲哚在3 一位发生的f r i e d e l - - c m f t s 反应，反应条件温和 且能得到很好的产率。后者还能形成不同杂环化合物。 h c l 3 参与的有机反应研究 + r r 音 1 2 r h 图1 3 5 h 3 7 5 - 9 5 4 x = o 4 。x = n h 4 x = n - a l l y l 4 x = s 1 5l n c l 3 参与的炔烃与其它试剂的偶联反应 r 2 0 0 4 年，w a n g 等乜胡报道了一种在i n c l 3 n a b h 4 m e c n 体系中， 由末端炔烃二聚成反式烯炔的方法，具有很高的立体选择性。反应产 物i ：i i ：i i i = 9 2 ：2 ：6 ，产率可高达8 6 。 i n c l 3 - m b h 4 一m e c n p h c 三c h p hh p h 1 5o ct 0r t + p hh ( z ) - i i 图1 3 6 其反应机理推测见图1 3 7 。 1 5 + p hh h i 硕l 学位论义 h i n c l 2 一尸一h r m d z i 卜 、 i n c l 2 + p h c _ = c h 一c - - - c r + h i n c l 2 尸一c - 眯_ h 飞 h 心 p h d ( e ) - i ，hh d ( z ) - i i 图1 3 7 2 0 0 6 年，他们乜钔又报道了i n c l 3 n a b h 4 m e c n 体系中端基炔烃 和卤代烃的反应，同样具有很高的立体选择性，不过产率稍低一点。 一h 一5 ct + x + k ，a r x 1 o r 1i ，。， 1 5h i州“ 1 1 日- 2 i z ) - 3 4 图1 3 8 2 0 0 5 年，x u e 等们报道了i n c l 3 n a b - h m e c n 体系中，产生的 的氢化二氯化铟和端基炔烃产生烯基铟，然后和高碘盐发生交叉偶联 反应生成烯烃。此反应有很好的区域和立体选择性，主要产物为反式 烯烃，文中一系列的反应，反式烯烃站总产物的8 1 1 0 0 ，产率为 6 1 8 6 ，当炔烃上连有推电子基团，产率和选择性都会降低。但是 链状端基炔烃却在此催化体系中不发生反应。 1 6 a r b i n c l 3 参与的有机反应研究 。 i n c l 3 n a b h 4 一m e c n r 兰三_ 一h 1 5o c r t a r 2 1 + b r - ，15h r s a + k + k 图1 3 9 2 0 0 2 年，k a z u a k i 等口用端基炔烃和卤代烃经i n c l 3 d i b a l h 和钯催化剂催化高产率、高立体选择性地合成了顺式烯烃( 大多产 率9 0 以上，z e 大于9 5 5 ) 。 e t o e t o h i n c i ，e t a b r 1 三1 丽 赢 2 5h p d c a t d m f 厂r h f 。6 6o c 3 0m i n 图1 4 0 2 0 0 4 年，n a o k i 工作组口2 1 报道了以下反应： t s 一 1 1 1 0 1 3 ( 2m m 0 1 ) e t 3 s i h ( 2m m 0 1 ) e t 3 b ( 0 1m m 0 1 ) e t o - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - m e c n ( 4m l )e t o 0o c 2h i n 0 3 ( 1m m 0 1 ) n a b h 4 ( 2m m 0 1 ) e 馅b ( o 1m m0 1 ) - - - - - - - - - ：- - - - - - - - - - - ： m e c n ( 4m l ) - 3 0o c 2h i r l c l 3 ( 2m m o i ) e t 3 s i h ( 2m m o i ) 5 3 e t 3 b ( 0 1m m 0 1 ) 、丙而矿b 一 0o c ，2h 1 2 5 8 图1 4 1 e t o + e 幻 e t o + e t o 1 3 + t s 一 7 从图1 4 1 可以看出此类反应用三乙基硅烷的效果，不论是从产 率还是选择性来看，都比用四氟硼酸钠的效果好 1 7 冶础 役 硕l ：学位论文 其反应机理推测为： e t 3 s i c i i n c l 3 + e 。3 s i h ：兰兰二c 1 2 l n h i n c l 2 图1 4 2 2 0 0 5 年，n a o k i 工作组3 3 又报道了一类似的反应： i n c i a “一 图1 4 3 此反应在四氢呋喃中室温下进行，其反应机理类似于上一个反 应，只是产生h i n c l 2 的底物不一样，由三乙基硅烷和三氯化铟变成 了甲醇钠和三氯化铟和二苯基硅烷。可能的反应机理见图1 4 4 。 从以上报道过的反应来看，i n c l 3 参与的催化炔烃的反应，基本 上都是产生了h i n c l 2 ，然后插入碳氢键，使之活化。 i n c l 3 参与的有机反应研究 i n c i j _ n a c 2 0 m e 斗h i n c l 2 斗 1 6i n c l 3 催化的其它反应 图l 铂 、 守h 一甘 2 0 0 3 年，f a b i o 等b 钔报道了含有q ，p 烯酮的化合物1 在l n c l 3 催化下，在溶剂乙醇中于8 0 与甲基肼反应1 0h ，生成了含有吡 唑啉框架结构的化合物2 ，产率为7 2 。此化合物可用于构建类似 结构的医药。 i n c l 3 ， 0 - c n 2 a n t i ：s y n 2 3 ：1 y e i l d ：7 2 图1 4 5 2 0 0 7 年，t a k a h i r o 等口5 3 报道了三甲基硅醚和p 一三甲基硅基烯烃 在i n c l 3 ( 5m 0 1 ) 和1 2 ( 2 0m o l ) 催化下，在二氯甲烷中室温反应生 l q 硕i ：学位论文 成烯烃的反应，产率为4 1 9 0 。 a i k y i - - o s i m e 3 + 图1 4 6 2 0 0 6 年，l u i s a 等1 报道了丫叠氮基腈在i n c l 3 和e t 3 s i l l 催化 下，以乙腈作溶剂，在0 下温和的脱去氮气，高产率( 8 5 9 5 ) 的生成了2 一亚胺基四氢吡咯衍生物。 n 3 r 。n h 2 图1 4 7 总之，近年来，i n c l 3 作为一种温和的不对水敏感的l e w i s 酸催 化剂，在参与的各种有机转化中，显现出了很好的化学选择性， 它可以很方便地使用于水溶剂和非水溶剂中。而且，i n c l 3 还可以 从水相中逐步回复和重新利用于以后的反应中。此外，i n c l 3 还能 高效的活化含氮化合物比如亚胺和腙等。总之，i n c l 3 作为作为催 化剂能广泛应用于各种有机转化中，有着很广阔的应用前景。 h齿一、 i n c h 参与的有机反应研究 第二章i n c l 3 催化合成芳基磺酰亚胺的反应 2 1 引言 磺酰亚胺已经被证明是一种很有实用价值的有机合成反应中间 体口刀，因为它们是少数几种能够独立稳定的能进行加成反应的缺电子 的亚胺嘞1 。为了满足各种不同有机合成反应的需要，人们已经研究发 展了多种合成磺酰亚胺的方法。化学科研工作者研究了各种直接合成 磺酰亚胺的催化剂，包括l e w i s 酸、质子酸、碱、脱水剂和金属氧 化物，例如a i c l 3 盼引，t i c l 4 e t 3 n 4 ，b f 3 e t 2 0 m 1 ，氨基磺酸 ( n h 2 s 0 3 h ) m 4 4 1 ，h y 9 沸石汹1 ，p 2 0 5 s i 0 2 倒，甲酸和碳酸氢钠体系 m 1 ， 正硅酸乙酯或甲酸乙酯， p o c l 3 1 ( s i 0 2 ) n 】 4 9 3 ， z r ( s 0 4 ) 2 4 h 2 0 s i 0 2 5 0 3 和其它的固体酸5 1 删，t i 0 2 s 0 4 2 嘞1 ，蒙脱石 k - 1 0 畸6 l ，z r 0 2 s 2 0 8 2 “5 7 1 ，z n o 粉末等等嘞1 。 2 0 0 7 年，h a s h e m 等b 鲫在无溶剂条件下用o 5e q u i va 1 c 1 3 催化 芳香醛和对甲苯磺酰胺或苯磺酰胺的缩合，得到芳基磺酰亚胺，产率 为6 5 9 5 。 r ，儿oh + r 2 s 0 2 n h 2 器心n - s 砰 图2 1 2 0 0 8 年，a l i r e z a 等h 明在无溶剂条件下用p 2 0 5 s i 0 2 催化合成芳 香醛和对甲苯磺酰胺或苯磺酰胺的缩合，得到芳基磺酰亚胺，产率高 达8 0 9 2 。 x o 扣+ a r - - c h o x o 堇弋 x 2m eo rh 8 0 - 9 2 图2 2 2 0 0 6 年，j i n 等嵋6 1 用芳香醛和对甲苯磺酰胺或苯磺酰胺在蒙脱石 k 1 0 催化下，甲苯中回流得到一系列的芳基磺酰亚胺，产率达 一o ；n h 2 0 + m h 。 詈r1幻luener e f l u x 创弋昭 一飞矿一s n ， 。也j 足l r 2 图2 - 3 间接合成磺酰亚胺的方法也研究了许多，例如亚磺酰胺或亚磺酰 亚胺的氧化；肛磺酰基环氮丙烷衍生物的催化异构重排钏；d 亚磺 酸基肟的重排6 u ；醛的亚胺转移2 “，苄基醚在醋酸碘苯和对甲苯磺 酰胺存在下，由三氟甲磺酸铜( i i ) 催化裂解驯；钌催化下，以p h i = n t s ( 对甲基苯磺酰亚胺碘苯) 为酰亚胺转移剂使醛酰亚胺化2 ；m 三甲基 硅基亚胺和对应的磺酰氯脱去三甲基氯硅烷旧3 ；在溴化苄和锌粉存在 下醛( 包括芳香醛、脂肪醛和0 【，p 不饱和醛) 和磺酰胺的缩合嘶3 ，醛 或者芳基酮与对甲苯亚磺酰胺缩合后再用m c p b a 氧化生成磺酰亚 胺佰9 ，吲。 2 0 0 5 年，r u a n o 等璐刚用醛或芳基酮与对甲苯亚磺酰胺在 t i ( o e t ) 4 催化下缩合对甲基亚磺酰亚胺后再用m c p b a 氧化生成对 i n c l 3 参与的有机反应研究 甲基磺酰亚胺，产率达4 3 9 6 。 r ，见r 2 蚤r ，义三；r 3 詈r ，哎三 2 r 3 图2 4 2 0 0 8 年，f a n 等陋5 1 报道了在溴化苄和锌粉存在下醛和磺酰胺在 t h f 中室温下缩合生成磺酰亚胺的反应。 一：景e q u i v 孓z d u c t 贮b l 一少n p h c o t s n h 2etsqi t h f p hp h 2n h +，叫 l ld l + i l uv ，r 1 。 图2 5 理论上，理想的合成磺酰亚胺的方法是用含羰基的化合物与磺酰 胺缩合，然而由于磺酰胺的弱亲核性，必需在强酸性条件下活化羰基 基团。尽管在强l e w i s 酸或质子酸存在下，直接由醛或酮与磺酰胺 缩合成磺酰亚胺已经被证明是很有效的，但是很多情况下，反应底物 的某些基团对于强酸性条件比较敏感，则不适合用强酸作为催化剂 5 1 , 6 2 , 6 7 。而弱的l e w i s 酸，诸如s n c l 2 ，c d c l 2 ，c u c l 2 ，z n c l 2 和f e c l 3 等已经作为催化剂用于直接合成磺酰亚胺的反应则产率很低口引。由此 看来，很有必要寻找一种弱l e w i s 酸来催化合成磺酰亚胺。 i n c l 3 是一种很典型的弱l e w i s 酸，其温和的特性使它成为一种 很有用的催化剂。迄今为止，i n c l 3 作为一种酸性催化剂已经成功被 运用到多种有机转化中，尤其是各种各样的缩合反应中畸1 2 , 1 3 , 2 0 , 2 2 , 6 9 - 7 1 。 这就促使我们探索使用i n c l 3 作为催化剂应用于直接法制备磺酰亚 硕i ：学位论文 胺的可行性。 2 2 实验 2 2 1 原料与仪器 醛：苯甲醛，对氯苯甲醛，对溴苯甲醛，对硝基苯甲醛，对甲氧 基苯甲醛，对二甲基氨基苯甲醛，呋喃甲醛，肉桂醛； 酸：对甲苯磺酸，四水合三氯化铟： 其它：对甲苯磺酰氯，二氯甲烷，苯，乙醚，乙酸乙酯； 所有试剂均为分析纯试剂。 2 2 2 分析测试条件 所有1 hn m r 和1 3 cn m r 均由v a r i a n 5 0 0 型核磁共振仪测 定。1 hn m r 在5 0 0m h z - f n 定。内标为t m s ，溶剂为c d c l 3 。f t - i r 由b r u k e rv e c t o r2 2f t - i r 红外光谱仪测定，固体采用压片法( k b r 压片) 。产物熔点由y r t - 3 熔点仪测定。 2 2 3 原料对甲苯磺酰胺的制备 在5 0 0m l 圆底烧瓶中加入对甲苯磺酰氯1 9 0 1 0g ( 1 0 0m m 0 1 ) ， 溶于1 0 0m l 二氯甲烷中，再将其置于0 的冰水浴中。圆底烧瓶 上接恒压滴液漏斗，滴液漏斗中加1 5 0m l 的4 0 的氨水溶液，磁 力搅拌下缓慢滴加到反应器中。1h 内滴加完毕。然后撤掉冰水浴， 升至室温，再在室温下搅拌反应2h 。经t l c 板检测，大部分原料 i n c l 3 参与的有机反应研究 对甲苯磺酰氯反应完毕，终止反应。反应混合物静置分层，用5 0 0m l 分液漏斗分出有机层。置于1 8 的冰箱中冷却静置5 - 6h ，析出大 量白色固体。用布氏漏斗抽滤后再用3 5 0m l 石油醚洗涤。固体干 燥后即得到对甲苯磺酰胺。 2 2 4 典型实验操作 1 0 0m l 圆底烧瓶中加入对甲苯磺酰胺( t s n h 2 ) o 8 6 0g ( 5m m 0 1 ) 和四水合三氯化铟( i n c l 3 4 h 2 0 ) o 1 4 2g ( o 5m m 0 1 ) 和苯甲醛o 5 l m l ( 5m m 0 1 ) ，再加苯1 0 0m l ，充氮气保护，接分水器和回流装置。 磁力搅拌下加热回流2 4h ，经t l c 板监测，待反应物基本反应完全 后，撤去加热装置，停止反应。反应混合物用旋转蒸发仪旋蒸浓缩后， 加入5 0m l 乙醚，加热溶解，再加1 0 0m l 石油醚，静置4h ，析出 白色固体。抽滤后用3 3 0m l 石油醚洗涤。得到的粗产品再用乙酸 乙酯和石油醚重结晶，得到的白色晶体即产品。 2 3 结果与讨论 为了对比i n c l 3 和强质子酸催化合成磺酰亚胺的催化效果，我们 研究了不同条件下对甲苯磺酰胺和芳香醛在苯中回流的效果，其结果 见t a b l e2 1 。 。r 贝 ：+ is 弋兰妒n 过rr 八h + 弋意三_ 风刈过r 2 4h 图2 - 6 硕l ：学位论文 表2 1 对甲基苯磺酰胺和芳香醛反应条件研究 t a b l e2 1 t h ee f f e c to fd i