（有机化学专业论文）绿色条件下三溴吡啶催化有机反应的研究.pdf

摘要 本论文分为两部分，主要研究三溴吡啶作为路斯酸催化合成双吲哚烷烃和及 缩醛化合物的研究。 第一部分详细研究了三溴毗啶在水相中催化吲哚与醛酮类化合物的亲电加 成反应，开发了一种在水相中三溴吡啶催化合成双吲哚甲烷化合物的新反应方 法。在优化条件下，使用15 m 0 1 的催化剂三溴吡啶，就能催化吲哚与醛和酮之 间的亲电加成反应，高产率得相应的双吲哚甲烷类衍生物。该催化体系的具有底 物适用范围宽，反应时短的优点。应用这种原料易得、廉价、条件温和及绿色的 反应体系，将有很强的工业应用前景。 第二部分则详细研究了在三溴吡啶催化下，多种醇与醛类化合物缩合合成缩 醛的反应。结果表明：三溴吡啶对于缩醛的合成是一种有效的的催化剂。当强吸 电子的芳香醛为底物如硝基取代的苯甲醛时，几乎定量给出相应的缩醛产物。 关键词：吲哚；醛酮；三溴吡啶嗡盐；双吲哚甲烷化合物；缩醛；合成；催化； 绿色化学 a b a s t r a c t t w o p a r to ft h i st h e s i sh a sf o c u s e do ns t u d i e dt h es y n t h e s i so fb i s i n d o l y m e t h a n e s a n da c e t a l sc a t a l y z e db yp y r i d i n i u mt r i b r o m i d e i np a r t i ，e l e c t r o p h i l i cs u b s t i t u t i o nr e a c t i o no fi n d o l e sw i t ha l d e h y d e sa n d k e t o n e sc a t a l y z e db yp y r i d i n i u mt r i b r o m i d e ( p t b ) i nw a t e rw e r es t u d i e di nd e t a i l e d a m e t h o dt h a tp y r i d i n i u mh y d r o b r o m i d ep e r b r o m i d ec a ne f f i c i e n t l y c a t a l y z et h e e l e c t r o p h i l i cs u b s t i t u t i o nr e a c t i o no fav a r i e t yo fi n d o l e sw i t ha l d e h y d e sa n dk e t o n e s i nw a t e rt og i v eb i s i n d o l y m e t h a n e sw a sd e v e l o p e d u n d e rt h eo p t i m i z e dr e a c t i o n c o n d i t i o n sg o o dt oe x c e l e n ty e l d so ft h ec o r r e s p o n d i n gb i s i n d o l y m e t h a n e sw e r e o b t m n e dw i t h15m 0 1 c a t a l y s to fp t b aw i d es p e c t r u mo fa l d e h y d e sa n dk e t o n e s c a nr e a c tw i t hi n d o l e su n d e rm i l dc o n d i t i o n si nas h o r tt i m e t h eu s eo ft h i s i n e x p e n s i v ea n de a s i l ya v a i l a b l ec a t a l y s tu n d e re s s e n t i a l l ym i l dr e a c t i o nc o n d i t i o n s ， c l e a na n de a s yw o r k - u pc o n d i t i o n sm a k e st h i sp r o t o c o lp r a c t i c a la n de c o n o m i c a l l y a t t r a c t i v e i np a r ti i ，t h ea c e t a l i z a t i o no fv a r i o u sa l d e h y d e sw i ma l c o h o l su s i n gp t ba st h e c a t a l y s tw a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp t bw a sa l le f f i c i e n tc a t a l y s tf o rt h e a c e t a l i z a t i o nw i t hh i g hc o n v e r s i o nu n d e rm i l dc o n d i t i o n s t h ec o r r e s p o n d i n g a l d e h y d ea c e t a l sw e r eo b t a i n e di na l m o s tq u a n t i t a t i v ey i e l d sw h e na l c o h o l sw e r e t r e a t e dw i t ha r o m a t i ca l d e h y d e sb e a r i n ga ne l e c t r o n - w i t h d r a w i n gs u b s t i t u e n ts u c ha sa n i t r og r o u p k e yw o r d s ：i n d o l e ；a i d o k e t o n e s ；p y r i d i n i u mt r i b r o m i d e ； b i s i n d o l y m e t h a n e s ；a c e t a l ；s y n t h e s i s ；c a t a l y s i s ；g r e e n c h e m i s t r y j l 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 为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名：愿钒签字日期：一年歹, e j 2 2 se l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用 学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院 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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：惠钒导师签名：勿以彩 导师签名： 捌9 乃 签字日期：撕? 年罗月以日 签字日期：亨a 诃b 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 第一章研究背景与选题思路 1 1 绿色化学的产生和溶剂绿色化的研究进展 化学对人类作出了巨大贡献，人类生活的各个方面从衣、食、住、行的生活必需品 到汽车、电视、洗衣机等奢侈品，无不与化学有关。化学引起的1 9 世纪的医疗革命， 由此而发明的药物，如抗生素，已被用来治疗危害人类几千年的疾病，由化学引起的医 学发展使人类的平均寿命从1 9 0 0 年的4 7 岁上升到2 0 世纪9 0 年代的7 5 岁；因为开发 了能够控制病虫害及提高产量的农用化学品，世界的食物供应在2 0 世纪有了大幅度的 增长。可以说化学改变了人类的生活方式，提高了人类的健康与生活水平。 化学的这些巨大贡献伴随着一定的代价，那就是在制造、使用与处理这些合成的化 学物质的同时给对人类健康及生活环境带来了众多的负面影响，如美国t r i ( t o x i c s r e l e a s ei n v e n t o r y ) 1 9 9 4 年的统计结果表明：化学工业为最大的有害物质释放工业，超 过排在前1 0 名的其它9 个工业行业的总和。化学工业的发展不可避免引起一定的环境 污染。由于环境可持续发展的要求，今天的化学研究及化学工业面临着巨大挑战，于是， 在化学研究、开发和工业领域中绿色化学应运而生。 1 1 1 绿色化学和溶剂绿色化概念 1 1 1 。1 绿色化学的定义 p t a n a s a t s 在g r e e nc h e m i s t r y 中定义【1 - 2 】：绿色化学是在化学反应和相关过程 中( 包括化学设计、制造、生产及后处理) 尽量减少有毒、有害物质的使用，减少废物 产生，减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、 试剂、产物和副产物的一门从源头上阻止污染的化学。 1 1 1 2 绿色化学的研究内容 绿色化学是围绕化学反映及其原料、溶剂和产品的绿色化而开展的化学研究，其内 容简要如下： 1 原料的绿色化：指采用无毒、无害及可再生原料。 2 化学反应的绿色化：指开发“原子经济”反应，提高反应的选择性。 3 产品的绿色化：通过结构与性能的评价，筛选出无毒或低毒的产品。 4 反应介质的绿色化：指使用无毒无害可回收利用的反应介质。 近年来各国化学家都在这四方面不断努力，以达到环境友好化学为目的。本论文着 硕士学位论文 垂于第一和第四方而开展一些工作，即：采用无毒、无害及可再生的催化剂和反应介质 的绿色化研究。 1 1 1 3 溶剂绿色化的研究内容 在传统的化学行为过程中普遍使用大量的有机溶剂。通常的溶剂包括：含卤原子的 溶剂，如：二氯甲烷、氯仿、全氯乙烯、四氯化碳，苯及其它芳香烃等，它们都被疑为 致癌剂。所有这些有机溶剂都是低沸点、易挥发的物质，在使用过程中大量挥发到空气 中，造成大气环境污染。如1 9 9 1 年，世界上2 5 种常见有机溶剂的用髦为2 6 0 0 万吨， 这些溶剂所排放到大气的废物达6 8 7 0 0 万吨，占当年t r i ( t o x i er e l e a s ei n v e n t o r y ) 化学总 排放量的2 7 【3 1 。由此可见，反应介质绿色化研究是绿色化学的基本的重要的组成部分。 作为溶剂绿色化研究日前主要涉及如下几个方面： 1 无溶剂体系，包括：a 反应物本身为溶n t 4 j ；b 原料在熔融状态下充分混合f 5 】； c 固相支持的反应【6 1 。 2 水为反应介质，包括：纯水为溶剂及水介入的反应。 3 超临界流体，主要有超临界c o s 流体【8 1 ，有机氟相流体【9 1 。 4 离子液1 们。 5 混合体系，包括：水相有机相l 、氟相有机相【1 1 】、水相s c c 0 2 。 6 液体高分子溶剂，如：p e g 等。 在这些绿色化溶剂中，超临界流体对反应设备要求高，离子液费用昂贵，而且最近 被认为将是一大污染源，混合体系从本质上离不开有机溶剂，因此我们认为以水为溶剂 的绿色化学最重要，因为： 1 水是生命的基础，大多数生物化学过程都是在水的存在下进行的。 2 资源丰富，廉价。 3 无毒。 其次，与其它有机溶剂相比，水本身具有它独特的物理化学性质，对很多反应有特 殊的促进作用。 另外廉价可回收的液体反应物本身为介质的无溶剂条件下的反应也是我们所倡导 的。 1 1 2 水作为反应介质的优点及困难 1 1 2 1 水为溶剂的特性与作用 在过去的十几年里，人们逐渐认识到与其它有机溶剂相比，水作为反应的介质显示 了许多优越性，不仅有环境友好方面的因素，更重要的是，水作为溶剂能够大大地促进 某些反应的进行，提高反应的选择性。与有机溶剂相比，水为反应介质的有机反应主要 表现出如下一些特性： 2 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 1 疏水效应【1 2 j 可离解的极性化合物能溶于水中，这类化合物为亲水性化合物。与亲水化合物相反， 烃类及其它的非亲水性化合物在水中的溶解度很小，当这类有机分子与水相混合时，在 水分子的排斥作用下，非亲水性化合物的分子聚集起来，以减少与水分子的接触面，这 种现象就叫做疏水效应。在生物体内，疏水效应起着非常关键的作用，它是决定蛋白质、 核酸折叠及生物膜自组装的方式。 在水中非极性分子间相互聚集，在疏水腔内产生微环境效应微环境内反应物浓 度极大，疏水压很高，从而达到加速反应的效果。 2 氢键【1 3 】 以水为介质的反应，有些反应底物及中间过渡态能与水形成氢键，从而活化某些键 或对反应的区域选择性起控制作用。 1 1 2 2 水作为反应介质的缺陷 尽管水作为反应介质有如此多的优点，但纯水作为反应介质因存在下列缺陷而受到 限制： 1 多试剂在水中分解，因此过去的有机反应一般避免用水作反应介质。 2 多数有机化合物在水中的溶解性差，因此水不能成为有效的反应介质。 针对上述存在的问题，化学家围绕着以水为介质的绿色化学研究，主要做了以下几 方面工作： 1 在水中稳定的试剂、催化剂。在这方面，近年来水中稳定的路易斯酸一三氟甲基 磺酸稀土盐催化剂的广泛应用就是一个典例。 2 统的有机相中的反应转入水相，或在有机相的基础上添加水，发挥水的作用，或 以水为溶剂添加少量与水互溶的极性溶剂，如：乙醇、d m s o 、d m f 、t h f 和l ，4 二氧 六环等，以达到增溶效果。 3 在水相反应中加入乳化剂( 或表面活性剂) 。一方面可以起到增溶作用；另一方 面形成胶束或微乳，发挥它的疏水效应；此外，胶束中的疏水作用对一些水敏感的试剂 可以起保护作用，这也是当前绿色化学中的一个研究热点。 从绿色化学和环境保护的角度考虑，近些年来水作为反应介质的研究逐渐受到重视 【1 4 】，水相中有机反应己成为当前绿色化学研究的重要领域。其中水相金属路易斯酸催化 有机反应有大量的研究报道，如：a l d o lc o n d e n a s t i n o 15 1 、m i c h a e l 加成【1 6 】、d i e l s a l d e r 1 7 】 反应、f r i e d e l c r a f t s 酰化【1 引、烯丙基化等反应【1 9 】；碳一杂原子键的形成如：羰基化反应【2 0 1 、 环氧【2 1 】和氮丙啶i 2 2 】的开环等。相对而言水相非金属催化有机反应报道较少。与金属路易 斯酸催化相比，非金属催化由于在后序的处理过程中没有重金属离子残留而倍受重视。 硕士学位论文 1 2 双吲哚烷烃衍生物的合成研究进展 1 2 1 双吲哚烷烃衍生物概述 吲哚类化合物在自然界中广泛存在，许多吲哚衍生物都具有一定的生理活性1 2 3 。 如双吲哚烷烃能促进人体内雌性激素的新陈代谢【2 4 1 ，能够调节某些癌细胞分泌的代谢 物，所以是一种有效的抗癌药物【2 5 1 。最近，基于吲哚衍生物和双吲哚衍生物在药物的抗 菌素领域应用刚和对陆地海底生物起源研究中不可取代的作用【2 7 】，合成吲哚衍生物和 双吲哚衍生物引起了全世晃的关注。 1 2 2 合成双吲哚甲烷衍生物研究进展 1 2 2 1 酸催化合成双吲哚甲烷衍生物的反应 通常，在酸催化下吲哚与醛或酮的反应生成一个中间体，这个中间体再与另一分 子吲哚反应生成双吲哚甲烷衍生物矧，反应如s c h e m e1 1 。 + 曰呻 + r 八r ，一 i n d o l e i _ 一 s c h e m e1 1 众所周知质子酸能很好地催化该反应，如2 0 0 3 年，m a h a d e v a n 等【2 9 1 人发现：6 一 氯代吲哚1 与醛2 在质子酸三氟乙酸、三乙基硅烷的催化下生成8 6 的双吲哚衍生物3 ， 反应如s c h e m e1 2 。 4 r o 2 h 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 a 印+ h h 0 2 t f a e t 3 s i h c 0 2 c h 3 c l s c h e m e1 2 hh 8 6 3 与质子酸一样，路易斯酸三氟甲基磺酸镧系稀土盐也能催化该反应，如w a n g s 研究 组【3 0 】发现：l n ( o t f ) 3 能够在水相中催化吲哚4 与醛或酮5 的反应，高产率生成双吲哚基 甲烷型化合物6 。实验结果表明在含水量高达l ：5 的乙醇水配比中仍得出很高的产率， 无论是吸电子还是给电子的芳香醛反应活性都很好，酮类化合物虽然反应较慢，但产率 也相当可观，且产物单一。与l n ( o t 0 3 催化不同的是，一般路易斯酸( 如b f 3 e t 2 0 或 a 1 c 1 3 ) 催化的反应产物可能比较复杂，往往无法预料，反应如s c h e m e1 3 。 r 一c n 。 56 l n ( o t f ) 3 e t o h h 2 0 r t 9 5 s c h e m e1 3 7 s h im i n 课题组研究了一系列的路易斯酸如y b ( o t f ) 3 、s c ( o t 0 3 、e u ( o t 0 3 、 z r ( o t f ) 4 、c u ( o t f ) 2 等催化吲哚4 与a ，p 不饱和酮5 的反应得到两种取代吲哚产物。 当催化剂5 m 0 1 z r ( o t f ) 4 ，溶剂为e t o h h 2 0 = 2 ：1 时，可达到3 的产物6 ，和8 7 产物7 ，反应如s c h e m e1 5 。 + 一z r ( o t 0 4 ( 5 m 0 1 ) 4s o s c h e m e1 5 3 67 h 硕士学位论文 y a d a v 3 2 】研究组在2 0 0 1 年报道了高氯酸锂能有效地催化吲哚4 和醛或酮8 等含有 羰基的化合物发生亲电取代反应，高产率获得二吲哚甲烷衍生物9 ，但反应时间较长， 尤其是缺电子的硝基取代的苯甲醛时反应时则更长，反应如s c h e m e1 4 。 + r 少憋鼍 s c h e m e1 4 hh 9 g i u s e p p e 研究组【3 3 1 报道了使用g e c l 3 7 h 2 0 - n a i s i 0 2 体系做为催化剂，能使吲哚和 取代醛、酮1 0 等含有羰基的化合物反应，在无溶剂条件下高产率地获得二吲哚甲烷衍 生物1 1 ，反应如s c h e m e1 6 。他们推测出了该反应可能发生的反应途径，如s c h e m e1 7 。 该方法已经被应用于人类肠菌代谢物s t e r p t i n d o t e 的全合成中，如s c h e m e1 8 。 g e c l 3 7 h 2 0 n a i - s i 0 2 s c h e m e1 6 + ：l s c h e m e1 7 6 一h z c | r c e 3 + c 。儿 加 四 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 9 8 m g ( c 1 0 4 ) 2 。_ i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 a c 2 0 s c h e m e1 8 c o o e t 王宏社课题组曾经报道【3 4 j i 立- - ( - - 氟甲基磺酞) 亚胺铕( i l 0 e u ( n t f 2 ) 3 ，t f = - s 0 2 c f 3 1 做催化剂，吲哚与醛( 酮) 在室温下能发生亲电取代反应，合成一系列二吲哚基甲烷， 产率为8 5 9 8 ，反应如s c h e m e1 9 。据报道，该反应方法的反应条件温和、时间短、 催化剂用量少且可以回收重复使用。 + 跹吲去等 s c h e m e1 9 后来他们很快又报道了另外一种路易斯酸催化剂一四氯化锆有效催化吲哚和醛、酮 等含有羰基的化合物发生亲电取代反应【3 卯。例如当以乙腈为反应溶剂，催化剂用为5 时，在室温下反应可以高产率获得相应的二吲哚甲烷衍生物，反应如s c h e m e1 1 0 。 + 跹弧面z r c l 4 s c h e m e1 1 0 a m b e r l y s t 一1 5 是一种易得的固体酸催化剂，2 0 0 4 年f a r h a n u l l a h 等【3 6 】人发现它在氯 仿中催化取代吲哚1 2 与一系列吡唑衍生物1 3 ，反应如s c h e m e1 1 1 。生成的二吲哚甲烷 衍生物1 4 的最高产率可达9 6 。 7 竺哦警 9社6 四 硕士学位论文 钾r r + 1 夺n 硎。等 h c 6 h 5 1 5 在2 0 0 4 年的时候，r e d d y 等人还发现有的固体酸催化剂如n a r i s 0 4 一s i 0 2 e 3 7 1 ，沸石1 3 8 1 ， 也能催化此类反应，反应如s c h e m e1 1 2 。用n a h s 0 4 一s i 0 2 时用c h 2 c 1 2 做溶剂，而沸石 则是d c m 。两者催化效果相差不大，产率大都在8 5 左右。 h r + r 少o 飓 n a h s 0 4 一s i 0 2o r 沸石 s o l v e n t ，r t s c h e m e1 1 2 1 2 2 2 其它催化剂催化合成双吲哚甲烷衍生物的反应 其它非路易斯酸催化合成- - - 4 1 哚甲烷衍生物也有报道如：2 0 0 3 年b a n d g a r 等人发现： 1 2 单质也能起到路易斯酸一样的作用，1 2 单质在乙腈中可以非常快的速度( 大约1 分钟) 高产率催化吲哚和醛、酮合成双吲哚的甲烷衍生物【3 9 1 ，反应如s c h e m e1 1 3 。虽然1 2 单 质比较便宜易得，但它易升华毒性却较大。 + r 少兰 s c h e m e1 1 3 s h a r m a 等研究了三氯三氮唑( t r i c h l o r o 1 ，3 ，5 一t r i a z i n e ，t c t ) 催化吲哚与芳香醛反应 ( s c h e m e1 1 4 ) 。它的优点是仅仅只需1 5 分钟便可反应完全，二吲哚甲烷的产率高达 9 2 4 0 1 。 t c t ( 1 0 m 0 1 ) - - - - - - - - - - - - - - c h 3 c n ，r t s c h e m e l 1 4 可起质子酸和布朗斯特酸双重作用的蒙脱石k 一1 0 也可催化该反应。蒙脱石k - 1 0 不仅便宜，还具有比同类的固体酸有更大的表面剂( 5 0 0 7 5 0 m 2 g ) ，故用它做催化剂， 不但耗时间短，还能高产率的得到相应二吲哚甲烷衍生物，反应如s c h e m e1 1 5 。 8 白 四 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 弋醇x 洲 m ，k 1 0 k l a y r t ，5 m i n - 6 h ，6 9 - 9 7 x = h ，m e ；y = h ，b r r r k h ，a l k y l ，a r y l ，c y c l o a l k y l s c h e m e1 1 5 v e n k a t e s w a m l 4 2 1 课题组曾发现非均相催化剂分子筛同样能有效催化吲哚和醛、酮等 碳基化合物的亲电取代反应，如以二氯甲烷为反应溶剂，在室温反应1 小时左右就可以 较高产率获得二吲哚甲烷衍生物( s e h e m e1 1 6 ) 。后来m u r u g e s a n 课题组也报道了类似的 研究结果4 3 1 ，此方法虽然反应很快，产率也高，但是使用的溶剂二氯甲烷的毒性很大， 污染环境，对实验人员的伤害很大。 + 一吾 s e h e m e1 1 6 hh 除了吲哚与醛( 酮) 发生反应生成二吲哚基甲烷外，吲哚与其他物质发生在路易斯 酸催化下反应生成二吲哚基甲烷也有报道。j s y a d a v 4 4 1 曾用1 0 的g a c l 3 催化吲哚5 与苯乙炔1 5 的反应，反应六小时后得到8 6 的产率的二吲哚基甲烷1 6 ，反应如s c h e m e 1 1 7 。 + 暮蓍_ p h 51 6 1 0 g a c l 3o rg a b r 3 c 6 h 5 c h 3 ，r t s c h e m e1 1 7 1 7 1 2 2 3 绿色介质中双吲哚甲烷的合成研究 上述所有反应都是在有机溶剂中进行，它们对环境都有不同程度的危害。出于可持 续发展的考虑，寻找种对环境友好无害的合成双吲哚甲烷的方法显得尤其重要。m i x u el i 觚【4 5 1 曾经报道过在离子液中d y ( o t f ) 3 催化的吲哚5 与醛酮和亚胺1 7 反应，得到相 应产物( 1 8 ，1 9 ) 的报道，反应如s c h e m e1 18 。 + r 少o 岽墨 9 hh 四 硕士学位论文 四+ r l 岱日寻 s c h e m e1 1 8 r l h1 9 r l 囝尽 2 0 早在1 9 9 8 年l o h 等人又报道了功能化的酸性离子液能在醇类溶剂中室温下也能有 效的催化吲哚和各种醛的亲电取代反应，高产率地获得- - n 哚基甲烷衍生物，而且这个 催化体系能循环使用，反应条件温和，显示出绿色化学的特征 4 6 1 。后来在2 0 0 3 年，y a d a v 研究组则发现离子液体本身就能在室温有效的催化吲哚和各种醛或酮的亲电取代反应， 高产率地获得二吲哚甲烷衍生物【4 7 l ，他们所使用的离子液体是四氟硼酸咪唑盐或六氟磷 酸咪唑盐，这些离子液不但活性好，还能循环使用。他们提出了可能的反应机理，认为 这个反应是由于离子液的阴离子四氟硼酸根活化了羰基2 0 和吲哚4 ，使得反应能顺利发 生，反应如s c h e m e1 2 0 。 j 1 5 b ，f 4 hh 弧 c o m i m l b v 4o r b m i m p f 6 s c h e m e1 2 0 1 0 h i b f 4 hh 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 l o h 等人f 4 8 1 后来又报道了在离子液中使用各种路易斯酸催化吲哚和醛酮类化合物 发生亲电取代反应，发现含结晶水的氯化铁效果最好，反应最快，能高产率地获得二吲 哚甲烷衍生物，而且这个催化体系能循环使用，不会明显降低催化活性，反应如s c h e m e 1 1 9 。 f e c l 3 6 h 2 0 _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一i t , i o n i cl i q u i d s c h e m e1 1 9 最近d e b 等人【4 9 】报道在质子溶剂中合成双吲哚烃类化合物的新方法，即：在水中 十二烷基硫酸钠( s d s ) 催化下吲哚与羰基化合物反应合成双吲哚甲烷衍生物，但底物仅 限于醛，对于酮却没有反应活性，反应如s c h e m e1 2 1 。 p h o + 八 p 1 1 、h s d s - - - - - - - - - - - - - - - - h 2 0 ，r t s c h e m e1 2 1 我组【5 0 1 报道了十二烷基磺酸( d b s a ) 水相催化吲哚与醛、酮的反应。反应结果表明 在d b s a 的催化作用下，吲哚与芳香醛、脂肪醛和脂环酮高产率得到相应的双吲哚衍生 物，反应如s c h e m e1 2 2 。 + r 少o 百d b s a s e h e m e l 2 2 从以上文献综述我们可以看出双吲哚烷烃的合成研究倍受重视，该类化合物的合一 般是在路易斯催化下，醛、酮与吲哚反应合成。文献中报道的有两方面的足：1 大多数 都是在有机相中进行，只有很少几例是在水相中完成反应；2 所使用的催化剂大都是强 腐蚀性的质子酸或金属路易斯酸。 1 3 缩醛( 酮) 化合物的合成研究进展 1 3 1 缩醛( 酮) 化合物的的简介 醛( 酮) 大多具有芳香气味，是食品，烟草，化妆品的重要原料，但由于其化学 l l 四 硕士学位论文 性质不大稳定，故人们通常将其制成缩醛( 酮) ，不仅使其性质在常温下保持稳定，同 时还能较好地保留醛( 酮) 的芳香特性【5 2 1 。 在有机合成中，将醛( 酮) 转变为缩醛( 酮) 是一种重要的羰基保护的方法，该方 法常用于甾族、糖类物质的合成1 5 ”列。此外，缩醛可用做反应中问体，能够制备采用常 规方法难以制备的化合物，从而进一步拓展了缩醛类化合物的应用领域f 5 7 1 。缩醛( 酮) 一般是在酸催化剂存在下，由羰基化合物和醇缩合而得。通常所用的催化剂主要有质子 酸，l e w i s 酸，含r h ，p d 和p t 等会属的复合物等1 5 8 - 6 6 1 。 1 3 2 缩醛( 酮) 类化合物合成方法的研究进展 由于醛( 酮) 类缩合反应的范围很广，因而它的合成研究倍受重视，其一般的反应 原理如s c h e m e l 2 3 。 r r 、i c = o + 2 r 2 0 h 兰譬蝎。 s c h e m e l 2 3 当r = h 时，为缩醛；当r ，- r 时，为缩酮；醇为二元醇时，为二嗯烷类。 缩醛( 酮) 类化合物的合成方法很多，其主要特点是使用各种催化剂加速反应，根 据所用催化剂的不同，又可分为如下两大类型： 1 3 2 1 以质子酸为催化剂 现行有机化学教科书关于缩醛( 酮) 的合成大多都是用无水的强无机酸f 6 7 】( 如硫 酸、磷酸、干的氯化氢等) 催化下醛或酮与醇反应，如： 1 对甲基苯磺酸做催化剂 朱雪华嗍等报道了对甲基苯磺酸做催化剂，甲苯做带水剂，使用环己酮和乙二醇合 成环己酮一乙二醇缩酮2 2 。环己酮乙二醇缩酮产率可达7 0 ，反应如s c h e m e1 2 4 。 c h 2 0 h + i c h 2 0 h 弋s q h a s c h e m e1 2 4 2 2 + h 2 0 王倩【6 9 1 、俞善信【7 0 1 分别报道了对甲苯磺酸催化合成缩醛( 酮) 类香料。 2 氨基磺酸做催化剂 1 2 n 芍 。0 绿色条件下三滇吡啶催化有机反应研究 张亨【7 1 1 、张富捐【7 2 1 分别报道了氨基磺酸催化合成环己酮1 ，2 丙二醇缩酮，环己 烷做带水剂，缩酮的产率高达9 9 ，反应如s c h e m e1 2 5 。 h 2 n - s 0 3 h s c h e m e1 2 5 +h20 此类反应中，以氨基磺酸做催化剂效果较好，因为该催化剂具有催化活性高，易回 收，可循环使用，减少三废污染等优点。而相对甲苯磺酸、硫酸和氯化氢气体等催化剂 而言，虽然价廉易得，催化活性高，但反应后处理比较麻烦，易产生三废污染，腐蚀设 备。 孔娥，学子攀 1 3 2 2 以非质子酸为催化剂 路易斯酸酸可增强羰基碳的正电性，有利亲核试剂( 一o h ) 的进攻，实际应用，发现 不少无机盐是这类反应的高效高选择性的催化剂，又因无机盐廉价易得等特点，直接用 芍 h i阱m 再o， h h h。傩。傩。 硕士学位论文 做催化剂有更加重要的实际意义。 1 无水硫酸铜做催化剂 王存德等【8 2 1 研究了无水硫酸铜催化丁醛和乙二醇合成缩醛，以苯做为带水剂，回 流分水，就可得到相应的丁醛乙二醇缩醛2 3 ，其收率为7 3 3 。硫酸铜催化速度较快， 后处理简单，不腐蚀设备，无三废污染，而且可以连续使用，反应女1 s c h e m e1 2 7 。 c h 2 0 h c 6 h 6 ，c u s 0 4 c 3 h 7 c h o + 占t o h j 一 s c h e m e1 2 7 2 硫酸高铈 c e ( 9 0 4 ) 2 4 h 2 0 】做催化剂 王存德等f 8 3 1 人还同样发现硫酸高铈可以催化缩醛( 酮) 反应，以苯为带水剂，以苯甲 醛合成苯甲醛缩已二醇2 4 的产率高达8 9 7 。以硫酸高铈做催化剂的优点很多，其催 化效果良好，不腐蚀设备，后处理简单，有利于环保，且可连续使用，具有一定的工业 应用价值，反应如s c h e m e1 2 8 。 c h o lc h o h h + 占h ：o h v c 6 h 6 ，c e ( s 0 4 ) 2 a s c h e m e1 2 8 + h ，o 3 氯化亚锡做催化剂 牛梅菊【8 4 】等人以非质子酸s n c l 2 为催化剂，以丁醛和1 ，2 丙二醇合成丁醛一1 ，2 丙二醇 缩醛2 5 ，带水剂为环己烷，产品收率就可达6 5 ，反应原理如下s c h e m e1 2 9 。 + h o c h 2 0 h h c 6 h f l 2 , s n c l 2ochh2c3htchoc 3 h t c h o c ：户一删，+ ：h o h _ 丕一 h ，夕h c h 3 c h l 一 4 硫酸氢钾做催化剂 梁学正【8 5 1 等人以k h s 0 4 催化环己酮与乙二醇的缩合反应效果也很好，带水剂为环己 1 4 篡 h 4 c 2 7 i c n 丫 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 6 罐：旱8 。 5 磷酸二氢钠做催化剂 刘春玲f 8 6 】等人发现n a h 2 p 0 4 为催化剂催化合成苯甲醛乙二醇缩醛效果也非常好，带 水剂为甲苯，反应时间3 h ，苯甲醛乙二醇缩醛收率可达8 6 3 。 实验结果表明：n a h 2 p 0 4 对合成苯甲醛7 _ , - - 醇缩醛具有良好的催化活性，催化剂用 量少，收率较高，并且无废酸排放，工艺流程简单，生产成本较低。因此，他们认为 n a h 2 p 0 4 是合成苯甲醛乙二醇缩醛的优良催化剂，反应如s c h e m e1 3 1 。 c h o l c h 2 0 h 众+ i ll l c h 2 0 h v c 6 i - 1 5 c h 3 ，n a h 2 p 0 4 s c h e m e1 - 3 1 +h20 6 氯化钙做催化剂 高珊等人发现以路易斯酸盐c a c l 2 催化环己酮与乙二醇的效果也很好，反应2 o h ， 反应温度为回流釜温，环己酮最高转化率为9 2 1 ，环己酮缩乙二醇选择性为1 0 0 ，反 应女f l s c h e m e1 3 2 。 c a c l 2 对缩醛反应有很高的催化活性，具有催化剂用量少，选择性高，一般在9 4 以上，后处理简单，无污染等优点。 c 6 h 12 ，c a c l 2 a s c h e m e1 3 2 + h 2 0 7 氯化锌做催化剂 梁学正【8 8 】等人发现z n c l 2 也是一种很好的路易斯酸催化剂催化环己酮与乙二醇的 缩合反应，带水剂为环己烷，反应2 0h ，环己酮最高转化率为9 1 ，环己酮缩乙二醇选 择性可达1 0 0 。 z n c l 2 对缩醛反应有很高的催化活性，用量少，转化率高，选择性好，后处理简单， 无污染等优点，反应女i s c h e m e1 3 3 。 n 丫 几芍 硕士学位论文 c 6 h 1 2 ，z n c l 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - s c h e m e1 3 3 8 三氯化铁做催化剂 f e c l 3 f 8 9 1 也被发现催化环己酮与z , - - 醇的缩合反应效果也很好，其带水剂为环己烷， 反应时间为2 h ，转化率高达9 8 5 ，选择性高达1 0 0 。 f e c l 3 对缩醛反应有较高的催化活性，催化剂用量少，而且后处理简单，反应无污染， 对环境友好，反应女i s c h e m e1 3 4 。 c l o h + i c h 2 0 h c 6 h 1 2 ，f e c l 3 s c h e m e1 3 4 厂 + h 2 0 u 9 单质碘做催化剂 杨水金咖l 等人发现单质碘也是一种很好的路易斯酸催化剂，碘的用量很少，使用环 己烷为带水剂，反应时间仅仅4 0 m i n ，合成环己酮乙二醇缩酮收率为8 6 ，反应如s c h e m e 1 3 5 。 其他多种醛或酮和醇和乙二醇在单质碘催化下效果也不错，反应时间一般在4 0 - - 6 0 m i n ，其催化合成1 0 多种缩醛( 酮) 的收率大多在4 5 , - - - 9 1 。单质碘对合成缩醛( 酮) 产品具有催化活性高、工艺流程简单、催化剂用量少、反应时间短等优点，因此，单质 碘是合成缩醛( 酮) 产品的优良催化剂，具有良好的应用前景。 c h ，o h +i c h 2 0 h s c h e m e1 3 5 +h20 1 0 杂多酸做催化剂 钨硅杂多酸h a s i w l 2 0 4 0 催化合成丁醛缩乙二醇例的效果也很好，使用环己烷做带水 剂，收率可达7 4 。该反应条件温和，后处理简便，无“三废”污染，值得推广，反应如 s c h e m e1 3 6 。 c 3 h 7 c h o + 乍h ：。h c 6 h 1 2 , h 1 4 s i w 1 2 0 4 0c 3 h 7 c h o 彳h ：+ 1 - t 2 1 1 c ho h o c h l 。一 、l 十 ， ， s c h e m e1 3 6 1 6 几芍 h h a o h h 。 。 几芍 。0 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应研究 1 1 以固载杂多酸盐t i s i w l 2 0 4 0 t i 0 2 做催化剂 杨水金【9 2 1 ，白爱民【9 3 】等有报道使用固载杂多酸盐t i s i w l 2 0 4 dt i 0 2 催化合成苯甲醛 缩l ，2 丙二醇2 6 ，反应时间l h ，苯甲醛缩丙二醇的收率可高达9 0 ，反应如s c h e m e1 3 7 。 c 6 h i 2 ，t i s i w l 2 0 4 0 t i 0 2 a s c h e m e1 3 7 o 午h z c h - o 占 占h ，+ 印 1 2 以固载杂多酸盐p w l 2 c 做催化剂 使用固载杂多酸p w l 2 c 做催化剂，合成糠醛缩乙二醇【9 5 12 7 ，带水剂使用苯，缩醛 收率可达8 5 6 ，反应掘i s c h e m e1 3 9 。 队h o + 薹：嚣拦等馐仙。 s c h e m e1 3 9 1 3 以高分子做载体催化剂 1 冉瑞成等【9 5 】首次利用高分子载体，制得四氯化锡复合物p s a n s n c l 4 作为催化 剂，发现对缩醛反应有良好的催化性能。 2 高分子催化剂聚氯乙烯三氯化铁9 7 1 催化合成丁醛乙二醇缩醛效果也不错，环己 烷作为带水剂，反应时间5 0 m i n ，收率可达8 4 聚氯乙烯三氯化铁对催化合成丁醛乙二 醇缩醛具有良好的性能，制备简单，使用方便，易于从反应体系中分离，不污染环境， 并可重复使用，是一种很有前途的高分子路易斯酸催化剂，反应如s c h e m e1 4 0 。 c 捣c h o + c h 2 0 h 竺：竺“，螂0 m + h 2 。 。 c h 2 0 h 聚氯乙烯，a o c h 2 s c h e m e1 4 0 1 4 使用离子交换树脂 d 6 1 和d 7 2 离子交换树脂【9 7 1 。d 6 1 离子交换树脂也可由于催化合成丁醛7 , - - 醇缩醛，其 产品收率可达9 0 5 ；在相同条件下运用d 7 2 离了交换树脂，反应时间1 4 h ，产品收率可 达9 1 2 。结果表明：该方法具有反应时间短，收率高，产品质量好，后处理简便， 无“三废”污染等优点，具有一定的工业化生产应用前景，用磺酸型树脂也有好的催化效 果【9 9 】，反应如s c h e m e1 4 1 。 1 7 p 阱 ，囟 硕十学位论文 c 3 h 7 c h o + c 。h 一2 0 h c h 2 0 h 1 3 2 3 其它合成方法 离子交换树脂 s c h e m e1 4 l ，o c h 2 c 3 h 7 c h 二o b h ，+ h 2 0 1 利用微波辐射合成法 龚倩等【1 0 0 】利用n a h s 0 4 h 2 0 做催化剂，经微波辐射3 m i n ( 微波输出功率为2 1 0 w ) ， 催化合成苯乙醛缩乙二醇2 8 ，缩醛收率达8 3 ，反应女h s c h e m e1 4 2 。 旷c h 。+ 王：i ： n a h s 0 4 h 2 0 m w s c h e m e1 4 2 旷幻一 2 利用分子筛催化合成法 利用分子筛为催化剂在有机合成中的研究报道日渐广泛。王存德等l l 叫利用h y 型分 子筛催化对缩醛( 酮) 合成反应进行研究。实验表明：h y 分子筛在最佳反应条件催化 环己酮与乙二醇的缩合反应，收率可达9 9 一1 0 0 ，而且催化剂具有不怕水、耐高温、制 备方便，产品分离容易，后处理简单，三废污染少。由此可见，通过n a y 改性的h y 型 分子筛在缩醛( 酮) 合成中有较高的催化活性，应用前景非常广泛。 梁学正等【1 0 1 ，1 0 2 1 分别采用h m c m 2 2 沸石分子筛或沸石催化对7 , - - 醇与环己酮等 1 0 种醛、酮的缩合反应进行研究，研究表明h m c m 2 2 沸石分子筛对该缩合反应有较好 的催化活性和选择性。 3 以室温离子液体为反应介质和催化剂 张帆等【m 3 】等研究报道了