（有机化学专业论文）路易斯酸作用下羟甲基环丙酰胺的反应研究.pdf

摘要 自从w i l l i 锄h e n r 、，p e r k i n 在慕尼黑杰出有机化学家a d o l fv o nb a e y e r 的实验室首次 合成三元环衍生物以来，其发展已经经历了1 2 0 多年的历史。那时，在所发现的天然产 物中，除有少许含五元环的片段外，主要以六元环的形式存在，人们还没意识到三元环 化合物在自然界中广泛存在。1 9 0 9 年，著名有机化学家o t t ow a l l c h 在他的著作t e 叩e n e s 锄dc 锄p h o r 一书中揭示桧萜和崖柏烯类化合物中含有三元环结构。1 9 2 4 年，s t a u d i n g - e r 和r u z i c k a 发现了第一个被证实含有三元环结构的具重要生物活性天然产物 c h r v s a n t h e m i c 酸，以后，发现天然产物中含三元环片段的数量逐年增加。 早在1 8 8 5 年a d o l f v o nb a e y e r 提出张力学说，三元环有较大的张力，但是它还是较易 形成。多数含三元环片段的化合物是通过1 ，3 一消除获得的随着卡宾化学的发展，很大 一部分含三元环的化合物通过卡宾对烯烃的加成获得。随着光化学及其它合成手段的 发展，现在绝大多数化合物中含三元环结构片段能够被合成。 环丙烷衍生物较大的张力决定其具有较高的反应活性，自从1 9 2 0 年c l o k e 第一次报 道环丙基酮在硫酸作用下生成二氢呋喃衍生物以来，人们对环丙基酮类化合物的开环反 应进行了大量的研究，而相对来说，对环丙基酰胺的关注得较少。 b 一羟基环丙酰胺结构既含有环丙酰胺片段，又含有环丙甲醇结构。在酸性条件下， 环丙甲醇可形成环丙甲基碳正离子，既可通过环丙基开环形成环丁基碳正离子，又可使 环丙基开环形成高烯丙基碳j 下离子，据有较高的反应活性。 本论文从同一底物b 一羟甲基环丙基酰胺出发，以s n c l 4 n a i n e t 3 ，b f 3 0 e t 2 ，和 骶c l 加咂t 3 为催化体系，分别以较高产率获得了亚胺内酯，二氢化喹啉酮，和内酰胺。 关键词：发散合成；亚胺内酯；二氢化喹啉酮；内酰胺；羟甲基环丙基酰胺 a b s t r a c t t 1 l ec h e m i s t r yo ft h r e e m e m b e f e dr i n g sh a sc o m eal o n g w a yi nt h e12 0o d dy e a r s ，s i n c e t h ef i r s tc y c l o p r o p a n ed e r i v a t i v e sw e r es y n t h e s i z e db yw i l l i a mh e n r yp e r k i ni nm u n i c hi nt h e l a b o r a t o r yo ft h ee m i n e n tc h e m i s ta d o l f v o nb a e y e r a t t h a tt i m e ，o n l ys o m ef i v e a n dm a i n l y s i x m e m b e r e dr i n g sh a db e e nf b u n di nn a t u r a lp r o d u c t s ，a n dn o - b o d yw o u l dh a v ea n t i c i p a t e d t h a tc y c l o p r o p a n e sa r ea c t u a l l ya b u n d a n ti nn a t u r e i nh i sb o o k “t e l p e n e sa n dc a m p h o r ， o t t ow a l l a c h ，a n o t h e re m i n e n tc h e m i s to fh i st i m e ，i n1 9 0 9a l r e a d ys u m m a r i z e dt h ec h e m i s t r y o ft e 巾e n eh y d r o c a r b o n sl i k es a b i n e n ea n dt h u j e n ei nw h i c hh ei d e n t i f i e d c a r b o c y c i i c t h r e e m e m b e r e dr i n g s c h r ) ，s a n t h e m i ca c i d ，w h i c hw a si d e n t i f ：i e db ys t a u d i n g e ra n dr u z i c k a i n1 9 2 4 ，w a sp r o b a b l yt h ef i r s tn a t u r a lp r o d u c tc o n t a i n i n gac y c l o p r o p a n e m o i e t yt h a t e x h i b i t e da ni m p o r t a n tb i o l o 酉c a l a c t i v i t y e v e rs i n c e ，t h en u m b e ro fn e w l yd i s c o v e r e d c y c l o p r o p a n en a t u r a lp r o d u c t sh a sb e e ni n c r e a s i n gf r o my e a rt oy e a r 1 n h i si n d i c a t e st h a tt h et h r e e m e m b e r e dc a r b o c y c l e ，d e s p i t ei t ss i g n i f y a n tr i n gs t f a i n ， a t t r i b u t e dt 0i ta se a r l ya s1 8 8 5b ya d o l fv o nb a e y e f ，c a nb ef o m e dr a t h e re a s i l y m o s to ft h e s i m p l ec y c l o p r o p a n ed e r i v a t i v e sa r ea c t u a u yp r e p a r e db ys u c h1 ，3 - e l i m i n a t i o nr e a c t i o n sa g r e a ta d v a n c ei nt h es y n t h e s i so fc y c l o p r o p a n e sw a si n i t i a t e dw i t ht h ed i s c o v e r yo fc a r b e n e a d d i t i o n st oa l k e n e si n 19 5 5，a n di ti sm a i n l yd u et ot h er a p i dd e v e l o p m e n to fc a r b e n e c h e m i s t r yi nt h es e c o n dh a l fo ft h e l a s tc e n t u f y ，b u ta l s ot on e wp h o t o c h e m i c a la n do t h e r s t r i k i n 舀ys i m p l et r a n s f o - m a t i o nl e a d i n gt ot h r e e m e m b e r e dc a r b o c y c l e s ，t h a ta l m o s t 衄yl 【i n d o fs t r u c t u r ea p p e a r st ob ea c h i e v a b l ei nc y c l o p r o p a n ec h e m i s t r yn o w a d a y s c y c l o p r o p a n e sa r ee x t r e m e l yv e r s a t i l eb u i l d j n gb l o c k si no r g a n i cs y n t h e s i so w i n g t ot h e i r r e a d ya c c e s s i b i l i t ya n d9 0 0 dr e a c t i v i t y s i n c et h ef i f s t r e p o nb yc l o k ei n 1 9 2 9t h a t c y c l o p r o p y lk e t o n e s c a nb et r a n s f o 姗e di n t o d i h y d r o f u r a i id e r i v a t i v e s ， t h es y n t h e t i c a p p l i c a t i o n so fc y c l o p r o p y lk e t o n e sh a v eb e e nw e l ls t u d i e d ，c o m p a r a t i v e l ya l t h o u 曲t h e s t u d i e so nt h es y n t h e t i cu t i l i t yo fc y c l o p r o p y l 锄i d e sa r er e l a t i v e l yf e w e r f - i m i n o l a c t o n e s ，d i h y d r o q u i n o l i n 一2 一o n e s ，a n dg l a c t a m e s h a v eb e e ns y n t h e s i z e ds t a r t i n g f 幻m 五- h y d r o x y m e t h y l c y c l o p r o p a n y l 锄i d e s ，m e d i a t e db ys n c l 4 n a i n e t 3 ，b f 3 o e t 2 ，a i l d t i c l 4 n e b t h ec o r r e s p o n d i n gp r o d u c t sw e r ep r o d u c e d ，r e s p e c t i v e l y ，i nh i g ht oe x c e l l e n t y i e l d s b - h y d r o x y m e t h y l c y d o p r o p a n y l 锄i d e sh a v et h es t m c t u r ec h a r a c t e r so fb o t hc y c l o p r o p y l 锄i d e s ，a n dc y c l o p r o p y lc a r b i n 0 1 o nt r e a t m e n tw i t ha na c i d ，c y c l o p r o p y lc a r b i n y lc a t i o n i n t e 姗e d i a t ec o u l db ef o r m e df 幻mc y c l o p r o p y lc a r b i n 0 1 t h i sc a r b o c a t i o nw i l lu n d e r g oe i t h e r r i n ge x p a n s i o nt o 酉v eac y c l o b u t y lc a t i o no rr i n gc l e a v a g et o 酉v eah o m o a l l y lc a t i o n 8t 0 r e l i e v er i n gs t r a i n n k e y w o r d s ： d i v e 唱e n ts ”t h e s i s ； l m i n o l a c t o n e s ；d i h y d r o q u i n o l i n 器；l a c t a m e s ； h y d r o x y m e t h y l c y c l o p r o p a n y l a m i d e s l h 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，也不包含为获得东北师范大学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 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学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、缩印或其它复制手段保存、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： 日 期：耻多丁 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：丕基蓟 日 期：巡：垒石。d 弓 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 己i 吉 ) i目 环丙烷及其衍生物由于其性质较活泼，是一类非常有用的有机合成中间体，其高选 择性开环反应及应用一直是有机合成化学的热点研究领域。自从w i l l i 锄h e i l r yp e r k i n 在 慕尼黑杰出有机化学家a d 0 1fv o nb a e y e r 的实验室首次合成三元环衍生物以来，其发展 已经经历了1 2 0 多年的历史。【1 l 早在1 8 8 5 年j b a e y e r 提出张力学说，认为s p 3 杂化的碳与 其他四个原子成键的角度应是1 0 9 5 。，而三角形的环丙烷是6 0 。，因此成环时需压缩键角 以适应环的几何构型。压缩产生角张力，使环不稳定，易丌环。b a e y e r 对小环化合物性 质解释迄今仍是正确的，但对角张力的解释现已更换新的内容。 近年来根据量子力学计算及对x 射线衍射的电子云密度图的研究表明：环并烷的电 子云的重叠不在相连碳原子的轴线上，而在环外，形成一个弯曲的键。c c c 键角1 0 5 5 ，h c h 键角l1 4 ，c c 键长比正常的键( 0 1 5 3 n m ) 略短，为0 1 5 2 n m 这是由于环烷烃 的碳s p 3 杂化轨道成键的，两个键之间的夹角为1 0 9 5 时，碳与碳的s p 3 杂化轨道才能 达到最大重叠。环丙烷的几何构形要求碳原子之间的夹角为6 0 。，这时的s p 3 杂化轨道 不能沿键轴进行最大重叠，环碳之间只能形成一个弯曲的键，使整个分子分子翔拉紧的 弓一样有张力，具有此张力的环易开环，恢复正常键角的性质。 环丙烷的构型如下图： 专多爿 h h 由于环丙烷的特殊结构特点，环丙烷衍生物的合成及其多样性反应一直是有机合成 化学的热点研究领域。 东北师范大学硕士学位论文 一、天然产物中的环丙烷类合物 在w i l l i a mh e n r vp e r k i n 【1 j 首次合成环丙烷之前，在所发现的天然产物中，除有少许 含五元环的片段外，主要以六元环的形式存在，当时人们还没意识到三元环化合物在自 然界中广泛存在。1 9 0 9 年，著名有机化学家o t t ow a l l c h 在他的著作t e r p e n e sa n d c a m p h o r 一书中揭示桧萜和崖柏烯类化合物中含有三元环结构。1 9 2 4 年，s t a u d i n g e r 和 r u z i c k a 发现了第一个被证实含有三元环结构的具重要生物活性天然产物c h r v s a n t l l e m i c 酸。l ”l 从此以后，发现天然产物中含三元环片段的数量逐年增加。1 5 ，6 l 在1 8 8 5 年a d o l fv o nb a e v e r 提出张力学说，三元环有较大的张力，但是它还是较易形 成。1 7 】多数含三元环片段的化合物是通过1 ，3 一消除获得的。1 8 9 j 随这卡宾化学的发展， 很大一部分含三元环的化合物通过卡宾对烯烃的加成获得。1 1 0 j 随着光化学及其它合成 手段的发展，现在绝大多数化合物中含三元环结构片段能够被合成【1 1 ，1 2 l 随这天然产物 结构越来越多的被确定和人工合成，很多物质结构中含有三元环结构。1 9 9 0 年y 0 s h i d ae t a 1 分离出具有高生物活性的f u n 西c i d ef r 一9 0 0 8 4 8 含有五个三元环片段。1 1 3 l h db h k e p e re ta l 通过生物合成方法合成出下面化合物具有重大研究价值。1 1 4 1 利用光化学反应合成的具有生理活性的环阿屯醇( c y c l o a r t e n 0 1 ) 1 1 5 ，1 6 l 2 东北师范大学硕士学位论文 环丙烷类合物的合成方法 一环丙烷类化合物的生物合成法 1 ，通过碳正离子重排形成环丙烷 利用碳正离子对共轭双键、烯丙基、双键或者在碱性条件下对甲基的亲核进攻可形 成环丙烷( 如下图中a d ) 国k 旺毪二垒 ( b ) 却赢犯 ( c ) d # 。吏一蝻 ( 1 ) 烯丙基或高烯丙基环化 高烯丙基的环化反应主要是通过类异戊二烯的重排反应得到，特别是在天然产物 的合成中运用的较多。例如，双环单萜类化合物在天然产物中占有重要地位，是一种 常见的结构单元，在松烷类化合物环丙烷的合成中，利用磷酸酯易离去的性质，同时 伴随环化过程，形成萜品基碳正离子，接下来c 4 上的氢发生1 ，2 一迁移，同时双键进 攻c 4 阳离子形成环丙烷，最后双键转移失去氢离子而形成最中产物( 如下图所示) ： 3 东北师范大学硕士学位论文 f ! 良旷鱼j 熏一史 在r i e d e r 【1 7 l 等人利用生物合成法合成v e m l c o s a n 2 b o l 时，机理研究证明：他们 也是利用磷酸酯离去形成碳正离子，然后发生串联反应，其中在形成环丙烷时利用双 键对碳正离子亲核进攻环化，并且具有手性诱导作用，如下所示： 一。 锣一蚴 v e 舢c o s a n 2 b o l 以上的研究均在分子内反应形成环丙烷，同时也可利用双分子缩合反应，首次运用 于胆固醇和类胆固醇的第一步仿生合成研究。1 1 8 l 两个f p p 分子头对头的缩合形成具有生 理活性的化合物p s p p 【1 9 。2 3 1 ，认为可能经历如下两种机理( a 和b ) ： 机理a ： 机理b ： p l m 篷呈逢p 炉埘蛐堡鳓 h o o c 煅 瓴鼬髑 絮舛一尸x 砖 删、 h 生 c a v e n e y l 3 0 1 等人也利用过度金属催化合成了一系列具有生理活性的产物。 h 浆h 筘 y：芦 叭 ，蛳 锄 麓7 帕 东北师范大学硕士学位论文 4 、光引发的环丙基化反应 光引发的环丙化反应在天然产物的合成中运用的较多，从软体动物中提取的化合物 面s p a t e n e 和e r i s p a t e n 。在合成过程中运用了光化学合成手段，具体如下： 二、其它类型的环丙烷类衍生物的合成方法 1 、线性骨架类环丙烷衍生物的合成 在多环结构中，双环环丙基有机化合物是最简单的一类，在此本论文就其常见 的合成方法做简单的归纳。主要有以下四种方法： 沪c i 删 吵1 a 。毯： ： 彳。萨 在多环化合物中环丙烯类化合物由于其化学性质比较活泼，在合成上具有一定难 度。c o n i a 等人报道了从卜环丙基一卜氯环丙烷出发在氨基钠的作用下生成了含有环丙烯 取代基的线性环丙烷类化合物，如下图： 8 鼍 东北师范大学硕士学位论文 ) 矿、s i m e 3 e 蝴g 错、 c i t l 0 护惕e t 2 0 一7 84 c f ，t 3h 2 ) m g c l ，k e l 3 。c h 2 c 1 7 o 。c 3 h 9 3 lt 队fm d i 螂m 婚4a 5 4 ll n g i y 獬， t 甜 卜_ 柚 c 玲s i o m s b r e s l o w l 3 1 1 等人从环丙烯盐出发在锌的作用下，得到了环丙烯的偶联产物，再在加 热条件下生成多取代的苯类衍生物，有趣的是当环丙烯上的一个取代基发生变化时，不 能得到偶联产物，而是直接的到多取代的苯类衍生物，如下： 禚敞嚣阳强阳 x 禚xn o 三敞： s z e i m i e s 【3 2 1 等人第一例报道了利用铜盐做催化剂，实现了含有硅基取代基的环丙烯的 偶联： x 漱3 【c 霹卜一之0 稠环化合物在天然产物和药物化学中占有重要的地位，如何构建稠环成了天然产物 化学家和合成化学家的一大挑战，而在天然产物中，环丙烷又是较常见的片段，引起人 们的广泛关注。h o p f 【3 3 】等人从简单底物出发，在光照条件下获得环丙烷类的稠环化合物： 9 东北师范大学硕士学位论文 2 、非线性环丙烷的合成 豢 旧u _ - _ - - - _ - - -l ， 2 0 c1h t 由h a r t 【3 4 】等人第一例报道的由环丙烷基锂与酮反应制得三环丙基甲醇，后由 t r e m p e r 【3 5 l 等人在其工作基础之上对三环丙基甲醇进行还原得到三环丙基甲烷。 爨2 0 o _ 2 口。c ， 兰! 垒 c f 3 c 0 2 h e 3 s i h o h 旦匕盟：塑b 在实现多环之间的偶联时，从胺出发制得重氮盐，再通过偶联反应是一种很有效 的手段，例如在制备六环丙基乙烷时就采用了以上方法： 且 3 8 罂l ! 兰：i 墅 a 2 ) 以上反应中光照比加热获得的产率要高。 尽管以前人们报道了几种四环丙酯基甲烷的合成，但四取代环丙基甲烷直到2 0 0 1 年才被人们合成，采用p d ( o a c ) 2 为催化体系( 反应如下) ： c 嘞n 2 ；n q 呦2 坠殳：兰壁= 兰墨羔。 搴2 3 、含环丙基的笼状化化合物的合成 在形成笼状化合物中，比较有趣的是，从环丙基乙酰丙酮出发，现发生双分子偶 联，在m e 3 s i c l 作用下，生成不对称的笼状化合物1 3 6 1 ： 必镶一蝾一或署谁 s 0 n g e 【3 7 l l 研究组用多取代的环丙基亚胺类化合物在n h 4 c 1 作用下生成了大环 含氮笼状化合物 1 0 孚 凡 陟 东北师范大学硕士学位论文 三、环丙烷类化合物反应研究 早在1 9 7 5 年意大利化学家f m a c c h i a 【3 8 】就对环丙烷进行开环反应研究，他以非活化 的环丙烷为研究对象，以系列汞盐为催化剂，最后发现h g ( o o c c f 3 ) 2 的效果最好，以 c h c l 3 为溶剂，最终产率达到8 2 5 ，反应机理如下： 随后一年，另一位意大利化学家对单活化的坏丙烷进行研究，发现以嘧啶盐酸盐为 催化剂f 捌，对坏丙基酮或环丙基亚胺进行开环取得较好的效果，但是在他的研究中底物 的结构受限： xx x o x - n 0 h 盼托、a l x 一0 x k 勺辩 在前人的基础之上，1 9 8 3 年美国化学家【加】也利用汞盐为催化剂，对非活化的环丙烷 进行研究，发现环丙烷具有立体和区域选择性，他提供了一种具有很高立体选择性的合 成内酯的合成方法，但是对某些底物的选择性较低，反应如下图： 熟燃 坶 彤 删 子 子 东北师范大学硕士学位论文 具有选择性的内酯的合成： 哎哪舡 气一沈嘞。酶撕箱n h ，i v q ” l u 口4 作者认为：之所以有选择性是因为底物中的羧基或酯基与分子中另一端的取代 基相互作用，过渡态如下图： f j a 上i r at a i 【4 1 l 研究小组也对非活化的环丙烷进行研究，以z n l 2 为催化剂，通过重水实 验证明了中间体经历了有机锌化物的历程，重水实验如下： 咎：专芍糖一伊旱伊h 胁阳瓣阳 t 毋相ll 勾一阳 r = t b o m 82 。s：， 只；m e3 6： 反应过程经历了1 ，2 迁移历程，机理如下： 邑一怪 1 9 8 2 年d i e t e r 【4 2 】研究组对环丙基酮类化合物进行研究m e ，s i c l n a b r ，m e ，s i c l n a b r ， m e s i c l n a i 为另一种为反应物，c h 3 c n 为溶剂，发生亲核取代反应，生成了氯代、溴代 和碘代酮类化合物，反应过程及机理如下： 东北师范大学硕士学位论文 r。一e o 沙r n 以一k u 且r o g a w a 【4 3 j 研究小组报道了乙烯基环丙烷与有机硫、有机硒的反应研究，研究发现当 在波长超过3 0 0n m 的条件下，乙烯基环丙烷与二苯基硫和二苯基硒发生自由基反应，反 应可以在双键上发生，但主要在环丙烷上发生，反应机理如下： ，押舢n m f 阳s b + 期s 睨丽若f 一 1e 删v e q u l v 1m ，2 5 。c 5b t o 。5 m ) 入丫 8 p h +p h 8 搴、一吣 s p h p h 8 占 4 2 4 暇眩掌7 魄m 1 8 髂 ； 阶眺| t 懒1 s p h 一。m s p hi 2 0 0 1 年t u r o s f 4 q 小组对硅基取代的乙烯基环丙烷进行了研究，据以前报道烷基取代 的乙烯基环丙烷在加热条件下进行异构化反应( 如下) ： a h u 夕 ，学打d 母，砖 憾a c t l o n j 卜飘蝴 八 战厂_ 彩 n 田 e x p a n 勘o n 对与硅基取代的环丙烷，反应重排之后， 物构型有较大的影响，产物以反式构型为主。 1 3 介氏 i c h 3 产物的构型较为固定，取代基不同，对产 反应如下： 搿 东北师范大学硕士学位论文 哨澎 r r 警一喇令舻l序r。、r”旁as；a 、r m 该反应对底物的构型也有要求，底物中硅基与烯基处于反式的话，反应不能发生： r e f 撕n 裔 型! 竺豫a c l 蜘 1 9 9 8 年m a d s e n l 4 5 l 研究组对1 ，2 一环丙基糖类化合物与醇在过度金属铂催化下，实现对 非活化的环丙烷在过度金属催化下与亲和试剂的反应，具体反应如下： 鞭固c 蝴l 弦dr i l l 纠。p 铷斑go fc 驰l = o p f o p 蛐舫 o 掣3 篱2y 。丫。r 胃景嵌二 反应机理如下： 了 印一甲p i l | i ) 。 3 l 。 jr 嘣么剃 r ? 三2 4e 0 2 钿 兰玲辩r c p a g e n k o p f 【卅小组在研究c a n a d e n s 0 1 i d e ，s p o r o t h r i o l i d e ，a n dx y l o b o v i d e 几种药 物的合成时，第一例报道了烯糖重氮类化合物在铜为催化剂的条件下，实现分子内的环 丙化反应，随后在z n c u ，t h f 条件下对环丙烷实行开环成内酯类化合物： 1 4 噶 洲l 叫 +弋 等 o o 东北师范大学硕士学位论文 2 0 0 7 年化学家i n a b a l 鹌l 报道了双活化的环丙烷在碱性条件下与含氮五元杂环类化 合物的分子间的 3 + 2 环化反应反应及机理如下： 辞粥 e w g x 。 2 0 0 7 年w e s t f 4 9 】小组报道了在a g b f 4 为催化剂，c h 3 c n 为溶剂，在回流条件下，二氯代环 丙烷发生n a z a r o v 反应： 1 9 2 9 年c 1 0 k e 第一例报道环丙基酮能转化成二氢呋喃衍生物以来，环丙基酮在合成 应用获得了很好的研究和发展 1 9 6 9 年由p i t t m a n 【5 0 】等人研究环丙基酮的过程中，在强酸性条件下只有氧质子化 的产物，当环丙甲基酮加入到浓度为9 0 的硫酸中，获得了定量的氧质子化产物，当加 热到8 0 度时，经过4 5 m i n 反应后，转化为最终产物2 一甲基二氢呋喃。其反应的具体过程 如下： 在文章中阐述了反应机理，认为可能有三种反应机理：第一种认为先对三元环质子 化，而后三元环开环，形成碳正离子，氧原子对碳正离子进行亲核进攻形成产物；第二 种认为对三元环中两碳原子质子化，但三元环不开环，形成环丙基离子，氧原子对碳正 离子进行亲核进攻形成产物；最后一种认为对三元环质子化，同时氧原子亲核进攻形成 产物，具体机理如下图： 步z x 下害凡嘧 ，之 嘿 ，娘h 竺等最l v a芦一3 妙 东北师范大学硕士学位论文 泠嘶导捡喁氅魂 扎 1 9 8 0 年础o n s o ，m e 1 5 1 1 等人在加热条件下及光照条件下对环丙基酮类化合物进行研 究发现：如果三元环上取带基具有立体选择性时，在加热光照条件下，最终形成的二氢 呋喃上的取代基也具有立体选择性，如下： j - 翱免o 氏夸奴。 a 霉+ h 弁 2 0 0 1 年由v e e j e n d r aky a d a v 【5 2 】小组报道的硅类有机化合物取代的环丙基酮类化合 物在币c 1 4 催化下，也c h ：c 1 。为溶剂的条件下，反应具有区域选择性，首先t i c l 4 对羰基氧 进行配位，从而活化三元环，三元环在靠近硅的一边断裂，而得到产物二氢呋喃类化合 物反应如下： r 1 其反应机理如下： 1 6 东北师范大学硕士学位论文 r ，萎i 。l s i 鲰2 博u 2 0 0 6 年h 锄s g - n t h e rs c h m a l z f 5 3 】研究组在对含要炔基取代基的环丙基酮类化合物 研究时在a u ( i ) 的作用下，利用a u ( i ) 先对炔进行配位活化，羰基氧对炔基进攻，从而 活化三元环，开环，形成并呋喃类化合物，反应及机理如下： 反应机理： 外曝棚西 m e o 扣f 2 e 口i lt7 c h ，c ，r t 、 一一j) 22 上l l 期妒蚺p l ； 匕 ， 吐f & j in 嚏j 警馕& 伽二g p尹 a u l ，r 。，n 小hn t l n u o 、义只 柏f c o o b 2 ，t b u 0 k l o i u e n e 9 0 。c 2 等 c r o 同年由s e n s u k eo g o s h 和h i d e ok u r o s a w a l 5 5 】小组报道，由n i ( 0 ) 催化的环丙基酮的反 应，研究证明n i ( o ) 对羰基邻为的环丙基进行活化，然后进行氧化加成生成一个含有镍 的二氢吡喃类化合物，然后对e 环戊烯酮进行插入，在反应过程中，氧化加成及对烯烃 的插入是两个最重要的过程，反应及机理如下 1 7 东北师范大学硕士学位论文 1 8 n1o - n 2 0 0 7 年印度科学家p e r u n c h e r a l a t h a n ，h i l a 【删对环丙基酮的研究中，首先对含有 吲哚的烯酮类化合物与硫叶立得反应制备得到环丙基酮类化合物，如下： r b 二矗尝r 一 然后在质子酸或在路易士酸作用下获得多环化合物，产物随三元环在吲哚上取代基位 置不同而不同，但是对于有些反应物反应的区域选择性不是太高，而得到混合物。如下： q 甜七 2 0 0 7 年我们课题组报道了双活化的环丙烷在s n c l 4 为催化剂，在二甲苯中反应， 以高产率得到具有天然产物母核的呋喃并喹啉结构，反应经历了环丙基开环再环合过程 f 5 7 1 ，具体过程如下： 机理如下： 舻 r a l l 必键一譬：一舻镪： a 垫 s n c 毫4 蛇i 拶 、卫 妒 舻 ， 警 0 0 矿奄醉强；确 东北师范大学硕士学位论文 妒| h 2 0 酽| i 丽蒜r 2 r 5 s n 瓯 一一h 2 0 同年d o n g 【5 8 】研究小组也以双活化的环丙烷为研究对向，与p o c l 3 和d m f 反应，生成 多取代的嘧啶酮类化合物，且产物结构与p o c l 3 的量密切相关。 o o 公n h p o c l d m f ，o oe q u 知)o 呶矿、，眦4 c i a v 6 h ：h 乒i 夕n ，呲h c 。眠 随后他们又报道了环丙基肟与p o c l 3 的反应【5 9 1 ，产物结构与反应体系的溶剂有较大的 关系： 卜n ， 詈瘿詈 同年s h i 【删研究组利用环丙基酮与丙二烯反应，以t m s o t f 为催化剂，c h 2 c l c h 2 c l 为溶剂，生成苯并吡哺酮类化合物： r 吖1 硼 t a 哪 ，o 稍槲 m褂第捌n吖 以环丙基酮类化合物为研究对象的较为常见，但对环丙酰胺的研究较少。s h i l 6 1 l 研究组一环丙基酰胺为底物，在p ( p h ) 3 和c b r 4 为催化剂，生成内酰胺： 反应机理： 如 r n h 2p h p ，c x 4 m c c n 6 钉 1 9 】旦p 司 x方矗 东北师范大学硕士学位论文 2p h j p+c x 4 。- i ，缸 p x ： + p h j p 互c x ? p 孙 队埝 购 r - 一n ? 一鞭，p x c h x 2l i 蕙 一 脚b l hh 芰二书 掣k x 三誓跏t t x 2 0 0 1 年法国科学家d o r i s l 6 2 1 在研究环丙甲醇类化合物时发现：在酸催化下，环丙 甲醇类化合物可经历两种反应途径，第一种是环丙基开环形成环丁基碳正离子，第二种 是开环形成高烯丙基碳正离子： a 囝 口 囝 夕 于是他从一类结构特殊的底物出发，在酸催化下形成多环环丁烷类化合物，反应及 机理如下： 婶髓器 8 f ，。c 暇耘 c i 够b 【一一【 p i r a s 【6 3 l 研究组在天然产物( c u p a r e n o n e ) 全合成时，中间最关键的一步也是利 2 0 嗥 东北师范大学硕士学位论文 用环丙甲醇开环重排成环丁烷一步： 嘭c 簪吒憋 ，o 2 0 0 4 年l i l 叫小组在合成多官能化的烯丙硅基化合物时，利用了环丙甲醇类化合物在酸 性条件下开环形成高烯丙基碳正离子这一性质： 塑警r g t 2 0 0 5 年l i i 咧小组在研究环丙甲醇类化合物开环反应是发现：在c e c l 3 7 h 2 0 n a l 为催 化剂，c h 3 c n 为溶剂的条件下，开环产物具有高度的立体选择性( e z 能高达1 9 ：1 ) ： 有如此高的立体选择性原因如下： 2 l x 一 佩 一 巾 | | 习 w 以 r 屯旧旷黟。巾嘏 竺 一 v景p茹。 v 岳p p 东北师范大学硕士学位论文 四、本论文题目的选择 一、选题依据 在对文献归纳、总结及我们组利用双活化的环丙烷在s n c l 4 的活化作用下，高产率 得到具有天然产物母核的呋喃并喹啉结构的基础上，我们将双活化基团中的一个羰基还 原成羟基，研究其在l e w is 酸条件下的开环环合进行反应。 二，选题目的及意义 呋喃并喹啉、氢化呋哺并喹啉和喹啉及衍生物在天然产物化学和药物化学方面占有 很重要的地位，历经长时间的研究，发展了几种经典的合成喹啉及其衍生物的方法，主 要有：s k r a u pzh 合成法，c 0 m b e sa 合成法，b i s c h l e r a - n a p i e r a l s k ib 合成法及s p e n 酉e r 合成法。 在我们小组工作基础之上，我们以羟甲基环丙酰胺为底物，研究其在l e w i s 酸的条 件下开环再环合反应。预期产物为有机合成上是很重要的中间体：多取代的亚胺内酯及 内酰胺，这两类化合物还是药物和天然产物中是常见的片段结构，故具有较大的研究价 值。 五、仪器及试剂 仪器 ， w 岖l nu n l r 0 5 0 0m h z 核磁共振仪( 内标t m s ，溶剂c d c l 3 ) ；m a g n a i r5 6 0 型红外光谱仪( k b r 压片法) ；a 百l i e n t1 1 0 0l c m s d 型质谱仪；p e - 2 4 0 0 自动元素分析 仪；常用实验仪器( 略) 。 试剂 试剂名称 无水碳酸钾 乙酰丙酮 1 ，2 二溴乙烷 碘甲烷 溴乙烷 二甲基甲酰胺 氢氧化钠 碳酸氢钠 浓硫酸 二氯甲烷 纯度 a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r 生产厂家 沈阳市新西试剂厂 上海化学试剂公司 北京化工厂 北京化工厂 上海化学试剂公司 天津市化学试剂厂 上海化学试剂公司 开原市化学试剂厂 北京化工厂 天津市化学试剂厂 东北师范大学硕士学位论文 用环丙甲醇开环重排成环丁烷一步： 嘭c 簪吒憋 ，o 2 0 0 4 年l i l 叫小组在合成多官能化的烯丙硅基化合物时，利用了环丙甲醇类化合物在酸 性条件下开环形成高烯丙基碳正离子这一性质： 塑警r g t 2 0 0 5 年l i i 咧小组在研究环丙甲醇类化合物开环反应是发现：在c e c l 3 7 h 2 0 n a l 为催 化剂，c h 3 c n 为溶剂的条件下，开环产物具有高度的立体选择性( e z 能高达1 9 ：1 ) ： 有如此高的立体选择性原因如下： 2 l x 一 佩 一 巾 | | 习 w 以 r 屯旧旷黟。巾嘏 竺 一 v景p茹。 v 岳p p 东北师范大学硕士学位论文 四、本论文题目的选择 一、选题依据 在对文献归纳、总结及我们组利用双活化的环丙烷在s n c l 4 的活化作用下，高产率 得到具有天然产物母核的呋喃并喹啉结构的基础上，我们将双活化基团中的一个羰基还 原成羟基，研究其在l e w is 酸条件下的开环环合进行反应。 二，选题目的及意义 呋喃并喹啉、氢化呋哺并喹啉和喹啉及衍生物在天然产物化学和药物化学方面占有 很重要的地位，历经长时间的研究，发展了几种经典的合成喹啉及其衍生物的方法，主 要有：s k r a u pzh 合成法，c 0 m b e sa 合成法，b i s c h l e r a - n a p i e r a l s k ib 合成法及s p e n 酉e r 合成法。 在我们小组工作基础之上，我们以羟甲基环丙酰胺为底物，研究其在l e w i s 酸的条 件下开环再环合反应。预期产物为有机合成上是很重要的中间体：多取代的亚胺内酯及 内酰胺，这两类化合物还是药物和天然产物中是常见的片段结构，故具有较大的研究价 值。 五、仪器及试剂 仪器 ， w 岖l nu n l r 0 5 0 0m h z 核磁共振仪( 内标t m s ，溶剂c d c l 3 ) ；m a g n a i r5 6 0 型红外光谱仪( k b r 压片法) ；a 百l i e n t1 1 0 0l c m s d 型质谱仪；p e - 2 4 0 0 自动元素分析 仪；常用实验仪器( 略) 。 试剂 试剂名称 无水碳酸钾 乙酰丙酮 1 ，2 二溴乙烷 碘甲烷 溴乙烷 二甲基甲酰胺 氢氧化钠 碳酸氢钠 浓硫酸 二氯甲烷 纯度 a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r 生产厂家 沈阳市新西试剂厂 上海化学试剂公司 北京化工厂 北京化工厂 上海化学试剂公司 天津市化学试剂厂 上海化学试剂公司 开原市化学试剂厂 北京化工厂 天津市化学试剂厂 东北 币范大学硕士学位论文 无水乙醇 无水硫酸镁 石油醚 无水乙醚 硅胶g ( 柱层析用) 氨甲酰丙酮 乙腈 对硝基苯甲醛 间硝基苯甲醛 对氯苯甲醛 对氟苯甲醛 对苯二甲醛 邻氟苯甲醛 苯甲醛 对甲氧基苯甲醛 间甲氧基苯甲醛 邻甲氧基苯甲醛 胡椒醛 对甲基苯甲醛 d b i j a r c p a r a r 3 0 0 4 0 0 目 a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r a r 天津市化学试剂厂 天津市大港一中化工厂 天津市化学试剂厂 天津市化学试剂厂 青岛海洋化工厂 舢d r i c h 公司( 进口) 天津市化学试剂厂 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂丌发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂丌发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 上海特种试剂开发公司( 进口) 东北师范大学硕士学位论文 六、实验部分 一、q 一乙酰基环丙基酰胺类化合物的合成 队 尸 n r ，- h k 2 3d m f铸一r ， e n t r y r l y i e l d ( )e n t r yr 1 y i e l d (