（有机化学专业论文）绿色路易斯酸三溴化铟在有机合成中的应用.pdf

傅南雁南开大学化学系博士学位论文2 0 0 2 年 s 月 物结构的 错误认识。 在反应机理的 研究中， 发现了 重要的中间 体类似物， 采用 h n m r , i r 、元素分析和x 一 射线衍射的方法对其进行了结构表征。采用紫外光谱法跟踪了三澳化 锢与p 一 二拨基化合物间的 作用。 在实 验事实和前 人工作的 基础上， 提出了 我们自己 的 机 理 推测， 总结了 三澳化锢在b i g i n e l l i 反 应中的作用。 由于含二茂铁基的杂环具有独特的物理化学性质和生物活性，它的合成也引起了人 们的关注。利用三溟化锢催化下的b i g i n e l l i 反应， 我们成功地将二茂铁基引入到二氢崛 淀酮环系中， 合成了 六个结构新颖的 含二茂铁基的二 氢呛睫酮衍生物， 采用 h n m r , i r , e u ms和元素分析对它们进行了结构表征。同时，利用循环伏安法研究了该类化合物在 溶液中的电化学行为。 鉴于烷基二茂铁双聚分子是一类重要的功能分子，其酞化衍生物又是一类重要的合 成中间体， 我们将三浪化锢应用于双二茂铁烷的f r ie d e l - c r a ft s 酞基化反应中， 比 较了i n b r 3 和a i c 13 , b f 3 - e t 2 0对该反应的 影响。 对双二茂铁烷及酸化产物的电 化学 特性进行了 研究， 对双二茂铁烷的酞化反应机理做了合理推测，并对反应过程中发生的分解现象给予了合 理的解释。 最后， 我们还将三浪化锢应用于还原体系中， 发展了l i a i h 4 1 1 n b r 3 复合还原剂， 它可 以对酞基/ 羚基二茂铁进行还原脱氧生成相应的二茂铁烷，由此发展了合成二茂铁烷的新 方法。通过对反应机理的讨论，我们认为通过金属交换原位生成的锢氢化物b r 2 l n h 在反应过程中起到了还原剂的作用。 这是路易斯酸增强金属氢化物还原剂的一个新途径。 总之，研究绿色路易斯酸三溟化锢在有机合成中的应用，必将对推动绿色化学的发 展和合理开发与利用我国丰富的锢资源具有深远的意义。 关键词: 绿色化学， 路易斯酸 催化， 三澳化锢扩 双二茂铁烷， b i g i n e l l i 反 应， f r ie d e l- c r a ft s 反应，还原脱氧反应9 绿色路易斯酸三嗅化锢在有机合成中的应用 ab s t r a c t ab s t r a c t a t t h e b e g in n i n g o f 1 9 9 0 s , c o m p l y i n g w it h t h e r e q u i r e m e n t s o f s o c i a l d e v e l o p m e n t , a c o m p l e t e l y n e w c o n c e p t g r e e n c h e m is t r y e m e r g e s . t h e k e rn e l o f g r e e n c h e m is t ry i s p o l l u t i o n p r e v e n t i o n . i t i s a k i n d o f c h e m i s t r y t h a t c a n a v o i d t h e c o n t a m i n a t i o n f r o m t h e f o u n t a i n h e a d a n d a l s o a n i n e v it a b l e t r e n d g o i n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f c h e m i s t r y a n d c h e m i c a l e n g i n e e r in g . t h e r e s e a r c h h a s b e e n c o n c e n t r a t e d o n u s in g c h e m i c a l r e a c t i o n s , s t a r t in g m a t e r i a l s , c a t a l y s t s , s o lv e n t s a n d p r o d u c t s w i t h o u t h a z a r d o u s i m p a c t o n t h e e n v i r o n m e n t . d e v e l o p i n g h a r m l e s s a n d h i g h ly e ff e c t i v e c a t a ly s t s i s t h e k e y t o a c h i e v i n g t h e g o a l o f g r e e n c h e m i s t r y . t h e r e a c t i o n s c a t a l y z e d b y t h e l e w i s a c id s o c c u p y a n im p o r t a n t p la c e in o r g a n i c s y n t h e s i s , b u t t h e s e r e a c t i o n s a r e n o r m a l l y p r o c e s s in g u n d e r s t r ic t m o i s t u r e l e s s c o n d i t i o n s . i n t h i s p a p e r , m a n y n e w s y n t h e t i c m e t h o d s w e r e r e v ie w e d f o r c o m p l e t i n g t h e r e a c t i o n s w h ic h o r i g i n a l l y s h o u ld b e p r o c e s s i n g i n o r g a n i c s o l v e n t a n d a n h y d r o u s a t m o s p h e r e , i n g r e e n s o l v e n t s u c h a s a q u e o u s m e d i a u n d e r t h e d i r e c t i o n o f g r e e n p r i n c i p l e s . b e s i d e s l a n t h a n id e , i n d i u m h a s b e c o m e a p o t e n t ia l g r e e n c a t a l y s t b e c a u s e o f i t s u n iq u e l o w h e t e r o p h i l i c i t y . i n t h i s p a p e r , s o m e a p p l i c a t i o n s o f i n d iu m h a l i d e f o r o r g a n ic s y n t h e s i s i n a h i g h l y c h e m o - , r e g i o - a n d s t e r e o - s e l e c t i v e f a s h i o n w e r e a ls o r e v i e w e d . i t h a s b e e n u s e d i n t h e a l d o l r e a c t i o n , t h e f r ie d e l- c r a ft s r e a c t io n , t h e r e a r r a n g e m e n t o f e p o x id e s , t h e s y n t h e s i s o f a - a m i n o p h o s p h o n a t e s , t h e s y n t h e s i s o f q u i n o l in e s , t r a n s e s t e r i f i c a t i o n , t h e h e t e r o d ie l s - a l d e r r e a c t i o n , t h e s y n t h e s i s o f c h ir a l f u r a n d io l s , t h e a z i d o l y s i s i n a q u e o u s m e d i a a n d t h e d it h i o a c e t a l iz a t io n o f a l d e h y d e s . o n t h e b a s i s o f t h a t p i o n e e r in g w o r k , t h e a p p l i c a t i o n o f i n d i u m t r i b r o m id e , a g r e e n l e w i s a c id c a t a l y s t f o r o r g a n ic s y n t h e s i s h a s b e e n s t u d i e d a n d t h e f u n c t i o n o f i n d i u m r e a g e n t i n o r g a n ic s y n t h e s i s h a s a l s o b e e n d i s c u s s e d in t h e v i e w p o i n t o f me c h a n i s m. t h e s y n t h e s i s o f d i h y d r o p y r i m id i n o n e d e r iv a t i v e s i s n o w a tt r a c t in g m u c h m o r e a t t e n t i o n b e c a u s e o f t h e i r i m p o r t a n t b i o l o g i c a l a c t i v it ie s . t h e b i g i n e l l i r e a c t i o n , a n o n c o m p o n e n t c o n d e n s a t io n , i s c a t a ly s t is t h e k e y t o e n s u r i n g a s a l e w i s a c i d c a t a l y s t , t h i s t h e s h o r t c u t t o a c c o m p l i s h it . f i n d in g a s u it a b le e - p o t t h r e e l e wi s a c i d t h e r e a l i z a t io n o f t h i s r e a c t io n . c a t a l y z e d b y i n d iu m t r i b r o m i d e r e a c t i o n w a s c o m p l e t e d s m o o t h l y i n g r e e n s o lv e n t e t h a n o l . t h e t e s t s t a k e n u n d e r v a r i o u s c o n d i t i o n s v e r i f i e d t h a t t h i s p r o c e s s i o n i s n t s e n s i t i v e t o m o i s t u r e w i t h h i g h y i e l d a n d i s o n e o f t h e b e s t m e t h o d s t o p r e p a r e t h e d i h y d r o p y r i m i d i n o n e d e r i v a t i v e s . 3 5 m 傅南雁南开大学化学系博士学位论文2 0 0 2 年s 月 d i h y d r o p y r i m i d in o n e d e r i v a t i v e s w e r e s y n t h e s i z e d f r o m d i ff e r e n t p - d i c a r b o n y l c o m p o u n d s , a l d e h y d e s a n d u r e a / t h i o u r e a b y u s i n g t h i s m e t h o d , i n w h ic h 1 7 n e w c o m p o u n d s w e r e c h a r a c t e r iz e d b y 1h n m r s p e c tr o s c o p e , 1 3 c n m r s p e c t r o s c o p e , i r s p e c tr o s c o p e , e l/ m s a n d e l e m e n t a l a n a l y s e s . t h i s m e t h o d i s s u i t a b le f o r v a r io u s s u b s t r a t e s , i n c l u d in g a l l k i n d s o f a r o m a t i c a n d a l ip h a t i c a l d e h y d e s . t h e m e r it o f t h i s g r e e n m e t h o d li e s o n t h e u s e o f 4 0 % a c e t a l d e h y d e a q u e o u s s o l u t io n w it h o u t a n y t r e a t m e n t . a n o v e l i s o m e r c o n t a i n i n g o x y g e n b r id g e h a s b e e n f o u n d i n t h e s a l i c y l a l d e h y d e - p a rt ic i p a t e d b i g i n e l l i r e a c t i o n . f iv e i s o m e r s c o n t a in in g o x y g e n b r i d g e h a v e b e e n p r e p a r e d f r o m d i ff e r e n t p - d i c a r b o n y l c o m p o u n d s a n d u r e a / t h io u r e a a n d a ls o b e e n c h a r a c t e r iz e d b y 1 h n m r s p e c t r o s c o p e , 13 c n m r s p e c t r o s c o p e , i r s p e c t r o s c o p e , e u ms a n d e l e m e n t a l a n a l y s e s . f r o m t h is , w e c a n s e e t h a t it i s a g e n e r a l m e t h o d f o r p r e p a r i n g s u c h t r i - c y c l i c c o m p o u n d s . t h e m o l e c u l a r s t r u c t u r e o f t h i s i s o m e r h a s b e e n d e t e r m i n e d b y x - r a y d i ff r a c t i o n a n d it i s t h e f ir s t t i m e t o r e p o rt t h e c r y s t a l s t r u c t u r e o f t h i s k i n d o f i s o m e r w h i c h w as p r o p o s e d e r r o n e o u s l y i n t h e l it e r a t u r e . d u r in g t h e r e s e a r c h o n t h e r e a c t i o n m e c h a n i s m , a n im p o rt a n t i n t e r m e d ia t e s a n a l o g u e h a s b e e n i s o la t e d a n d c h a r a c t e r iz e d b y 1 h n m r s p e c t r o s c o p e , i r s p e c tr o s c o p e , e le m e n t a l a n a ly s is a n d x - r a y d iff r a c t i o n . t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n i n b r 3 a n dp - d i c a r b o n y l c o m p o u n d s h a s b e e n s t u d i e d b y u v s p e c t r o s c o p y . o n t h e b as i s o f e x p e r im e n t s a n d p i o n e e r i n g w o r k , a p r o p o s e d m e c h a n i s m w a s p u t f o r w a r d a n d t h e f u n c t io n o f i n b r 3 i n t h e b i g i n e l l i r e a c t io n w a s a l s o c o n c l u d e d . t h e s y n t h e s i s o f h e t e r o c y c l ic c o m p o u n d s f e r r o c e n e - c o n t a i n i n g h a s a l s o a t t r a c t e d m o r e a t t e n t i o n b e c a u s e o f t h e i r u n iq u e p h y s i c a l - c h e m i c a l p r o p e rt i e s a n d b io lo g i c a l a c t iv i t i e s . u s in g t h e b i g in e l l i r e a c t i o n c a t a l y z e d b y i n b r 3 , f e r r o c e n y l c a n b e i n t r o d u c e d i n t o d i h y d r o p y r i m i d i n e r in g s u c c e s s f u l ly a n d 6 n o v e l d ih y d r o p y r im id in o n e s w e r e p r e p a r e d a n d c h a r a c t e r iz e d b y 1 h n m r s p e c t r o s c o p e , i r s p e c t r o s c o p e , e u ms a n d e l e m e n t a l a n a l y s e s . t h e e l e c t r o c h e m i c a l b e h a v i o r s o f t h i s k i n d o f c o m p o u n d s i n d m f h a v e b e e n d i s c u s s e d b y u s i n g c y c l i c v o l t a mme t r i c me t h o d . s e e in g t h a t a l k y l - b r i d g e d f e r r o c e n e d i m e r s a r e im p o rt a n t f u n c t io n a l m o le c u l e s a n d t h e i r a c y l a t e s a r e a l s o im p o rt a n t i n t e r m e d i a t e s f o r o r g a n i c s y n t h e s is , i n b r 3 w a s a l s o u s e d i n t h e f r i e d e l - c r a ft s a c e t y l a t i o n o f b i f e r r o c e n y l a l k a n e s . c o m p a r in g w it h t h e e ff e c t o f a i c 13 a n d b f 3 - e t 2 o , t h e d i a c e t y l a t i o n p r o d u c t s w e r e a lw a y s t h e m a i n p r o d u c t s . t h e c y c l i c v o lt a m m e t r i c b e h a v i o u r o f a l k y l - b r i d g e d b i f e r r o c e n e a l k a n e s a n d t h e ir a c e t y l d e r i v a t i v e s h a s b e e n i n v e s t ig a t e d , t h e m e c h a n is m o f t h e f r i e d e l - c r a ft s a c e y l a t i o n h a s b e e n d i s c u s s e d a n d t h e d e c o m p o s it io n d u r in g t h e r e a c t i o n h as a ls o b e e n in t e r p r e t e d . f in a l l y , i n b r 3 w a s a l s o u s e d i n r e d u c t i v e s y s t e m s a n d a n e w c o m p l e x r e d u c in g a g e n t h a s i v 绿色路易斯酸三滇化锢在有机合成中的应用 b e e n d i s c o v e r e d . b y u s i n g l ia l h 4 / i n b r 3 s o m e k e t o n e s a n d a lc o h o l s f e r r o c e n e - c o n t a i n i n g c a n b e r e d u c e d i n t o a l k a n e s q u a n t i t a t i v e l y . i t p r o v i d e s a n e w m e t h o d t o s y n t h e s i z e f e r r o c e n y l a l k a n e s . i t is p o s s i b l e t h a t i n d iu m h y d r i d e g e n e r a t e d i n s i t u t h r o u g h t h e m e t a l t r a n s it io n b e t w e e n l i a a n d i n b r 3 p l a y s a n im p o r t a n t r o l e a s a r e d u c i n g a g e n t d u r i n g t h e r e d u c t iv e d e o x y g e n a t i o n . i t i s a n e w c a s e t o e n h a n c e t h e r e d u c t i v e a b i l it y o f r e d u c t a n t b y l e w is a c i d . i n c o n c lu s i o n , b e c a u s e o f it s u n iq u e h e t e r o p h i l i c i t y , t h e p o t e n t ia l s u p e r i o r it y o f i n b r 3 i n o r g a n ic s y n t h e s i s i s d i s c o v e r e d . t h e u s e o f t h i s r e a g e n t w i l l p r o m o t e t h e d e v e l o p m e n t o f g r e e n c h e m i s t ry . k e y wo r d s : g r e e n c h e m i s t ry , l e w i s a c i d c a t a l y s is , i n d i u m t r i b r o m i d e , b i f e r r o c e n y l a l k a n e s , b ig i n e l l i r e a c t i o n , f r i e d e l - c r a ft s r e a c t i o n , r e d u c t iv e d e o x y g e n a t io n . 绿色路易斯酸三澳化锢在有机合成中的应用 第章 第一章 绿色路易斯酸催化的有机合成反应研究概况 ( 前言) 1 . 1 环境问 题和绿 色化学的 兴 起d -3 1 二战后，随着工业迅猛发展，带来很多环境问题。在大气方面以伦敦烟雾事件最为 著名，其致死人数最多，5 天内4 0 0 0 多人死亡。原因就是燃煤产生的一氧化硫酸雾，导 致人们胸闷、 咳嗽、呕吐， 年老体弱者因而死亡。 再如发生在2 0 世纪4 0 至5 0 年代的洛 杉矶光化学烟雾事件。 直到5 0 年代才找到真正的原因， 是汽车及石油工业排放的废气所 致。 废气在紫外线作用下形成了光化学烟雾， 造成6 5 岁以上老年人死亡率增加， 植物受 害，至今洛杉矶仍未彻底解决这个问题。光化学烟雾问题出现后，引起世界范围内的广 泛重视。各大城市相继发现此类污染，北京也不例外。水污染问题中最著名的是日 本的 水误病事件，它是由化学工业排放的含汞废液造成的。随着环境污染问题的日 趋恶化， 一些人对化学也产生了一种恐惧感， 认为化学是环境污染的罪魁祸首， 化学几乎成了 “ 有 毒”、 “ 有害”的代名词。事实上，这是对化学的一种偏见。化学污染严格说并非化学 本身之过，而是在人们实际应用中产生的。化学污染的真正源头是化学工艺中存在的种 种问题，由此造成对人类生存环境乃至整个生态系统的破坏。 作为现代高科技发展和社会进步的基础和先导之，化学是 一 门有着很大社会需求 的中心学科，以 化学为基础的化学工业极大地推动了人类物质牛产和生活的进步。从钢 铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维，直到医药、农药、日 用化妆品等 无不与化学息息相关， 现代社会生活己完全离不开化学。 在2 1 世纪中，如何让化学继续 为国民经济的可持续发展服务，是摆在每个化学工作者面前的艰巨任务。 从六十年代化学废弃物的危害被发现以后，经过三十多年的努力，化学污染的防治 己 取得了巨大的成绩。 但是，由于我们己经无法摆脱造就当前物质文明的化学工业和化 工产品，简单的治理造成的费用攀升己 使化工企业不堪重负，化学和化学家面临着前所 未有的挑战。 九十年代初， 综合考虑环保、 经济、 社会以 及化学工业的自 身发展的要求， 具有全新理念的“ 绿色化学 ( g r e e n c h e m i s t r y ) ” 应运而生。 1 9 9 0 年美国颁布了污染防止法案，将污染防止确立为美国的国策。所谓污染防止就 是使得废物不再产生，不再有废物处理的问题。绿色化学正是实现污染防止的基础和重 要工具。1 9 9 5 年4 月美国副总统g o r e 宣布了国家环境技术战略。1 9 9 6 年美国设立了总 傅南雁 南开大学化学系博十学位论文 2 0 0 2年 5月 择性，能高产率地生成交叉的轻醛加合物19 1 。由于一些具有高产率和高选择性的催化剂 的开发，这一反应已被看成有机合成中用来形成 c - c键的重要反应之一。由于通常条件 下路易斯酸对水不稳定，这一反应一般要在严格的无水条件下进行。 使用无水条件的缺点是，如果底物有结晶水或者底物溶于水就不能直接进行反应。 另一方面， k o b a y a s h i 发 现l n ( o t 场可以 作为水溶性路易斯酸催化剂。 由 于其 硬酸的 特性 和对碳基氧很强的亲和性，斓系化合物被看成是强路易斯酸。而且，根据它的水解能和 水解常数， 它的水解速度很慢1 1 。 一 ， 2 1 。 事实上，多数金属的二 氟甲 磺酸盐都是在严格的无 水 条 件 下 制 备 的 。 而l n ( o t 场则 可以 在 水 溶 液中 制 备 13 1 。 在 所 有 用 于 轻 醛 反 应的l n ( o t f ) 3 中， y b ( o t f ) 3 的效果最好。 只需要催化量的y b ( o t f) 3 就可以完成反应，见s c h e m e 1 - 1 0 ，s h v f e 3 派 / +h c h o( 叫 .)y b ( o t f ) 3 ( l m m o l0/ a ) pv - 介 dh s c h e me 1 - 1 l n ( o t f ) 3 ， 特别是y b ( o t f ) 3 ， 可以 在水溶剂中活化除甲 醛外的 其它醛， 使之与 烯醇 硅醚发生 轻醛反应d 4 1 。 该反 应的 一个特点是，水溶性的 醛， 如乙 醛、丙 烯醛和氯乙 醛都 可以 被直接使用，高产率地生成相应的交叉轻醛加合物。另一个重要特点是，l n ( o t f) 3 很容易从反应混合物中回收。 反应结束后， 催化剂几乎可以1 0 0 % 地方便地从水相中回收， 并被重新利用。反应通常被水淬灭，产物可以被有机溶剂提取。催化剂保留在水相中， 将水除去 后， 催化剂可以 用于下一次反应， 见s c h e m e 1 - 2 。 很明 显， 将l n ( o t f ) 3 应用于 工业化学中的路易斯酸催化的反应有望解决一些严重的环境污染问题 i 5 s c h e m e 1 - 2 r e c o v e ry o f t h e c a t a l y s t 目 前研究表明， 在水介质中l n ( o t t) 3 催化的 经醛反应中， 水的 含量将影响j i 醛加合 物的产率。 利用模型反应 ( 苯甲 醛和烯醇硅醚在1 o m o l% y b ( o t f ) 3 存在下，以t h f 为溶 绿色路易斯酸三澳化锢在有机合成中的应用第一 章 剂，发生羚醛反应，见s c h e m e 1 - 3 ) ，人们研究了水含量对反应产率的影响。当t h f中 的含水量为 1 0 - 2 0 %时，反应产率达到最高点。随着水含量的继续增加，反应产率开始下 降， 反应体系变成两相。 在 1 0 0 % 的水溶液中只有 1 8 %的产物生成。另一方面， 如果反应 体系中没有水，或者仅有 1 - 5 当量的水加入y b ( o t f ) 3 中，预期的轻醛加合物的产率也是 很低的 ( 大约 1 0 %) 。当含水量增加至 6 - 1 0当量时，产率也随着增加。当 水含量增加到 5 0 当量时，产率增加至8 0 %。这些结果表明，水不仅起到了助溶剂的作用，而且是反应 的促进剂。 o s ime 3 p h c h o + 了 决 y b ( o t 0 3 ( 1 0 = 10 / o ) s c h e me 1 - 3 s c ( o t 0 3 也是水介质中 的 y ke 醛反应的 一个有效的 催化剂。由 于 s c ( i i i ) 具 有更小的离 子 半径， 在某些反应中， s c ( o t 0 3 甚 至比y b ( o t o 3 和y ( o t 0 3 的活性更高。 为了 考察其它路易斯酸在含水溶剂中的稳定性， 以h 2 o - t h f 中苯甲 醛和烯醇硅醚的 经 醛 反 应 为 模 板 反 应， 1 - 1 5 族 金 属卤 化 物 被 逐 一 筛 选 116 1 。 实 验 结 果 表明 ， f e ( i i ) , c u ( i i ) , z n ( i i ) , c d ( i i ) , i n ( i i i ) , p b ( i i ) 和稀土 ( s c ( i i i ) , y ( i i i ) , l n ( i i i ) ) 的卤 化物均给出 令人满 意的产率。 而在b ( i i i ) , s i( i v ) , p ( i i i ) , p ( v ) , t i( iv ) , v ( i i i ) , g e ( i v ) , z r ( iv ) , n b ( v ) , m o ( v ) , s n ( n) , s b ( v ) , h f ( i v ) , t a ( v ) , w ( v i ) , r e ( v ) 和 t i( 川) 的r 1 化物存在下， 烯 醇硅醚会快速分解，没有得到相应的轻醛加合物。这是因为，这些金属的卤 化物水解十 分快， 烯醇 硅醚在其作 用下， 水解生成相应的 酮。 另 一方 面， 使用l i ( 1 ) , n a ( i ) , m g ( i i ) , a i ( i i i ) , k ( i ) 、 c a ( i i ) , c r ( i i i ) , mn ( i i ) 、 c o ( i i ) , n i ( i i ) , g a ( i i i ) , r u ( i i i ) , r h ( i i i ) , p d ( i i ) 、 a g ( i ) 、 b a ( 1 i ) , o s ( i i i ) , i r ( i i i ) , p t ( i i ) , a u ( i ) 、h g ( i i ) 和 b i ( i i i ) 的卤化物时，没有产 物生成，即使是痕量的产物也没有被检测到。 这些盐中的大多数在水， i ， 是稳定的，但是 它们的 催化活性很低。 k o b a y a s h i 发 现， 催化活 性和水 解常数 ( h y d r o ly s is c o n s t a n t s , k , ) 及内 层水配体的 取代交换速率常数 ( e x c h a n g e r a t e c o n s t a n t s f o r s u b s t it u t io n o f i n n e r - s p h e r e w a t e r l i g a n d s ) ( 又称水交换速率常数( w a t e r e x c h a n g e r a t e c o n s t a n t s , w e r c ) ) 有关。 对轻 醛反 应有活性的 金属化合 物具有p k ,: 从4 .3 到1 0 .0 8 ,阳离子的路易斯酸 性太低不能 催化 轻醛反应。 对高效路易斯酸， we r c应该比较大。因为， 在水介质中，大的w e r c值保 证了水合分子与醛之间的快速交换，而金属阳离子和醛的配位是催化反应的第一步。 傅南雁南开大学化学系博士学位论文 2 0 0 2年 5月 分析上述结果，水相中路易斯酸催化的机理可以推测如下:金属盐加入水中，立即 发生溶解、水合。在这一阶段，分子内和分子间的水分子交换反应迅速发生。如果在这 一体系中存在醛，就有机会与金属阳离子配位取代水分子，醛被活化。烯醇硅醚进攻这 一活化的醛就生成轻醛加合物。根据这一机理，许多路易斯酸催化的反应都有可能在水 溶液中 发生。 尽管路易 斯酸在水溶液中的 活性不能 被p k n 和w e r c 值精确地定量预测， 但是可以利用它们定性地预测路易斯酸在水溶液中的活性。 1 .3 .2路易斯酸和表面活性分子 尽管在一些金属盐的催化下，轻醛反应可以在水溶液中进行，但要保证反应的顺利 进行，必须向水中加入一定量的t h f 。为了避免使用有机溶剂，一个新的反应体系发展 起来，即 在表面活性剂 ( 如+二烷基硫酸 钠， s o d iu m d o d e c y l s u l f a t e , s d s ) 辅助下， 在 无任何有机溶剂的水中，在三氟甲磺酸盐的催化下进行轻醛缩合反应。 表面活性剂辅助路易斯酸催化模板反应的结果见 t a b l e 1 - 1 1 1 。在水溶液中， 2 0 m o l% y b ( o t f) 3 存在下， 9醛反应进行得很缓慢， 产率仅有1 7 % 。 但在相同 条件下， 加 入s d s 溶液( 2 0 m o l %, 3 5 m m) ， 反应被大大 促进了， 产率可 达5 0 %。 同 样， 以s c ( o t f ) 3 作路易斯酸催化轻醛反应也发现类似的现象， 即表面活性剂的加入对产率有很大的影响。 作为一个中性的表面活性剂， t r it o n x - 1 0 0对轻醛反应也有很好的效果，只是所需的反应 时间较长。当使用阳离子表面活性剂的代表c t a b时，只有痕量的加合物被检测到。 t a b l e 1 - 1 e ff e c t o f m( o t 0 3 a n d s u r f a c t a n t s m( o t 0 3 / m o l % s u r f a c t a n t / m o l % t i me / hyi e l d % /00八n， jll0卜n八 48484604 y b ( o t d 3 / 2 0 y b ( o t f ) 3 / 2 0 s c ( o t o 3 / 1 0 s c ( o t f ) 3 / 1 0 s c ( o t f 1 3 / 1 0 s ds / 2 0 s ds / 2 0 t r i t o n x- 1 0 0 / 2 0 c t ab / 2 0 我们认为，加入阳离子表面活性剂对反应没有促进的原因，是由于阳离了表面活性 剂在水溶液中形成的胶束的表面带有正电荷，对带有正电荷的金属阳离子有排斥作用， 绿色路易斯酸三澳化锢在有机合成中的应用第一 章 阻止了金属催化中心与反应底物的靠近。 烯酮的 硅基缩酮在少量水的存在下很容易水解， 在s c ( o t f ) 3 - s d s 休系中， 可以与醛 反应，以较高产率生成相应的羚醛加合物，见s c h e m e 1 - 4 0 s 11 v i e 3 s c ( o t 0 3 ( l 0 m o p / o ) p h cho+ 珑0 , rt om e s c h e me 1 - 4 这一体系也被成功地应用于醛、胺和烯醇硅醚的二员类曼尼希反应中 1 8 1 。值得注意 的是，即使在水存在下，醛与胺也可以原位反应生成亚胺中间休，见s c h e m e 1 - 5 0 p h c h o +叹 /) m e s ime 3 s c ( o t 0 3 ( 5 m o % ) s d s ( 2 0 = p / o ) p h h 2 0 , rt s c h e me 1 - 5 基于上述结果， k o b a y a s h i 等人又 设计了 一种新型路易斯酸催化剂， 三( 十二烷基磺 酸) 抗， 这 种“ 路易 斯酸 一 表 面活 性 剂复 合 催 化剂( l e w i s a c id - s u r f a c t a n t - c o m b i n e d c a t a ly s t s , l a s c s ) ” 在水中可以 和有机底物形成稳定的 胶束， 有效地催化醛和能在水中 稳定存在的 烯醇硅醚间的 轻醛缩合反应1 9 为了 进一步研究l a s c体系， k o b a y a s h i 等人合成了 各 种不同 金属阳 离子的盐， 研 究了 不同 金属离子 对 水中 轻醛 反 应的 催化 能 力 【2 0 ,