（有机化学专业论文）金属锡参与的水相barbiergrignard反应及基不对称反应的初探.pdf

ab s t r a c t i n t h e a rt i c l e , w e f i r s t r e p o r t t h e b a r b i e r - g r i g a r d r e a c t i o n o f t i n i n t h e m o d e r a t e c o n d i t i o n . c a t a l y z e d b y f e r r i c c h l o r i d e , t i n r e a c t s s m o o t h l y w i t h a l l y l b r o m i d e a n d a l d e h y d e s i n t h e w a t e r , a n d y i e l d i s g o o d . t h e f u n c t i o n g r o u p s u c h a s m e t h y l m e t h o x y l h a l i d e d o n o t a ff e c t t h e r e a c t i o n . t h y i e l d o f a 、s u n s a t u r a t e d a l d e h y d e i s a l s o g o o d . wh i l e f u n c t i o n g r o u p i s n i t r o ,t h e r e a c t i o n i s s t o p p e d . t h e r e a s o n i s u n c l e a r . t e t r a e t h y l a m m o n i u m b r o m i d e c a n a l s o a c c e l e r a t e t h e a l l y l a t i o n r e a c t i o n . t h e y i e l d i s g o o d t o e x c e l l e n t . a t t h e s a m e t i m e , t h e e n a n t i o s e l e c t i v e t i n - m e d i a t e d r e a c t i o n o f a l l y l b r o m i d e t o a l d e h y d e s w a s i n v e s t i g a t e d . b e c a u s e o f it s g o o d s o l u b i l i t y i n w a t e r c h i r a l l i g a n d s d e r i v a t e d f r o m p r o l i n o l w a s u s e d , b u t n o g o o d r e s u l t s w a s o b t a i n e d . k e y w o r d s t i n b a r b i e r - g r i g a r d r e a c t i o n a l l y l a t i o n a q u e o u s m e d i u m 南 开 大 学 元 素 有 机 化 学 所 硕 一 研 究 生 毕 业 ie x 第一章前 言 1 8 3 4 年， f a i 一个多世纪以来， a d y , m . 最 早 报道了 水 相中 形 成 碳 碳 健的 有 机 合 成反 应t 。 然 而， 绝大多数的该类反应都是在有机溶剂中完成的， 只有少部分反 应，如轻醛缩合反应、电化学反应和相转移催化反应，是在中实现的。 水通常难以作为有机反应的溶剂，其主要原因有:一、有机试剂一般难溶于水; 二、 水对反应中间体具有破坏或去活化作用。 但是， 在自 然界中， 特别是生命现 象中， 几乎所有的反应都是在水介质中和常温下完成的。 反应在各种酶的催化下， 条件十分温和。 从水相反应开始研究和模拟自 然界中的化学反应， 利用各种模拟 酶催化反应，借以阐生物化学反应的机理，将进一步加深对生命科学的认识。 另一方面，有机化学工业产生的大量化工废物严重污染环境，直接威胁到 人类的自 身生 存。 这迫 使化学 家 们越来 越关注 环境问 题2 。 近些 年来， 绿色化学 和环境友好化学等概念的 提出 就是这种趋势的反映。 以 水来代替传统合成过程中 的有机溶剂，无疑具有重要的意义。 由水自 身的一些物理性质分析，水分子的内聚能密度( c o s h e s i v e e n e r g y d e n s it y ) 及 介电 参 数 远 远 高 于 常 用的 有 机 溶 剂3 。 而 水 作 为 有 机反 应 的 溶 剂， 其 最 显 著的 特点 是， 有 机 化 合 物 在 水 相中 的 有 些条 件下， 所 具 有的 憎 水性 ( h y d r o p h o b i c e ff e c t ) 。 因 此， 针对水 相中的 有机反 应， 有 人提出“ 增 益憎 水性 作用 ” ( e n f o r c e d h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n ) 的 概念， 并建立了 相应的 数学 模型， 进而提出 此种作用可 以 促使反应物和试剂尽量减少与溶剂水分子之间的相互接触面积， 使得有机分子 的运动受到限制。 进而反应底物和有机试剂之间产生比在一般有机溶剂中更强的 相互作 用， 使反 应在 水相中 得以 进行4 ,5 。 许多 在水相中 进行的 有机反应与 在有机 溶剂中的有明显的不同， 表现为立体化学方面， 反应的选择性提高， 反应速度加 快以 及产率的 提高等。 例如， 环戊二烯与甲 基乙 烯基酮的d i e l s - a i d e : 反应， 其 水 相 反 应 立 体 选 择 性 要 高 于 在 有 机 相中 的 反 应 ( 1 ) 6 ， 而 方 程 式 ( 2 ) 所 示的c la i s e n 重排反应在水中的反应速度比 在甲醇中快1 0 0 倍7 诀 / 十 诀 丫 声 cooh c o c h 3 ( 1 ) c o c h 3 水:2 1 .4 / 1 ; 乙 醇:8 . 5 / 1 ;环戊二烯:3 . 8 5 / 1 蜘 cooh co oh ( 2 ) oh oh 一 、 各 种 金 属 参 与 的 水 相b a r b ie r - g r ig n a r d 反 应 有机金属试剂和它们的反应己 经广泛的应用在化学的各个领域中，以格式 试剂和烷基铿试剂为 代表的 b a r b i e r - g r i g n a r d反应是形成碳碳键最重要的反应 之一。 但是这一类反应通常对水汽和空气敏感， 需要在严格的无水无氧操作下进 行。 底物分子内活泼的基团， 如轻基或梭基必须进行保护。 一些水溶性底物如糖 内化合物也必须进行衍生化后才能反应。 金属有机反应若在水相中进行， 采用的金属应该对水具有惰性，即在一般 条件下， 不和水反应， 另一方面，反应底物对水也应该是稳定的。 这一类金属主 要有s n , z n , i n , g e , p b , s b , b i , c r , m n , mg 等。 、 锡 参 与 的 水 相b a r b ie r - g r i g n a r d 反 应 1 9 8 3 年， n o k a r n i 等8 报道， 水能 促进锡参与的 拨基化合物的 烯丙基化反应。 在 1 : 1 的乙醚一水两相体系中，在氢滨酸的催化下 而在纯有机溶剂中， 苯甲醛、烯丙基嗅 、.尹门日 刀 (-佃 和锡室温下反应 2小时，产率 7 3 %;如乙醚、乙酸乙酷、 苯等，即使反应时间延长到十个小时，产率都小于 5 0 %。进一步研究表明，在 南 开 大 学 元 素 有 机 化 学 所 硕 士 研 究 生 w - 业 丁t, 冬 1 0 : 1 的四氢吠喃一水体系中，在催化量的氢澳酸作用下， 拨基化合物与 1 - 澳- 2 - 丁烯、 锡粉、 铝粉的反 应 产率 较高 ( 式3 ) ， 但是， 烯丙 基氯则不行。 r :_iir i- c - r z、 t h f - h 2 0 , r t ( 3 ) 分子内反应也可以进行。例如，在乙醚一 水体系中，化合物2 和2 在锡、铝 和 氢 澳 酸 的 作 用 下， 发 生 环 化 反 应 生 成 相 应 的 五 员 和 六 员 化 合 物 ( 式4 和5 ) 9 。 醛 也 可以 进 行 类 似的 分 子 内b a r b ie r - g r ig n a r d 反 应0 e t 2 0 - h 2 0 rt , 8 1 ( 4 ) cooe t 一 s n / a i/ h b r e t 2 0 - h 2 0 b r r t , 6 1 % ( 5 ) 1 9 8 5 年， t o r r i 等 i 报 道，在乙 二 醇 单甲 醚一 水一乙 酸 ( 1 0 :5 : 1 ) 中， 使 用 廉 价 的烯丙基氛，在 5 0 下反应 6小时，也可以 得到高烯丙基醇。 后来， 吴世晖等 发现， 提高反应温度可以避免使用铝粉， 而且含有轻基、 酚经基、甲氧基、 硝基、 卤 素等活 性基团的 拨基 化合物也能 顺利反 应 2 。 同 时， 也发现溶剂和温度对反应 有重要的影响。如对于化合物3 和4 ， 在乙醚一水体系中回流，可以选择性的与 醛拨基反应，而不与酮拨基反应( 式 6 ) 。 但当 在乙 二醇二甲 醚一水中回流，则可 以 选择性的与酮拨基反应， 得到高烯丙基醇。 式7 ) 南 三 兰远壁竺蟹塑醚竺丝兰些主一一 1 人z e 1 s n / hbr e t 2 0 -h 2 0 r e fl u x, 2 h , 8 0 % ( 6 ) s n / hbr g ly m e 一 h 2 o r e fl u x , 2 h , ( 7 ) 2 一 取代烯丙基澳在锡的参与下， 也可以与拨基化合物进行烯丙基化反应， 底 物上的 氰基、 或 醋 基 均不 受 反 应的 影响3 。 ( 式8 ) o1 _xi r， 一 c - r +万权/b r oh x r r 2 ( 8 ) x = b r , c i , o ac 超声 波能 够促 进 锡参 与的 烯丙 基滨的b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应4 。 在 超声 波 的作用下， 不用铝粉和氢澳酸即可反应。 将反应溶剂改为四氢吠喃一饱和氯化钱 溶液，可大大提高反应的产率，而且当底物分子上同时存在酮拨基和醛拨基时， 反应高选择的发生在醛拨基上。 进一步的研究表明， 在完全中性的四氢吠喃一水 体 系 中 ， 在 超 声 波的 作 用 下 ， 锡， 烯 丙 基 滨 和 r 基 化 合 物 也 能 顺 利 反 应5 。 ( 式 9 ) o r ，一 i ic - r ， oh 月尹/b r t i i f - i 1 2 0 h扩甲 (9 ) 滨 甲 基 丙 烯 酸 酷 与 拨 基 化 合 物 在s n / a l 16 , s n c l2 /h o a c 或s n /a m b e r lu s t 8 的参与下，在水中回流，可得到理想产率的。 一甲 烯基一y 一丁内a a ( 5 ) ，它是 一 达兰i c 丝型堕型望f 5u 塑 ie a 二 重要的 精细 化工中间体。 ( 式1 0 ) oii甲 o o r r i-c -r 2+万权 i 1 3 r ( 1 0 ) 1 9 9 7 年， r o y 等9 发 现， 在二 氯甲 烷一 水 ( 1 : 工 ) 中， 在二 氯 化 铜的 催 化下， 烯丙 基澳、 二氯 化锡和 醛反 应主 要发生y 位加成， 得 到反 式产 物( 式1 1 ) 。 该方 法 也适用于烯丙基氯只是反应时间较长。 oh r c h o+r s n c 1 2 c 1 2 , c a t c i- 1 2 c 2 / f i 2 0 r r = i 2 0 0 0 年， m a s a y a m a 等2 0 报道， 在二 氯甲 烷一 水的 两 相 体系中， 1 - 澳 - 2 一 丁 烯，二漠化锡和醛主要进行a 位加成( 式1 2 ) . rcho+ 、 叼 夕 、 、 / b r c h 2 c i 2 -h 2 0 十r 然而，当向上述体系中加入相转移催化剂时，反应的区域选择性则发生了 变化， 主要为y 加成， 而且产物以 顺式为主。 进一步的 研究表明， 在d m i - h 2 0 体系中 在碘化钠、 三丁基碘化钱的作用下， 1 - 氯- 2 一 丁烯、 二碘化锡和醛类化合物 反应的产率和立体选择性都比 较理想( 式1 3 ) a 八-1111二 rcho+ 、 厂 / 户 b r d mi - h 2 0 , rt r / y r 6 y一s y n 6 y -a n t i 南开大学元素有机化学所硕 研究生毕业论文 k o b a y a s h i 等2 1 研究了 四 烯丙 基 锡 和2 一 脱 氧 核 糖7 在水中 的 反 应， 催 化 量的 三氟甲 磺酸杭和表面活性剂十二烷基磺酸钠( s d s ) 的同时加入大大提高了 反应的 速率， 并 使 反 应 给出 定 量的 产 物8 ( 式1 4 ) . 该 方 法 适 用 于 其 它 一 系 列 的 醛 和 糖 类 化合物。 值得注意的是， 当仅用路易斯酸或表面活性剂时， 该反应进行的非常缓 j漫。 他们认为， 表面活性剂的加入， 使反应物在水中形成稳定的胶束体系， 使路 易斯酸与底物相互作用得到加强，从而加快反应，提高反应的产率。 o a c o a c 十( - ,s n 器 id in e 最 近， k o b a y a s h i 等2 2 又 将 路易 斯 酸 与 表 面 活 性 剂 结 合 起来， 发 展出 一 类 新 型水相催 十: l e w i s a c i d s - s u r f a c t a n t - c o m b i n e d c a t a l y s t s ( l a a c s ) ， 例如在水 中，在三氟平磺酸抗的作用下，苯甲醛和四烯丙基锡室温下反应 1 0 小时，得到 8 2 %的高烯丙基醇( 式 1 5 ) 0 p h c h o +( /a s n s c ( 0 3 s o c 1 2 h 2 5 ) 3 i o m 0 1 % h 2 o, r t , l o h oh p h人八 8 2 % ( 1 5 ) 同时， 他们还利用胶束体系成功的由 三氟甲 磺酸铣催化醛、芳香胺、 和三丁 基 烯丙 基锡的 反 应， 高 产率的 合 成了 高 烯丙 基胺2 3 ， 拓宽了 水相有机金属反应的 类型，也为有机合成提供了一些有用的 合成中间 体( 式1 6 ) . nhar r c h o+ s n b u 3 +a r n h 2 s c ( o t 0 3 c a t , s d s ( 1 6 ) 2 0 0 0 年李 朝 军 等2 4 首 次 报 道， 在水 和 空 气中， 在r h ( c o d ) 2 b f ; 的 催化 下， 三烷基苯基锡与醛类化合物的g r i g n a r d 型苯基加成反应( 式1 7 ) . 南 开 大 学 元 素 有 机 化 学 所 硕 士 研 究 生 41丝 于it 3t p h s n w3+r c ho h2 0 / 1 1 0 00 1 2 h a i r a t m o s p h e r e ( 1 7 r = me , b u 厂 p h 5 6 - 9 2 % 近来， 王东等 2 ， 报道了 在水相中，。 一 拨基水合醛及水合醛酷与二澳二烯 丙 基锡反 应较高产率的 生成。 一 拨基 和。 一 酷基高 烯丙 基醇 ( 式1 8 ) . o i i r c c h ( o h ) 2+ ( - , /- 2 s n b r 2 ( 1 8 ) 4 0 - 8 4 % r = b u o , me t h y l o x y , a r ( 二 ) 、锌参与的b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应 1 9 8 7 年， e i n h o n 等 s 报道在饱和氯化钱水溶液一四 氢映喃体系中， 在锌的 参与下，醛或酮与烯丙基卤化物发生反应遭夔1 (式 9). s a t .nh 4 c l/ t h e ( 1 9 ) r + 月峪 r 。火 飞 r r 2 b e n e z r a 2 6 等 报 道， ( 2 - 澳甲 基 ) 一 丙 烯酸乙 酷 与 醛 或 酮 在 锌的 参 与 下， 在 饱 和 氯化按溶液一四氢吠喃中回流，可以得到。 一甲 烯基一y 一丁内酷( 5 ) ，产率 4 7 - 9 8 %:而在纯四氢映喃中，产率仅为1 5 % 左右( 式2 0 ) . r - c - r 2 zn / r e fl u x s a t .n h 4 c l/ t h f ( 2 0 ) 南 开 大 学 元 素 有 机 化 学 所 硕 士 研 r 生 塾 t 进 k u n z 和r e s s ig 2 7 报 道了y - 氧 代 梭 酸 酷的 类 似反 应 ，产率5 5 - 7 7 % ( 式2 1 ) z n / r e fl u x c 0 2 m e + 诀丫 b rs a t .n h 4 c i/ t h f ( 2 1 ) 用锌参与水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应， 1 ,3 一 二氯丙烯可与拨基化合物反应生 成中 等 产 率的 共 扼1 ,3 一 丁 二 烯衍 生 物9 2 8 : 用3 - 碘 - 2 - 氯甲 基 丙 烯可 大 大提高 产率， 烯丙基化产物用酸处理得到9， 用碱处理得到烯基环氧化合物1 0 0 ( 式2 2 ) r i一 ii一 r 2- c - r 诀、 3 3 - 9 5 % ( 2 2 ) c 子 必 /_ 州 r 一 o10 同 样，拨基化合物与3 - 碘- 2 - 氯甲基丙烯反应后再用碱处理，可得到2 一 甲 烯 基四 氢吠喃衍生物1 1 2 9 . ( 式2 3 ) r i一 ii一 r 2r - c - r ( 2 3 ) o d a 等3 ” 报道在水一甲 苯中回 流条 件下， 锌可以 促进2 , 3 一 二氯 - 1 一 丙 烯的 烯 丙基化反应; 用锡代替锌， 则反应不能进行; 若体系没有水， 则反应也不能进行。 用 活 化的 锌 粉可以 促 进 反 应3 1( 式2 4 ) -一一一一一 w些) 丝些望+ii) 1 /fr i cl oh +rcho h 2 0 / t o l u e n e / r e fl u x ( 2 4 ) ( 三 ) 锢参与 的b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应 1 9 9 1 年， l i 和c b a n 3 2 首 次 报 道t 锢 参与 的 水 相b a r b i e r - g r ig n a r d 反 应。 与 锌和锡比较， 锢的反应不需要酸、 热或超声波等促进手段; 反应在室温条件下即 可平稳进行， 而且也不用有机助溶剂。 ( 式2 5 ) oh r c h o+ 了介/x i n / h 2 0 , 飞、( 2 5 ) 锢参与的反应条件极为温和，象缩醛这样敏感的基团存在也不影响反应。 而 金 属 锌、 锡 或 其 它 金 属 则 不 行 ( 式2 6 ) 0 锢 参与 的b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应 在水中 即 可进行， 若在无水四 氢吹喃中 反应， 则产率明 显下降 并且副 产物增多3 3 ; 用 o . 1 m m o 1 h c 1 代替水可提高反应速率3 4 o c h 3 异.异 人义+r c r o c h 3 o h c h 3 0 7 0 % c h 3 0澳 、 ( 2 6 ) ( 2 - 澳甲 基) 丙烯酸m h ) 与ia 基化合物在锢的参与下可在水中或四 氢峡喃一水 体 系中 室 温 下反 应; 酉 旨 的 反 应 产 物为 ( a 一 甲 烯基 ) 一丫 一 丁内 m h 5 3 5 , 酸的 反 应 产 物 需 经 盐 酸 处 理 得 到5 3 6 . 3 7 0 ( 式2 7 ) 丫 黔 r 1一 11 一 r 2r - c - r h z 0 门h f , rtc oor 2 一 卤甲 基一 3 - 卤丙烯与拨基化合物在锢的参与下于水中反应得到双烯丙基化 产 物3 8 ,a 化 物的 活 性比 氯高 ( 式2 8 ) 。 而 用1 ,3 一 二 澳 丙 烯反 应 ， 则 得 到1 , 1 一 双 烯丙 化 南开大学元素有机化学所硕士研究生毕业论文 产 物3 9 ( 式2 9 ) 0 o r ic r 2 i n / h 2 0 ( 2 8 ) oh oh i n / h 2 0 丫、 召i r i (2 9 ) 0龄 r + br b e m a r d e l l i 和p a q u e tt e 4 “ 报 道， 锢 可 参 与y - 羚 基 - y 一 内 酷 在 水一 四 氢 吠 喃 中 立体选择性的 烯丙基化， 产率良 好: 这是合成c e m b r a n o i d s 类化合物的重要中间 体。 ( 式3 0 ) tb dp s o 户+v b , b i n , 2 5 c t h f -h 2 o-h c i 9 3 % p/ a = 9 . 6 y 1 等4 ， 报道2 - 氯- 3 - 澳丙烯在锢、 水体系中 和醛于室温下反应， 可得到理想 产率的高烯丙基醇。 ( 式3 1 ) oh ci r c h o+b r c i 5 8 - 9 7 % r ( 3 1 ) 以多卤 代烯丙基试剂代替烯丙基滨进行锢促进的b a r b i e r 反应可以合成多官 能 团 的 高 烯丙 基醇。 a r a k i 等4 2 和m o m o s a 等4 3 分别 报 道了3 , 3 一 二 氯 - 3 - 滨 - i - 丙 烯 化合物与 醛的反 应， 得到了 具 有合成 价值的中间 体1 2 和1 3 . ( 式3 2 ) 一一一一一 一一一迪型- 述型6 1 鲤醚 、 诀 知 /ic i p h cho( 3 2 ) i n , l i l , d mf s o n i c a t i o n i n , d mf , rt 最 近， l i 等4 4 实 现了 水相中 锢促进的高 度立体 选择性丙 二 烯化反 应。 i 一 苯 基一 3 - 澳丙炔 1 4 和轻基醛 1 5在盐酸一乙 醇溶液中反应较好产率的生成丙二烯化 合物1 6 , 受鳌合控制， 产物中s y n 和a n t i 的比 例为1 0 / 1 0 ( 式3 3 ) hh oo 扛 ph阳 +h o c h o 0 , 1 m h c i/ e t o h ( 1 / 9 ) /r”.iph 2 0 0 0 年c h a n 等4 5 报 道了 首 例 有 机锢 ( i ) 化 合 物 环 戊 二 烯 锢1 7 在 有 机 合 成 中 的 应用。 在0 的 四 氢吠喃一 水 ( 4 / 1 ) 中， 1 7 和醛反应得到有 机合成 上非常 有价 值得高度官能团化的环戊二烯化合物。 而当使用恰当的底物1 8 和1 9 时， 可以一 锅法的完成烯丙基化反应和分子内 d i e l s - a l d e r反应，得到复杂的三环化合物 2 0 和2 1 .( 图1 ) 南开大学元索有机化学所硕 : 研究生毕业论文 c p l n 1 7 o h 人希护 cooet 1 8 n = 2 1 9 n =1 。 一一 ， t h f / h 2 0 ( 4 / 1 ) s c ( o t f ) 3 ( l o m o l %) ho 。 ff cooe t cooe t h、/ oee人 s c h e m 1 . on e - p o t b a n d t a n d e m ad d i t i o n / i n t r a - mo l e c u l a r di e l s - al d e r r e a c t i o n i n a q u e o u s me d i a ( 四) 、其它金属参与的水相b a r b i e r -g r i g n a r d 反应 锡的活性比锌、锢等金属弱，但是它与锡比较相似，在铝粉和氢澳酸的促 进下， 苯乙 醛与烯丙基溟在四氢吠喃一 水体系中 反应， 产率9 0 % 4 1 ， 若用四氢吠 喃作溶剂，则产率大大下降。 k a t r iz k y 等4 7 报 道， 缩 胺 在 三 氯 化秘 和 铝 的 参 与 下， 在四 氢咦 喃一 水中 烯丙 基化， 得到良 好的 产率的 胺2 2 ;用节卤 代替烯丙基卤 也能进行同样的反 应。 式 i、 r|n 3 4 ) n l生ni / -n 诀 洛 x _ ， 关n 八 r . r t h f / h 2 0 r 2 ( 3 4 ) r 322 南开大学元素有机化学所硕卜 研究生毕业论文 a k i y a m a 等4 8 报 道， 烯丙 基 锗 在 催 化 量的 三氟乙 酸 抗的 存 在下， 在 硝 基甲 烷一 水中， 可与醛 顺利的 反 应， 而 在无水条 件下， 产率明 显下降。 ( 式3 5 ) oh r c h o+( uy4 g e s c ( o t f ) 3 t h f / h2 0 飞、 ( 3 5 ) 铅 和 锅也 可用 于水 相 g r i g n a r d - b a r b ie : 型 反 应， 但是活 性要 低的 多4 9 k a u ff rn a n n 等5 。 报 道 烯 丙 基 铬 化 物2 3 也 可以 和 醛 在 水中 进 行 烯丙 基 化反 应。 ( 式 3 6 ) p h cho+ ( t h f ) 3 c i c r ( c h 2 c h = c h 2 ) 2 2 3 p h c h ( o h ) c h 2 c h = c h 2 ( 3 6 ) c h a n 等5 1 报道在水中， 在氟化钾的参与下， 锑、 醛和烯丙基澳室温下反应 1 6 小时得到高烯丙基醇， 产率8 9 -1 0 0 %。 该反应具有良 好的化学选择性， 酮则 不反应。 ( 式3 7 ) vb : + oh 1 6 h , 8 7 - 1 0 0 % 飞、( 3 7 ) c h a n 等5 2 报道在水相中， 在铜的 催化下， 金属锰、 烯丙基氯和芳香醛室温 反应 8 小时得到高烯丙基醇，产率4 2 - 8 4 %，相同条件下，脂肪醛则不反应。当 分子内同时具有上述两种官能团时，选择性不变。 ( 式3 8 ) 0h v c l+a r c h o mn / cu h2 0, 飞 、( 3 8 ) 1 9 9 9 年l i 等 3 报 道 在 水 相 中 采 用 金 属 镁 进 行b a r b ie r - g r i g n a r d 反 应， 成 功 的完成了 醛的烯丙基化反应， 这对传统的b a r b i e r -g r i g n a r d 反应是一个有益的补 充和突破， 而且对阐明水相中金属有机反应的机理也具有重要的意义。 同时该反 应具有良 好的化学选择性， 在脂肪醛和芳香醛共存时， 只与芳香醛反应。当分子 内同时具有上述两种官能团时， 选择性不变。 ( 式3 9 ) oh o . 1 n n h 4 c l 飞、( 3 9 ) h 。火 r + 户l b 水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应机理的 研究 随 着对水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应研究的 深入， 人们对反应机理的 研究也 决- 逐 渐 展开， 相继 提出了 几 种 假设。 比 如，自 由 基历 程 a . 5 5 、自 由 基负 离子 历 程 5 6 和烯丙 基金 属化合 物中 间 体历 程 7 . 1 9 . 2 0 . 3 4 等等。 但是这些 假设一 直没能 得到 实验数据的证实。 1 9 9 9 年c h a n 等 7 对 锢的b a r b ie r - g r ig n a r d 反 应的 机 理 进 行了 研究， 认为 反应经历了一价烯丙基金属化合物中间体， 并得到了 h n m r 数据的 支持。 其机 理如下( 图2 ) : 黔 0川 诀 知/ b r+ i n 护权了in ( i ) 玲o s c h e me 2 同 年， c h a n 等” 又报 道了 类似的金 属锡的 水 相b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应机理 ( 图3 ) . 诀 卜 / 日 r+s n hb r o r 诀 洛 /s n 日 r s n b r / 1 1 2 0 ( , z0 b r , s n / 1 1 , 0 诀 爷 / 入冲 尸 r s c h e me 3 南开大学元素有机化学所硕l 研究生毕业论文 三、在有机合成中的应用 最 近， l i 等4 4 报 道了 天 然 产 物 ( - - ) - g o n io f u f u r o n e 2 5 的 全合 成， 其中 关 键的 反 应步骤是内a a 2 4 与1 一 苯基一 3 - a丙炔在水相中的丙二烯化反应。( 图4 ) 一 s t e p s i n , r t , 1 4 h h c i / e t o h ( 1 / 9 )p h c 三c c h 2 b r h o ， h c二c s c h e me 4 四、论文设计思路 虽然金属参与的水相有机合成反应在上个世纪的最后十年得到了长足的发 展， 并取得了令人瞩目的成绩， 但是在不对称合成方面几乎还是空白。 而不对称 合成是现代有机合成的一个不可或缺的特征。下面是最近几年中，水相 b a r b i e r - g r i g n a r d反应应用在不对称合成中 仅有的几个例子。 1 9 9 9 年， l o h 等5 9 首 次 报 道了 金 属 锢的 水 相b a r b i e r - g r i g n a r d 型 不 对 称 烯 丙基化反应( 式4 0 ) 。 在乙 醇一 水( 1 / 1 ) 的溶液中， 在过量的 手性配体和三氟甲 磺酸 饰的参与下，锢、烯炳基澳和醛室温反应 0 . 5小时，得到高烯炳基醇，产率 7 2 _ t*rd 3 f i c 旦塑4 竺 四全 1 l ie 3 c一 一 一一 一9 8 %，3 4 - 9 2 e e %。 rcho+ 岁 夕 i - - / b r十 i n l ,c e ( o t 0 3 e t oh / h2 0 oh r v ( 4 0 ) i= 2 0 0 0 年， l o h 等 0 又报道了 催化的 水相b a r b i e r - g r i g n a r d 型不对称烯丙基 化反应( 式4 1 ) . j斗叹r 一业白 o i i ca t -一， 一 - -知 卜 e t o h / h 2 0 ( 9 / 1 ) oh r 火八 c a t : 5 m o l % ( s ) - t o l - b i n a p / a g n o 3 yi e l d : 7 0 - 1 0 0 % e e % :3 0 - 5 1 % p a r 2 p ar 2 ar - t o 在c h a n 等报道中 锢和锡的 水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应机理非常相似 历了 烯丙 基金 属化 合 物中 间 体， 我 们 设 想 在 命 属 锡 参与 的 水 相b a r b ie r - g r ig n a r d 反应中，是否也能引入手性因素。 从以 上的文 献综述中 可以 发 现， 在 水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应方面， 金属 锢的活性较高，室温下就可以较快的反应，而且副反应少， 但是锢的毒性较大， 而且锢也比较贵。 金属锑的活性较低， 选择性的与醛反应， 而不与酮反应。 锡的 一一- 一一 一一1 3 3 f i c 5til 4k h t 6j1 fi ;e 9l iq 二 一一一一一一 - 活性介于两者之间， 一般需要活化， 通常的手段主要有加氯化钱或氢澳酸等酸性 物质、加热 、微波和金属置换等方法。然而，以上这些方法都不太适合手性因 素的引入， 我们希望能够找到一种比较温和的促进反应的方法， 然后， 再引入手 性因 素( 式4 2 ) 0 oh rcho+ 子 夕 / b r +s n+l * r 尸 (4 2 ) 另 一方面， 在有 机相中的 不 对称 烯丙 基化反 应己 经见于文 献报道6 1 oh 卜 s n b r 2+r c h o l * -叫 一 一- -. 一 -知卜 c h 2 c i2 , 7 8 c r 气/ 尸 众 尧 、( 4 3 ) l* = 能否从反应中间体二烯丙基二滨化锡出 发， 在其水相反应 绍中引入手性因 素( 式4 4 ) . oh 卜八 s n b r2r c h o 9 -旦 . 一一卜 l * / h 2 o r 气/ ( 4 4 ) 据此，我们将工作思路确定在寻找合适的促进水相中锡参与的不对称合成 的方法。论文的研究工作主要分为两个方面:一、寻找温和的水相反应的条件， 避免以 前文献中的方法对配体的影响: 二、 在发现的条件中， 进一步引入手性配 体，开展不对称方面的尝试。 第二章、温和条件下金属锡的水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应 以及不对称方面的初探 在水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应方面， 同 金属 锢相比 ， 锡的 活 性较低， 一般 需要活化，通常的手段主要有加氯化按或氢澳酸等酸性物质、加热 、 微波和金 属置换等方法。 因此， 发展新的反应条件， 使反应能够在温和的条件下进行是开 展不对称合成的重要因素， 借鉴文献的报道和我们自己的思考， 我们在实验中发 现两 种新的 方法， 可以 在 温和的 条件下， 完成锡的 水相b a r b i e r - g r i g n a r d 反 应型 的烯丙基化反应。 1 9 9 7 年， r o y 等9 发 现， 在 二 氯甲 烷一 水 ( 1 : 1 ) 中 ， 在 二 氯 化 铜 的 催 化 下 ， 烯丙基澳、 二氯化锡和醛反应主要发生v 位加成， 得到反式产物( 式1 1 ) 。 他们运 用 h n mr 、电极电势和 e i m s光谱等方法，对反应机理进行了 研究。 他们的解 释如下( s c h e m e 1 ) : s n c 1 2 +2 c u c 1 22 c u ( a q ) + c l - +s n c 1 4 c u ( a q ) +族/x c u ( a q ) + c u ( a q ) + r c h o s n c 1 2 oh z 护 snx c 12c u(aq)+ s c h e me 1 3 f 丝圣些鲤丝旦竺lj f i ; r 1 丝兰一 我们设想三氯化铁是否也能起到类似的作用( s c h e m e 2 ) : s n+ 2 f e 3 +2 f e ( a q ) 2 +s 产 + es|刊|1 f e ( a q ) 2 +诀 飞 - fi x 训 / x f e ( a q ) 2 s n 4 + f e ( a q ) 2 + r c h o s n c 1 2 - /s n x c 1 2 f e ( a q ) 2 + 2 s n 、s n 4 + 3 s n 2 + s c h e me 2 实验证明三氯化铁能够促进反应， 但是反应的历程是否与我们的设想一致 还有待于进一步的证实。 2 0 0 0年， m a s u y a m a等报道， 在相转移催化剂的作用下， 二卤 化锡和醛反 应， 得到高烯丙基醇， 他们认为反应的 历程如下( s c h e m e 3 ) e s n b r 2+t b ab rs n b r 3 r c h o / c h 2 c l z oh s n b r 3 s c h e me 3 我们设 想能 否 直接在锡的b a r b ie r - g r i g n a r d 反 应中 直接引 入s n ( i i ) 和相 转 移催化剂体系 来促进锡的 反 应 ( s c h e m e 4 ) . s n b r 2十t b a b r s n b r 3 r c h o / c h 2 c l z 2 s n、s n 4 + 3 s n 2 + s c h e me 4 实验证明四乙基澳化钱能够促进反应，但是， 在实验中我们去掉了二氯化 锡， 反应也获得了较好的结果反应结果， 相转移催化剂的作用还有待于进一步的 证实。 实验部分 仪器: b r u k e r a c 一p 2 0 0 0 型核磁共振谱仪 y a n a c o mp - 5 0 0 型熔点仪 p e r k i n - e l me r 2 4 1 mc p o l a r i me t e r 试剂: 二氯甲烷、四氢吠喃、石油醚、乙酸乙醋等溶剂为分析纯，全部经过千燥 处理; 烯丙基m ( c p ) 经过常 压蒸 馏提纯; 苯甲 醛 ( a r ) 、 对甲 基苯甲 醛( c p ) 、 对甲 氧基苯甲 醛( c p ) 和肉 桂醛 ( a r ) 经过减压蒸 馏提纯; 对 硝基苯甲 醛 ( c p ) 和对氯 苯甲 醛( a r ) 经过重结晶提纯; 无水三氯化铁、 和四乙 基澳化按皆 为分析纯; 使用去离 子水; 锡粉( a r ) 无需事先处理; l 一 脯氨酸( a r ) 购自 天 津氨基酸 公司; 氢化铝铿 ( 9 5 % ) . 3 0 %甲 醛 水溶液、甲 酸 ( a r ) 、乙 酞氯( a r ) 、 丙 酞氯( a r ) 、 丁酸f f ( a r ) 均 可市购得到:2 0 0 - 3 0 0目柱层析硅胶产自 青岛海洋化工厂。 ( 一 )三氮化 铁促进的 锡的 水 相b a r b i e r - g r i g n a r d 反应 1、三氮化铁用量对锡的水相 b a r b i e r -g r i g n a r d 反应的影响 oh p h c h o+ 乡 夕 、 、 / b r十 s n f e c 1 3 c h z c i z / h z o ( 1 / 1 ) p h 澳、 ( 1 ) 向2 5 m l 的圆底烧瓶中 加入3 m l 二氯甲 烷和3 m l 水， 接着依次加入2 3 8 m g 锡 粉( 2 m m o l ) 、 称取适量的 无水三 氯化铁、 4 8 4 m g 烯丙 基漠 ( 4 m m o l ) 和 1 0 6 m g 苯 甲醛( 1 m m o l ) ，然后塞住瓶口，室温下剧烈搅拌 1 2小时后，向 混合物中加入 5 m 1 1 0 % 稀盐酸破坏反应，再用4 x 2 0 m l 的二氯甲 烷萃取， 合并萃取液， 依次用 5 m 1 饱和碳酸氢钠、 5 m l 水和5 m l 饱和食盐水洗之， 然后用无水硫酸镁干燥。 脱 去溶 剂后得到粗产 物， 用 石油 醚 / 乙 酸乙 酷( 1 0 / 1 ) 的 洗 脱液柱 层析分 离提纯 得到产 物高烯丙基醇。 南开大学元素有机化学所硕士研究生毕业论文 t a b l e 1 e f f e c t o f f e r ri c c h l o r id e o n t h e a l l y l a t i o n o f b e n z a l d e h y d e e n t r y f c c 1 3 ( m m o l ) t i m e ( h )y i e l d ( % ) 1 1 6 7 4 2 0 . 5 6 6 6 3 0 . 21 2 8 0 4 0 . 11 2 8 3 5 0 7 2 a a : 反应非常缓慢，转化率很低。 2 、水与有机溶剂的比例对反应的影响 oh 乡 夕 / b r+ s n l 0 %mmo l p h c ho+ f e c l 3 c h 2 c 1 2 / h 2 0， rt p h 资 ( 2 ) 向2 5 m l 的圆 底烧瓶中 加入调好比 例的二氯甲 烷和水， 接着依次加入2 3 8 m g 锡 粉 ( 2 m m o l) , 1 6 m g 无水 三 氯 化 铁 ( 0 . l m m o l) , 4 8 4 m g 烯 丙 基澳 ( 4 m m o l ) 和1 0 6 m g 苯甲 醛( 1 m m o l ) ， 然后塞住瓶口，室温下剧烈搅拌 1 2小时后，向 混合物中加入 5 m 1 1 0 % 稀盐酸破坏反应，再用4 x 2 0 m l 的二氯甲烷萃取，合并萃取液，依次用 5 m l 饱和碳酸氢钠、5 m l 水和5 m 1 饱和食盐水洗之，然后用无水硫酸镁干燥。脱 去溶剂后得到粗产物， 用石油醚/ 乙 酸乙 酉 歇 1 0 / 1 ) 的 洗脱液柱层析分离提纯得到产 物高烯丙基醇。 t a b l e 2 e f f e c t o