（有机化学专业论文）无溶剂法合成分子梭哑铃型化合物研究.pdf

硕士学位论文 摘要 环境保护已经成为人类面临的重要问题，绿色化学是目前研究的热点领域。 本文综述了绿色合成的原理，以及实现绿色合成的方法技术等。传统的有机化学 一般都是采用溶剂法合成，一些有毒的溶剂的挥发都将导致环境的污染。新兴起 的无溶剂有机合成是解决环境污染的一个重要的方法。本文总结了近年来的无溶 剂反应的一些新的进展和典型的反应类型，指出了这些无溶剂反应在有机合成中 的优点和应用前景等。由于固相反应的特征，多数固相有机反应表现出较溶液中 更高的反应效率和更好的选择性。 分子梭是当前有机化学研究的前沿领域，它由一个或多个大环组分和哑铃型 组分组成，文章给出了组成分子梭的大环的常见类型。哑铃型化合物是构筑轮烷 和分子梭的关键砌块，目前文献报道的哑铃型化合物合成中的成盐步骤一般是以 无水乙腈作溶剂，需要加热回流数天，而且产率很低，同时有副产物产生，产物 的分离、纯化困难。鉴于这些，本文提出了哑铃型化合物的一种新的合成方法： 无溶剂合成法。这种合成哑铃型化合物的方法，所需时间短，产率高，分离纯化 简单，是一种绿色的合成方法。 本论文设计通过固态熔融法合成以4 ，4 f _ 联吡啶桥连的一类哑铃型化合物、以 对二苄基桥连的一类哑铃型化合物；设计通过固相研磨法合成了以2 ，2 - 联吡啶桥 连的一类哑铃型化合物。这三类反应均使4 ，4 f _ 联吡啶成盐，形成一个或多个贫电 子的识别位点，为分子梭的组装作好了基础。在前两类化合物成盐的每一步中都 采用固态熔融的方法，在最后一类中采用固相研磨法。结果表明反应时间比传统 的溶剂合成法大大缩短，产物纯化过程简单，产物的收率大大提高。本论文的工 作为哑铃型化合物的合成提供了一条高效、快速的途径。 实验中合成的中间体和目标分子经1 h n m r 、”c n m r 、质谱得到确认。 关键词：绿色合成：分子梭；哑铃型化合物；无溶剂有机合成；固态熔融法；研 磨法 无溶剂洼合成分子梭哑铃型l 。台物研究 a b s t r a c t t h ep r o t e c t i o no fe n v i r o n m e n th a sa l r e a d yb e e nt h ei m p o r t a n tq u e s t i o nt oh u m a n b e i n g g r e e no r g a n i cs y n t h e s i si s t h eh o tf i e l dt op e o p l e t h et e x ts u m m a r i z e dt h e t h e o r yo fg r e e ns y n t h e s i sa n dt h em e a s u r ea n dt e c h n i q u er e a l i z e dt h eg r e e ns y n t h e s i s t h et r a d i t i o no r g a n i cs y n t h e s i sc o m m o n l yu s es o l v e n t ，s o m ep o i s o n o u ss o l v e n t sc a n v o l a t i l i z a t ea n dc a u s et h ee n v i r o n m e n tp o l l u t e d ，s o l v e n t f r e eo r g a n i cs y n t h e s i si s n e w l ys p r i n g i n gu pa n di t i sa ni m p o r t a n tm e t h o dt os e t t l et h ep o l l u t i o n t h i st e x t s u m m e du ps o m en e w l ya n dm o d e lr e a c t i o nt y p e s ，a n dp o i n t e do u tt h em e r i t sa n d f o r e g r o u n dw h o w o u l da p p l yt oo r g a n i cs y n t h e s i s d u et ot h ec h a r a c t e ro fr e a c t i o no f s o l i d s t a t e ，m a j o r i t yo f s o l i ds t a t er e a c t i o n sh a v eh i g h e r e f f i c i e n c ya n db e t t e r s e l e c t i v i t yt h a nt h er e a c t i o n si ns o l v e n t m o l e c u l a rs h u t t l el o c a t ef o r e l a n dr e s e a r c hf i e l di no r g a n i cc h e m i s t r y , t h e ya r e c o m p o s e do f o n ec y c l i cc o m p o u n da n dad u m b b e l l - s h a p e dc o m p o u n d t h i st e x t s u m m a r i z e dt h ef a m i l i a rt y p e so fc y c l i cc o m p o u n d s d u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d sa r e t h ek e yb u i l d i n g b l o c k st ob u i l d u pm o l e c u l a rs h u t t l e s t h es t e p so fs y n t h e s i z e d d u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d sw e r er e p o r t e db yl i t e r a t u r e s t h el i t e r a t u r e sp o i n t e do u t w h e nt h ec o m p o u n d sb e c a m es a l tt h e yu s e da n h ) d r o u se t h a n o la ss o l v e n t s ，n e e d e dh e a t u n d e rr e f l u xf o rs e v e r a ld a y s ，a n dh a d l o wy i e l da sw e l la so u t g r o w t ha tt h es a m et i m e s oi t sd i f f i c u l tt os e p a r a t ea n dp u r i f y s ot h i st e x ta d v a n c e dan e wm e t h o dt os y n t h e s i s d u m b b e l l - s h a p e dc o m p o u n d s ：s o l v e n t f r e eo r g a n i cs y n t h e s i s t h e n e wm e t h o dt o s y n t h e s i st h ed u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d sn e e d ss h o r t e rt i m e ，h a sh i g h e ry i e l da n d w o r k su pe a s i l y w es y n t h e s i z e do n et y p eo fd u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d sb r i d g e db y4 4 - b i p y r i d i h i e ，s y n t h e s i z e do n et y p eo fd u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d sb i s - 4 ，4 一b i p yr i d i n i eb r i d g e db y o o b i p h e n m e t h y lf r o ms o l i ds t a t em e l t i n g ，a n ds y n t h e s i z e da n o t h e rt y p eo fd u m b e l l s h a p e d c o m p o u n do fb i s - 4 ，4 - b i p y r i d i n i eb r i d g e db y2 ，2 1 - b i p y r i d i n eb ym e t h o do fs o l v e n t - f r e es y n t h e s i s t h i st h r e et y p er e a c t i o n sa l lm a d e4 ，4 - b i p y r i d i n i es a l t i n g ，f o r m e do n eo rm o r em o l e c u l a rr e c o g n i t i o ns t a t i o n ，a n dm a d ef o u n d a t i o nf o ra s s e m b l yo fm o l e c u l a rs h u t t l e a t e v e r ys t e po ft h ef i r s tt w oc o m p o u n d sw h e nt h ec o m p o u n d sb e c a m es a l t ，w es y n t h e s i z e di tb ys o l i ds t a t em e l t i n g w h e nw es y n t h e s i z e dt h el a s tc o m p o u n dw eu s e dg r i n d i n g m e t h o di nk e ys t e p i tw a sp r o v e dt h a tt h er e a c t i o nt i m eb e c o m es h o r t ，t h ep r o c e s sw e p u r i f i e dt h ep r o d u c t i o nb e c o m ee a s y ，t h ey i e l do ft h ep r o d u c t i o nb e c o m eh i g h e rt h a n t r a d i t i o n a ls y n t h e s i si ns o l v e n t s t h ew o r ko ft h i st e x te x p l o i t e dah i g he f f i c i e n c ya n d i i s p e e d i n e s sw a yf o rs y n t h e s i z i n gd u m b b e l l - s h a p e dc o m p o u n d s a tl a s t t h es t r u c t u r e so fa l lc o m p o u n d sh a db e e nc h a r a c t e r i z e db y1 h n m ra n d ”c n m r k e yw o r d s ：g r e e ns y n t h e s i s ；m o l e c u l a r s h u t t l e ；d u m b b e l l s h a p e dc o m p o u n d s ； s o l v e n t f r e eo r g a n i cs y n t h e s i s ；m e l ts o l i ds t a t e ；g r i n d i n gm e t h o d i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果由本人承担。 作者签名： 强鸯硐 日期：一币1 6 销月弼日 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， 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，在一年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“” 作者签名：豫高嘲 别磁孙铂孔啐 日期：沙，d 6 年r 月矿6 日 日期：渤日 第1 章绪论 1 1 绿色化学的概念及任务 在自然科学的发展过程中，有机合成起着巨大的推动作用，对人类的生产和 生活具有不可估量的意义。药物、化肥、人造纤维、洗涤剂、杀虫剂、保鲜剂、 染料以及具有各种性能的现代材料等，无一不是有机合成的产物。可以说，当今 国计民生的各个方面，科学研究的不同领域，都离不开有机合成的产品。但是， 在人类物质生活不断提高和工业化高度发展的同时，大量的工业和生活排放物却 反过来使全球性环境污染臼益加剧和资源急剧减少，人类社会的可持续发展受到 极大的威胁，这就使化学家面临新的挑战，要去探索、研究对人类健康和环境较 少或没有危害的绝色化学。各国政府，学术界纷纷呼吁采取措施从根本上预防和 控制污染。1 9 9 6 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，用来奖励利用化学原理 从根本上减少化学污染取得的成就【。为此，人们提出了绿色化学的概念，有机合 成作为化学合成的重要组成部分，在绿色化学中居于举足轻重的地位，在绿色化学 及其理念指导下，最终要实现绿色合成。 1 1 1 绿色化学的概念 绿色化学( g r e e nc h e m i s t r y ) 又称环境无害化学( e n v i r o n m e n t a l l yb e n i g n c h e m i s t r y ) ，环境友好化学( e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yc h e m i s t r y ) ，清洁化学( c l e a n c h e m i s t r y ) 。绿色化学的定义是利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人体健 康，社区安全，生态环境有害的原料，催化剂，溶剂和试剂，产物及副产物等的 使用和生产。绿色化学的理想在于不再使用有毒，有害的物质，不再产生废物， 不再处理废物。它是一门从源头上防止污染的化学，是一种能最大限度地从资源 合理利用，环境保护以及生态平衡等方面满足人类可持续发展的化学。因此，绿 色化学的研究成果对解决环境问题是有根本意义的。 绿色化学的主要特点是原子经济性，也就是说，在获取新物质的转化过程中 充分利用每个原料的原子，实现“零排放”。因此，它既可以充分利用资源，又不 产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转 变。 绿色化学的核心问题是研究新反应体系，包括研究新合成方法和路线，寻找新 的化学原料，探索新的反应条件，设计和研制绿色产品等。 1 1 2 绿色化学原理 垄篁型鎏垒壁坌三堡墼竺型些窒窒至塞 研究绿色化学的先驱们总结出了这门新型学科的基本原理，为绿色化学今后的 研究指明了方向。( 1 ) 防止污染优于治理污染。( 2 ) 原子经济性。过去在评价一 个合成反应的效率时，通常只是用产率这个概念。如果一个合成反应的产率达1 0 0 ，就认为是一个非常完美的合成方法，但是从绿色化学的观念来看，这种衡量标 准存在教大的缺陷。1 9 9 1 年，美国著名化学家t r o s t 提出了原子经济性的概念1 2 j 来 评估化学反应的效率。它考察的是有多少反应物的原子进入目标分子中去。理想 的原子经济反应应该是反应物原子1 0 0 地转化到目标产物中，而没有原子生成 其他副产物。( 3 ) 无害化学合成。无害化学的合成是设计只采用和生产低毒或无 毒化学品的合成，由于危险来自于危害性和暴露性两个方面，减少或消除任一方 面都可降低危险性。避免暴露固然可行，但降低毒性的生产才是根本的办法。( 4 ) 设计安全化学品。安全化学品的设计目标是使所设计的产品在具有最大的期望功 能与性质的同时把它们的毒性降低到最低限度。( 5 ) 使用安全溶剂和助剂。这一 原理是希望在合成反应的过程中尽可能不使用助剂和溶剂。如果必须使用时应选 择无害无毒的助剂。因为助剂不能进入最终的产物之中，只能成为废物流中的一 部分而造成环境污染。目前，解决的办法是在必须使用助剂时选择下列无公害的 绿色助剂：a ：水做溶剂。与有机溶剂相比，水是理想的环境无害溶剂，因为它不会 增加废物流的浓度，尤其是超临界水的使用效果更理想。b ：超临界流体作溶剂，如 超临界c 0 2 。c ：无溶剂反应。开发无溶剂反应的途径之一是设法寻找能起溶剂作用 的反应试剂。另外，设法使反应物在熔融态下或者在固相表面直接反应，这些途 径都可避免使用助剂或溶剂。( 6 ) 设计能源经济性反应。( 7 ) 使用可再生原料。( 8 ) 尽量避免不必要的衍生步骤。( 9 ) 催化剂优于化学计量试剂。( 1 0 ) 降解设计。( 1 1 ) 预防污染中的实时分析。( 1 2 ) 防止意外事故的安全工艺。 1 1 _ 3 实现绿色化学的方法，技术与途径 人们提出了绿色化学得原理，依照这些理论，产生了实现绿色化学的方法、 技术与途径。1 开发“原子经济”反应。2 提高烃类氧化反应的选择性。3 选用更“绿 色化”的起始原料和试剂。4 采用无毒，无害的高效催化剂。5 采用无毒，无害的 溶剂6 反应方式的改变。7 采用高效合成方法。8 固态反应( 干反应) 。固态化学 反应的研究吸引了无机，有机，材料及理论化学等多个学科的关注，某些固态反 应已获得工业应用。固态化学反应其实是一种在无溶剂作用，非传统的化学环境 下进行的反应，有时它比溶液反应更为有效，选择性更好。这种干反应可在固态 时进行，也可在熔融下进行，有时需要利用微波，超声波或可见光等非传统的反 应条件。9 利用可再生的生物质资源。 前面我们介绍了绿色化学，知道“绿色化学”的一个极其重要目标是摒弃在有 机合成中的挥发性有机溶剂。但时至今日，人们已形成了一种固定思维模式，总 习惯地将有机反应放在溶液中进行。在传统的有机合成中，有机溶剂是最常见的 硕士学位论文 反应介质，因为他们能很好地溶解有机物、保证物料混合均匀和热量交换稳定。 但有机溶剂的毒性和难以回收又成为对环境污染的主要因素；在溶剂中进行的反 应，由于反应物分子都被溶剂化，严重阻碍分子的有效碰撞，与非溶剂化的反应 分子比较，反应速率是大为降低。早在1 9 1 8 年，k o h l s e h u t t e r 就曾对固相反应进 行了研究，并提出了固相反应的最小移动规则的理论，即在固相反应中，参加反 应的分子或原子保持最小距离的移动，且固相反应的方式及产物的结构都受到晶 体三维结构的严格控制。固相反应属于无溶剂反应。无溶剂条件下，反应速率、 收率及反应选择性均较溶液中有显著的优势【3 】。无溶剂有机反应使合成更加简单， 节省能量，并防止了废弃物，危害和毒性。鉴于以上原因无溶剂有机合成方法的 开发已经成为一个重要和受欢迎的研究领域。 1 2 无溶剂有机合成 1 2 1 无溶剂有机合成的定义和应用范围 绿色有机合成是指采用无毒、无害的原料，催化剂和溶剂，选择具有高选择 性、高转化率，不生产或少生产副产品的对环境友好的反应进行合成，其目的是 通过新的合成反应和方法，开发制备单位产品产污系数最低，资源和能源消耗最 少的先进合成方法和技术，从合成反应入手，从根本上消除或减少环境污染。 无溶剂有机合成属于绿色合成的范围，它不使用溶剂，尽可能的减少了溶剂 的挥发。无溶剂有机合成这一领域涵盖所有的有机化学分支。包括无须助剂，以 纯净形式生成单一产物，实际反应后无须消耗溶剂的纯化学步骤的化学计量的固 一固反应和气一固反应；也包括一些无须助剂亦能发生，因产物直接结晶化导致 产率定量的化学计量的熔化反应。对无溶剂化学的应用来说，虽然那些反应是最 好的选择，避免溶剂的优点不应限于此。即使不利的晶体填充和低熔点有碍于固 态反应，未能直接结晶化的熔融反应不能给予产物以1 0 0 的产率，无溶剂转化 的应用仍是有意义的。与在溶液中相比，无溶剂条件下反应物较高的浓度常常导 致更加有利的反应动力学。在某些情况下可能要求使用一些助剂，如催化剂或固 体载体。在无溶剂反应步骤中，常用到固体载体和微波加热，而不是冷却或对流 加热。 “无溶剂”一词限于( 或扩展至) 固体或液体实际的化学计量使用。在液体或 可溶解的试剂和或液体或可溶解的催化剂的情况下，这些试剂可过量但不能超过 l o 。在该领域中似乎被广泛接受的是，“无溶剂”合成不包括将试剂预先吸附到 载体上或解吸附，产物的纯化及分离所用的溶剂。另一方面，不溶固体悬浮液( 常 为水性) 的光解无疑应属于一种无溶剂技术，但是那些涉及为与悬浮固体反应而 从液体中提取试剂的则不属于此类。 在固体中，反应物分子处于受限状态，分子构象相对稳定，可利用形成包结 无溶剂法合成分子梭哑铃型化合物研究 物、棍晶、基激络合物、分子晶体等手段控制反应物的分子构型【4 “】，尤其是通过 与光学活性的主体化合物形成包结物控制反应物分子构型，实现了对映选择性的 不对称合成。另一方面，无溶剂有机反应操作简单，加热、振荡、研磨及超声辐 射都可加速化学反应，是一种较理想的合成方法。 近几年来在实际利用无溶剂反应进行有机合成方面取得了很大进展。最近 t a n a k a 7 1 等对无溶剂有机合成反应作了详细的综述，常见的一些有机反应均能在固 态条件下进行，如重排反应、氧化反应、还原反应、羟醛缩合反应、偶联反应、 g r i g n a r d 反应、r e f o r m a s k y 反应、w i t t i g 反应等。 因此，研究无溶剂有机合成具有重大的理论意义和实践意义，已成为发展绿 色化学与技术的新途径。本文设计的哑铃型化合物的成盐步骤，不使用溶剂，是 以绿色合成为主题。 1 2 2 无溶剂合成的类型 1 2 2 1 还原反应 1 醌的还原反应 将对苯醌2 与2 0 倍摩尔量的还原剂连二亚硫酸钠共同研磨1 0 分钟，迅速发生颜色 变化，室温放置2 4 d , 时后，醌被还原，重新得到相应的氢醌1 【引。如图1 1 所示。 2 醛、酮的还原反应 a r h a j i p o u r 报道了一种醛、酮的还原反应。他是将醛、酮、或者酰氯和还原 剂放在研钵中，室温下用研杵研磨所得混合物，直至薄层层析检测表明反应物完 全消失。用四氯化碳萃取反应混合物，挥发掉溶剂得 o 2 r a r 4 r 3 r 4 图1 1 醌的还原反应 到相应的醇。再用硅胶g 柱色谱纯化9 1 。如图1 + 2 所示的反应。 r 八or ：立= r h l 卜r 2 o h 图1 2 醛、酮的还原反应 在这个反应中r 2 可以是烷基，可以是氢，可以是卤素。r l 可以是苯基( 苯环 4 。雄 上可以有烷基、硝基、卤素和烷氧基等) 、烷基等。 r s v a r m a 报道了一种在n a b h 4 和a 1 2 0 3 存在下，用微波照射它们和纯净 的苯乙酮的混合物，可以以8 7 的产率得到纯净的仲苯乙醇2 d 。而且在任何一个 所研究的反应中均未副产物生成，没有a 1 2 0 3 时，不发生反应f 1 0 。如图1 3 所示 的反应。 r 铲r ，! 警r 饼r ， a ：r = m e ；r 1 = hb ：r = c i ；r i = hc ：r = n 0 2 ；r 1 = h d ：r = h ； r l _ m ee ：r = r l = m ef ：r = h ；r 1 _ p h g ：r = h ；r l = c h ( o h ) p hh ：r = o c h 3 ；r l = c h ( 0 h ) c 6 h 4 o c h 3 p 图1 3n a b h 4 参与的还原反应 1 2 2 2 缩合反应 1 醛醇缩合 醇醛缩合反应在有机合成中有广泛用途，在无溶媒的条件下，某些醇醛缩合 反应较溶液中更有效，而且表现出较高的立体专一性。在室温下研磨苯乙酮、对 甲基苯甲醛和n a o h 的糊状混合物5 分钟，混合物变成浅黄色固体，纯化后得4 一甲 基查尔酮( 9 7 ) n ，若缩合反应在5 0 乙醇溶液中进行( 反应条件相同) ，产物收率 仅为1 1 。如图1 4 所示的反应路线。 a r 、 a r c h o 手时i c o c h 7 屿、= 气 。 、c o a r 图1 4 醛醇缩合反应 2 狄克曼缩合 二酯的狄克曼缩合反应一般应在惰性气体的保护下，在无水溶剂中，加热回流条 件下进行反应。为避免分子之问的反应，狄克曼缩合反应通常在高倍稀释的溶液 中进行。然而，最近t o d a 1 2 1 等报道，己二酸二乙酯和庚二酸二乙酯的狄克曼缩合 反应，在固相中进行，需要惰性气体保护，产品可通过直接蒸馏得到( 如图1 5 所 示的反应路线) ，产率与液相条件下相比，差别不大。例如1 a ，在室温下反应1 0 分钟，得到收率8 2 的2 a ，而在甲苯中，在氮气保护下，加热回流得至1 j 7 4 8 1 的产率。由此可见，此方法是一种操作简便、经济的、对环境友好的方法。 3 k n o e v e n a g e l 缩合反应 羰基化合物和带有活泼亚甲基的化合物在异相条件下发生k n o e v e n a g e l 反 应，已有许多文献报道。最近s e b t i 等报道在固相条件下，醛和活泼亚甲基化合 物在氟磷灰石( f a p ) 和n a n 0 3 f a p 两种体系中，都能发生k n o e v e n a g e l 反应。 无溶剂法合成分子梭哑铃型化合物研究 f h 2 c 0 0 e t ( g h 2 b c h ，c o o e t c o o e t ( 沁o 1 a ：h ：2 2 b ：”= 3 图1 5 狄克曼缩台反戍 实验结果发现，f a p 是一种活性较高的载体，它能使该反应进行，然而反应速率较 慢，产率也较低：将n a n 0 3 固载在f a p 上，构成固载试齐i j n a n 0 3 f a p ，提高了f a p 的活性，在较短的反应时间内，得到9 4 9 8 的收率。该试剂还能再生，重复 利用，是一种对环境友好的催化剂。该反应条件温和、操作简便，是一种较好的 方法。反应式如图1 6 所示。 n a n o ，f a p 图1 6k n o e v e n a g e l 缩合反应 1 2 2 3 氧化反应 1 酚的氧化及氧化偶联反应 将等摩尔的对苯二酚l 及硝酸铈( i v ) 铵混合后，在研钵中共同研磨5 1 0 分钟 然后于密闭容器中放置4 8 小时，得到高产率的氧化产物对苯醌2 【引。如图1 7 示。 o h l c a no rc a n b r o ， r 3 r 4 图1 7 酚的氧化反应 酚的氧化偶联反应通常是将酚溶解后加入至少等摩尔金属盐如三氯化铁进行 反应，但经常由于副产物醌的形成而使收率降低。后来研究发现1 4 j ，此反应在固 态进行比在溶液中速度、收率均有增加。所有反应按反应物、试剂1 ：2 摩尔比， 在玛瑙研钵中研细后置于试管中进行反应，若将1 与f e c l 3 6 h 2 0 ( 摩尔比仍为1 ：2 ) 在5 0 甲醇水溶液中回流2 d , 时，仅得到6 0 收率2 ，而用固相研磨法收率达9 5 。 将3 与【f e ( d m f ) 3 c 1 2 f e c l 4 】同样在二氯甲烷中室温反应4 8 z j 、时，得到3 3 4 ，但副 产物较多，分离纯化困难，用研磨法反应1 小时，产率达到6 6 。如图1 8 示。 6 ： + o hc _ l r 。融。 硕士学位论文 i 冬，每丫o h u 乒一 器2 8 a 哆h 一跨o ： 图1 8 酚的偶联反应 2 b a e y e r v i l l i g e r 氧化反应 t o d a 等5 1 研究比较了一些酮在过氧酸催化下i 均b a e y e r v i l l i g e r 氧化反应( 如图 1 9 所示的反应) ，发现他们在固态比在氯仿溶液中反应速度快，收率高( 3 9 9 5 1 。 r i c o r 2 竺型骂r i c 0 2 r 2 图1 9b a e y e r v i l l i g e r 氧化反应 1 2 2 4 其它反应类型 1 m i c h a e l 力h 成反应 j c h r i s t o f f e r s 报道了一种在三价铁做催化剂，无溶剂条件下进行的m i c h a e l 加 “ 成反应( 如图1 1 0 所示) 。将羰基酯，烯酮和f e c l 3 h 2 0 的混合物在室温下搅拌 过夜，随后进行柱层析，就得到产率为9 7 的无色油状物。 莎x + j m 掣 r 人o 八o 艄+ j 竺墨r 人o o m 。 r 八八咱+ v m 。竺墨r 弋八八m 。 占h亡0 2 e t 图1 1 0 羰基酯和烯酮的m i c h a e l 加成反应 室温、氩气氛下，将新研磨过的酯烯醇锂和邻甲氧基苯甲醛混合( 如图1 1 1 所示的反应路线) 。该反应在室温、真空条件下进行3 天后，用氯化铵水溶液淬灭 反应，再用3 份乙醚萃取所得混合物。合并的有机萃取液经水洗涤后、用无水硫 酸钠干燥。减压条件下旋蒸出溶剂得粗产物。粗产物中以反式醛醇产物为主( 顺 反l t 例为8 ：9 2 ) d 7 。 无溶剂法合成分子梭哑铃型化合物研究 。b 。= 3 3 0n m 的光照射纯净的粉末样品1 得化合物2 ，所得化合物2 的质量大于产物混合物质量 舭 h o=， r 硕士学位论文 的9 6 ，熔点1 0 5 。 r 人。呈r 1 2 a ：r = hb ：r = m e c ：r = p hd ：r = n p re ：r = i p r 图1 1 4 乙酸乙酯的c l a i s e n 反应 驶击，厨磐靠 图1 1 5 光重排反应 6 w i t t i g h o r n o r 反应 将比例为l ：1 ，精细粉碎的包合配合物( 一) 1 和4 甲基环己酮2 a 及乙氧羰 基甲基三苯基膦3 混合，保持在7 0 ，4 小时内w i t t i g h o r n o r 反应完成反应式如 图1 1 6 示。向反应混合物中加入醚石油醚( 1 ：1 ) ，过滤除去沉淀出的固体( 三 苯氧膦和过量的3 ) 。蒸出滤液中的溶剂，真空下蒸馏剩余的粗产物得( 一) 一4 一甲 基一1 ( 乙氧羰基亚甲基) 环己烷( 一) 4 ，产率7 3 【2 2 l 。 ( 一) - 1 甚 图1 1 6w i t t i g - h o r n o r 反应 7 熔融反应，串联反应 将晶状的邻苯二胺l a 和偶苯酰2 球磨1 小时。真空条件下，于8 0 除水1 9 叶 垂鎏型鎏窒塞坌三丝堡竺型些窒丝堑塞 小时后得纯3 a ( 1 0 0 ) 。 相似的，所有的产物3 均在给定的温度下以1 0 0 的产率获得。在室温下将 1 b 和1 d 同2 一起研磨后，再在烘箱中于1 0 0 和1 6 0 。c ；0 1 热1 5 分钟，得产率为 1 0 0 的纯3 b 和3 d 。 在一抽成真空的5m l 烧瓶中，化学计量的熔融体在相当高的温度下反应也能 获得定量的产率：3 a 在1 0 0 下2 0 分钟，3 a 在1 3 0 下3 0 分钟，3 b 在1 3 0 下 3 0 分钟。 同样，化合物5 也可以在固态( 7 0 ，1 5 分钟) 和在熔融态( 1 1 0 ，3 0 分 钟) 以1 0 0 的产率得到23 1 。反应式如图1 1 7 所示。 2 3 a ：r = h ；r = h 2 ：r ”= h a ：室温，1 h ；a ：7 5 ，1 h c ：r = h ；r m e 27 ：r ”2 0 m e b ：1 0 0 ( 2 ，t s m i nb ：8 0 c ，t h b ：r = m e ；r hc ：7 5 ，3 0 m i nd ：r = n 0 2 ；r hd ：1 6 0 ，i5 m i n o 4 o 图1 1 7 邻苯二胺和偶苯酰进行的熔融反应 8 醚化反应 用研杵将1 ：1 当量的底物和2 ，3 - 二氯5 ，6 - 二氰1 ，4 一苯醌在研钵中研磨约 1 0 分钟，反应式如图1 1 8 示。将所得的有色固体转移至一无盖的小瓶中，然后将 其放入底部存有一浅层甲醇的密闭容器中。把该容器置于冰箱中放置5 1 0 小时。 经饱和碳酸氢钠处理后，所得产物用核磁共振氢谱加以分析【2 4 1 。 1 0 o o o h 一 里旦旦 卜 m e o h l 薹塑， h c l o 5 e t o h ! 薹垫 ， 图1 1 8 醚化反应 9 h a n t z s c h 反应 j s y a d a v 报道了在硅胶和尿素作催化剂的条件下发生的h a n t z s c h 反应，反应 式如图1 1 9 所示。在固态下用研钵和研杵将醛、乙酰乙酸乙酯和尿素与硅胶充分 混合均匀。将所得的粉末转移至一只锥形瓶中，在6 5 0w 下微波照射2 5 分钟。 转化完成后，将所得混合物直接装填到一个小硅胶柱上洗脱得到产物【2 5 1 。 oro oo r c h 。+ 人八。日壁塑 脲，微波e 众x 吣 在这个反应中r 可以是苯基，萘基，噻吩基，呋喃基，以及烷基等。 1 0 频哪醇偶联反应 将1 和锌粉和氯化锌的混合物在室温下放置3 小时。将反应混合物与3m o l l 盐酸和甲苯混合后过滤除去锌粉。用甲苯萃取滤液，用水洗涤甲苯溶液并用硫酸 镁干燥。蒸出甲苯就可以得到产物26 1 。反应方程式如图1 ，2 0 示。 o r r a r 上r 当时斗十时 善，妊 主篁型鎏窒垒坌三堡垩至耋堡垒丝堑塞 d ：a r 2 4 一b r c 6 h 4 ；r = t te ：a r 。4 c n c 6 i t 4 ；r = h f ：a r 2 4 p h c 6 h 4 ；r = h g ：a r = p h ；r = m e h ：a r = 4 b r c 6 h 4 ；r = m ei ：a r 2 4 c n c 6 h 4 ；r 2 m ej ：a r 2 p h ； 肛pk ：a r = 4 - m e c 6 h 4 ；r = 4 m e c 6 h 4 ；l ：a r = 4 - c i c 6 h 4 ；r = 4 c i c 6 h 4 ； ma t = p h ；r = 4 - c i c 6 h 4 ； n ：a r = r = 芴基 1 1 偶联反应 1 ，1 l 联二萘酚的合成主要采用b 一萘酚和三氯化铁水相合成方法，收率9 4 。 这种方法要用1 0 0 倍的水，产生大量的废水，污染环境，且设备利用率偏低。 r a s m u s s e n 等报道用固相合成方法可以解决上述问题，即将6 一萘粉和f e c l 3 6 h 2 0 r 氯化钠置于球磨器中研磨l 小时，得到8 7 的偶联产物，反应方程式如图1 2 l 所示。 此方法操作简便，且反应速度快，收率高，是一种对环境友好的合成方法。 2 o h f e c l 3 6 h 2 0 ，n a c l 图1 ，2 1b 一萘酚的偶联反应 1 2 二苯乙二酮二苯乙醇酸重排 二苯乙二酮一二苯乙醇酸重排反应一般在加热回流的条件下进行，反应时间为 1 0 分钟2 4 d , 时；若在室温下进行，反应时间为4 天，反应时间比较长。t o d a 等曾 报道在固相条件下进行该反应，结果发现，这一重排反应在1 6 小时范围内，在 8 0 时得到少于9 5 的重排产物。然而，带有给电子基的二苯乙二酮反应比较慢， 如对甲氧基二苯乙二酮反应6 小时后，只得到3 2 的重排产物。在此启发下，y u 等采取了微波辐射技术促进该反应进行，反应式如图1 2 2 示，实验结果发现，在较 短时间内，无论是带有给电子基的还是带有吸电子基的二苯乙二酮都容易发生重 排反应，得到较高收率的重排产物。该方法不仅缩短了反应时间，而且提高了产 率，同时与传统的加热方法相比，操作简便，是一种较好的合成方法。 船1 c c a r 2 | | 1 0o a r l c ( o n ) ( c 0 2 9 ) a r 2 图1 2 2 二苯乙二酮一二苯乙醇酸重排反应 13 b e c k m a n n 重排 酮肟经重排生成酰胺的反应一般在液相条件下进行，多种试剂应用于该反应 如浓h 2 s 0 4 、甲酸、二氯亚砜、多磷酸、液态二氧化硫等。g h i a c i 2 7 】等报道在固 硕士学位论文 相条件下，) 羽a 1 c 1 3 作为试剂，将各种酮肟和a l c l 3 以不同摩尔比混合，在4 0 8 0 下，研磨3 0 分钟，反应式如图1 2 3 示，得到收率1 0 0 的b e c k m a n n 重排产物，即各 类酰胺化合物。该反应操作简单、反应条件温和、转化率高，是一种较好的合成 方法。 r 一车一n o h + 觚1 3 訾 支- 。一1 r e = n o a j c l 2 如 i o r 一2 一n h r l 图1 2 3 酮肟的b e c k m a n n 重排反应 在我们介绍的无溶剂有机合成中，采用的合成方法有固态研磨法，微波照射法， 固态熔融法等。涉及到各种各样的反应类型，反应速率和产率都不同程度的提高了。 无溶剂有机反应，由于没有溶剂分子介入，反应体系不同于溶液中，造成反应的局 部高浓度，提高了反应效率。同时在固态下，反应分予有序排列，可实现定向反应， 提高反应的速率与收率、选择性。鉴于无溶剂合成的优点和使用类型的广泛性，我 们应尽可能在有机合成中使用无溶剂合成。绿色化学的真正发展需要对传统合成化 学从观念上、理论上和研究新合成技术上的发展与创新。总之，无溶剂合成是实现 绿色生产的一条理想通道，其发展前景是诱人的。然而，并不是所有的有机反应都 能在固体状态下进行，一些有机反应在固态状态下是易爆的。在此情况下，为提高 反应速率，使用溶剂是必要的。对有机合成反应来说，选择最好的反应条件是非常 重要的。对于那些在固体状态下反应进行比较温和的反应，无溶剂反应是较好的选 择。而对于那些在固体状态下反应强烈的反应，不使用有毒溶剂的液相反应是较好 的方法。但是从实验室走向规模化生产还须在理论上和实际上继续探索。 1 3 分子梭 分子梭( m o l e c u l a rs h u t t l e ) 是分子水平上的机械装置【2 8 4 0 jf m e c h a n c a ld e v i c e l ， 是构成分予机器的基础，是超分子化学中一个刚刚兴起的研究领域。 分子梭是由一个大环组分和一个哑铃型组分构成的分子组装体。其中，大环 组分围绕着哑铃组分的线型杆状部分并被两个大的基团限制住。这样一来，即使 这两部分之间没有共价键相连，它们之间也不会脱落下来。如果在直接模板法合 成 2 】轮烷的过程中，在哑铃型组分中引入两个相同的识别位点，那么就会产生大 环组分沿着哑铃型组分的线形部分前后往复的平衡状态【4 1 1 ，这样的分子机器被称 为分子梭1 4 。分子梭是一类较为常见的分子机器。对于分子梭中环状组分运动的 调控是当前研究的一个重要的方面。目前文献所报道的主要是在哑铃型组分上设 无溶剂法合成分子梭哑铃型化合豹研究 置不同的分子识别点，使冠醚或环酰胺与它们的作用力大小有一定的差异，这样 可以通过光( 4 3 】耕4 4 1 或酸碱来实现调控4 5 55 1 。 1 3 1 组成分子梭的大环化合物 组成分子梭的大环化合物文献报道的一般有下面几种： 1 3 1 1 冠醚类大环化合物 常用的冠醚一般含有富电子的苯环或者萘成分。它们可以和贫电子的哑铃型 化合物进行组装形成分子梭。例如s t o d d a r t 研究组合成的由冠醚化合物和4 ，4 ，_ 联吡 啶所桥连的哑铃型化合物所组装成的分子梭 5 6 l ，如图1 2 4 。大环是在溶剂加热的 情况下滑动进入的。 g 图1 2 4 由哑铃型化合物和冠醚组装的分子梭 1 4 硕士学位论文 1 3 1 2 环糊精类大环化合物 环糊精不仅具有不同尺寸的疏水性内腔和亲水的表面，而且具有手性的微环 境，因此能够选择性地键合各种有机，无机和生物分子形成主一客体包结配合物， 从而成为超分子化学发展进程中继冠醚之后的第二代主体化合物。基于环糊精的 这种结构，化学家们把环糊精引入到哑铃型化合物中形成了分子梭。 n a k a s h i m a f 5 7 1 等报道了一种可以作为光驱动的偶氮分子梭，该分子梭中的环状 部分( 环糊精) 可以对外界的刺激发生响应而在分子轴上的不同位置( 左一位点) 间像锁子一样来回运动。这个偶氮分子梭在被3 6 0 n m 紫外光照射下，其偶氮部分 可以由