（有机化学专业论文）亚烃基环丙烷的一些加成反应研究.pdf

浙江大学理学博士论文 摘要 亚甲基环丙烷是一类具有高度环张力的化合物。近年来，化学家对亚甲基环 丙烷在有机合成中的应用，尤其是过渡金属催化的反应进行了广泛的研究，结果 表明亚甲基环丙烷参与的反应具有独特的反应性能和良好的化学、区域及立体选 择性。然而对亚甲基环丙烷的亲电加成反应研究的相对较少。本论文主要研究了 亚甲基环丙烷的亲电加成反应和自由基反应。主要包括以下几个方面的内容。 一、研究了n b s t s n h 2 和亚甲基环丙烷的胺溴化反应。利用对甲苯磺酰胺 为氮源、- 溴代丁二酰亚胺为溴源，亚烃基环丙烷化合物立体选择性地开环生成 - ( z ) 一3 - 溴丁烯基 ，对甲苯磺酰胺类化合物。 二、研究了碘化钠参与的亚甲基环丙基甲醇的扩环反应。亚甲基环丙基甲醇 在c h 3 c n - h o a c 的溶剂中，碘离子参与开环反应，形成即带有亲核基团( 羟基) 又带有亲电基团( 碘代烷烃) 的中间体，而后发生分子内的亲核取代反应生成二 氢吡喃化合物。并探讨了其可能的反应机理。 三、研究了亚烃基环丙烷和取代的活泼二羰基化合物的自由基反应。取代的 活泼二羰基化合物由于不能进一步的烯醇化，只能发生三元环的开环重排，环合 生成3 ，4 二氢萘类化合物。同时研究了各种活泼亚甲基化合物的适用性。 四、研究了1 - ( 1 炔基) 环丙基酮在亲电试剂碘及硒的作用下和亲核试剂存在 下的环合反应来合成多取代呋喃化合物。该反应为合成多取代呋喃化合物提供了 简便的合成方法。 五、研究了苄基2 亚甲基环丙基胺的碘环合和硒环合反应。苄基2 亚甲基 环丙基胺在碘和硒溴的作用下，高立体选择性的形成1 碘2 芳基3 氮杂并 3 1 0 环己烷和1 苯硒基2 芳基3 氮杂并 3 1 o 环己烷。 塑垩查兰型兰堡主丝奎 a b s t r a c t m e t h y l e n e e y c l o p r o p a n e s ( m c p s ) ，h i g h l y s t r a i n e db u t r e a d i l y a c c e s s i b l e m o l e c u l e s ，h a v eb e e np r o v e nt ob eu s e f u ls y n t h e t i ci n t e r m e d i a t e sw i t hn i c er e a c t i v a t e s a n ds e l e c f i v i f i e sb e c a u s et h er e f i e fo fr i n gs t r a i np r o v i d e sap o t e n tt h e r m o d y n a m i c d r i v i n gf o r c e r e c e n t l ym e t a l - c a t a l y z e d r e a c t i o n so fm c p sh a v eb e e nm o s t e x t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e d t oa c h i e v en u m e r o u st r a n s f o r m a t i o n s h o w e v e r , t h e e l e e t r o p h i l i ca d d i t i o no f m e t h y l e n e c y c l o p r o p a n e sh a s n o tb e e nw e l ld e v e l o p e d i nt h i s d i s s e r t a t i o n , m u c ha t t e n t i o nh a sb e e nf o c u s e do nt h es t u d yo ft h ee l e c t r o p h i l i c a d d i t i o n so fm c p sw i t he l e c t r o p h i l e sa n df r e er a d i c a lr e a c t i o n so fm c p sw i t h s u b s t i t u t e dd i c a r b o n y lc o m p o u n d s t h ew h o l ed i s s e r t a t i o nc a l lb ed i v i d e di n t of i v e p a r t s f i r s t l y , t h ea m i n o b r o m i n a t i o nr e a c t i o n s o fa l k y l i d e n e c y c l o p r o p a n e sw e r e i n v e s t i g a t e d t h i si se x e m p l i f i e di n t h es t e r e o s e l e c t i v ep r e p a r a t i o no fn - 国- 3 。 b r o m o b u t 3 e n - 1 y 1 - p t o l u e n e s u l f o n a m i d e sb yu s i n gp - t o l u e n e s u l f o n a m i d e ( t s n h 2 ) a n dn - b r o m o s u c c i n i m i d e ( n b s ) a sn i t r o g e na n db r o m i n es o u r c e s ，r e s p e c t i v e l y s e c o n d l y , w ed e s i g n e da n dd e v e l o p e da nd f f e c t i v eo n e - s t e pm e t h o d o i o g yf o rt h e s y n t h e s i so fd i h y d r o p y r a n sv i at h er i n ge x p a n s i o n so fc y c l o p r o p y l i d e n ea l c o h o l s a k e ys t e p i st h ei n s i t u g e n e r a t i o no fah o m o a l l y l i ci n t e r m e d i a t eh a v i n g b o t h n u c l e o p h i l i ca n de l e c t r o p h i l i cc e n t e r st h r o u g ht h er i n go p e n i n go fc y c l o p r o p y l i d e n e a l c o h o l si nt h ep r e s e n c eo fn a ii nh o a c c h 3 c n a n dt h er e a c t i o nm e c h a n i s mw a s c 1 撕丘e d t h i r d l y , w eh a v ed e v e l o p e dt h er e a c t i o nb e t w e e nm c p sa n dm e t h y ls u b s t i t u t e d d i c a r b o n y lc o m p o u n d sv i am a n g a n e s e ( i h ) i n i t i a t e do x i d a t i v ef r e er a d i c a lr e a c t i o n st o g i v ed i h y d r o n a p h t h a l e n ed e r i v a t i v e si nm o d e r a t ey i e l d s t op r o b et h eg e n e r a l i t yo f t h i sr e a c t i o n ，t h e i n v e s t i g a t i o n w a se x t e n d e d t oa n u m b e r o f s u b s t r a t e s f o u r t h l y ，w eh a v ed e m o n s t r a t e dt h a te l e c t r o p h i l i cc y c l i z a t i o no f1 - ( 1 一a l k y n y d c y c l o p r o p y l k e t o n e sw i t hn u c l e o p h i l e su s i n gt h e1 2o rp h s e c iy i e l d sh i g h l y i l 浙江大学理学博士论文 s u b s t i t u t c ah a l o f u r a n si ng o o dt oe x c e l l e n ty i e l d su n d e re x t r e m e l ym i l dc o n d i t i o n s f i n a l l y , ah i g h l ys t e r e o s c l e c t i v ei o d o c y c l i z a t i o na n ds e l e n i d o c y c l i z a t i o no f 帅e l l l y h d e n e c y e l o p r o p y l a m i n e sw i t hi o d i n eo rp h s e c i t oa f f o r d1 - i o d o 2 - a r y l - 3 一 a z a b i c y c l o 3 1 o h e x a n e s o r1 - p h e n y l s e l e n e n y l - 2 一a r y l 一3 - a z a b i c y c l o 3 1 o h e x a n c si s d e s c r i b e d i 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导 下完成的成果，该成果属于浙江大学理学院化学系，受国家知识产 权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利， 均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任 何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本 人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名钳雉孳 日期：列哪年j 月弼日 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，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机 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 村水等 签字日期瓣r 月磁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘望有关保留、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。本人授权逝江太堂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 讨谁翠 签字日期：如们年f 月勰日 ， 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名垄鬼 签字日期：矿印年，月谚曰 电话 邮编 新江大学理学博士论文 日| j吾 第一节亚甲基环丙烷的结构特点和化学性质 亚甲基环丙烷( m e t h y l e n e e y c l o p r o p a n e s ，m c p s ) 是指含有双键和三元环相连 的一类化合物。由于双键上的碳原子是s p 2 杂化的，键角要求1 2 0 0 ，而三元环却 要求这个碳原子的键角扭曲至6 0 0 ，这就使得该类化合物具有高度的环张力和能 量( s c h e m e l ) 皇伽。( 净 6 0 0 。 睡 长期以来人们认为这种高度张力的化合物是极不稳定的，在化学上也是极难 合成的，所以那时亚甲基环丙烷的合成被化学家认为是很难的。事实上，亚甲基 环丙烷不仅能在实验室合成出来，而且能稳定存在于自然界中。随着两个具有生 理活性的天然产物降糖氨酸( h y p o g l y c i n e ) 1 和亚甲基环丙基氨酸 ( m e t h y l e n e e y e l o p r o p y l g l y c i n e ) 2 被分离出来，人们逐渐对该类化合物有了新的 认识。近年来，大量含有亚甲基环丙烷官能团的天然产物被分离出来，如 a m p h i m i ea c i d a , a m p h i m i ca c i db ，它们都含有亚甲基环丙烷宫能团。3 啪哆厅，户 h 尸h h o o c 厂铂 2 n 几u u o o h o 八气、一一、一一， a m p h l m i ca c i da 0 h o 八旧八八。一户、 a m p h i m i ca c i db 浙江大学理学博士论文 从亚甲基环丙烷化合物的结构可以看出，当双键上有其它取代基时，由于分 子的不对称性，亚甲基环丙烷具有多个反应位点； ( 1 ) 双键的反应位点，双键两端具有四个取代基时，可以区域选择性的在l 位 或2 位发生发生c = c 双键的段裂从而缓解环张力。 ( 2 ) 三元环的区域选择性开环反应，由于三元环具有高度的张力，极易发生c - c 单键的断裂而开环。它有两种断裂方式即不等性( p r o x i m a lc l e a v a g e ) 和等性断 裂( d i s t a lc l e a v a g e ) ，从而形成以下的合成子( 正负号可以对调，或者两个自由 基也是可以的) 。( s c h e m e2 ) ( 3 ) 双键或三元环上带有官能团，由于官能团的影响使亚甲基环丙烷化合物能 更好的参与反应。 以上几个反应位点的选择性断裂可以形成多种形式的合成子，在s c h e m e2 中，正负号可以对调，或者两个自由基也是可以的。这几种断裂方式为有机合成 方法学的多样性提供了无限的机会和高效的方法。 d i s t a l - ! 域! 一噬双 s c h e m e 2 如今，随着化学家不断的探索和研究，实验手段和分析测试水平的提高，人 们对亚烃基环丙烷的研究取得了极大的进展。在亚烃基环丙烷合成方面，新的合 成方法不断出现。在发展基于亚烃基环丙烷的合成方法学研究方面，化学家发现 它在许多化学反应中扮演着重要的角色。亚烃基环丙烷在合成杂环中可作为不同 的等当体，也是合成天然化合物的重要中间体。亚烃基环丙烷独特的结构及其化 学性质吸引着越来越多化学家的注意，亚烃基环丙烷已成为一个较热门的研究课 题之一。 2 r阿二：l阃 浙江大学理学博士论文 第二节亚甲基环丙烷化合物在有机合成中的应用 在过去的几十年中，关于亚甲基环丙烷化合物的化学性质，化学家们已经进 行了广泛深入的研究。亚甲基环丙烷化合物不同的断裂方式形成的不同合成子对 于合成多个碳一碳键和碳一杂键具有独特的作用，为各种复杂化合物的合成提供了 简便的合成方法。下面将亚甲基环丙烷化合物的反应作一简单介绍。 一、环加成反应 亚甲基环丙烷化合物由于具有高度的环张力，双键特别容易开裂，因此可以 想见，它很容易发生环加成反应。在环加成反应方面，前人已进行了较多的研究。 研究中发现，亚甲基环丙烷化合物可以和各种试剂发生 4 十2 】、【3 + 2 】、【4 + 1 】、 2 + 2 】、 2 + 1 】的环加成反应。它不仅仅双键可以参与环加成反应，三元环在一定的情况 下也可以破裂，生成一般方法难于合成的产物。 1 4 + 2 环加成反应 ( 1 ) 亚甲基环丙烷化合物可以作为亲二烯体或二烯体发生d i e l s a l d e r 反应。 作为亲二烯体的反应文献中报道的仅限下列几种，它们可以和各种二烯体( 如亚 胺，呋喃等) 发生 4 + 2 环加成反应( s c h e m e3 ) 。4 x = c i x 巫c 。m 。 翼 ，$ 一+ f x ：i - i x = c i 9 2 x = c i + 趣r 8 箪 竺呲 嗍 + 噬 浙江大学理学博士论文 亚甲基环丙烷 应，生成一系列的 s c h e m e 4 ( 2 ) 亚甲基环丙烷化合物作为二烯体的反应 亚甲基环丙烷化合物作为二烯体和活泼的亲二体表现出很好的反应性。它比 】，1 二取代1 ，3 一二烯的反应性要高( s c h e m e5 ) 6 7 。 o t b d m s+ o 一珈惜艾： 咐翼a o s c h e m e 5 如果在同一分子内发生分子内的d i e l s - a l d e r 反应，生成一系列的并环化合 物( s c h e m e6 18 。 s c h e m e 6 上述d i e l s a l d e r 反应中，考虑到许多含有三元环的衍生物本身具有生理活 4 llj + 2 rrc 、z x l ： 浙江大学理学博士论文 性，因此，它是一种合成带有三元环结构的化合物有用方法。另外三元环也可以 环破裂的方式参与反应，在有机合成学中发挥重要的作用。 2 【3 + 2 】环加成反应 亚甲基环丙烷化合物可以和各种1 ，3 偶极子发生 3 + 2 环加成反应，1 ，3 偶极子 一般含有多个杂原子，从而容易生成具有多个环内杂原子的杂环化合物。合成这 些杂环化合物，对于杂环化学来说，是一种很重要的方法。 ( 1 ) 亚甲基环丙烷化合物与硝酮的反应( s c h e m e 7 ) 9 。水+ 萨 适 s c h e m e7 亚甲基环丙烷化合物与硝酮反应，反应通式如s c h e m e7 所示，理论上可以 生成a 和b 两种产物。但在实际的反应中，根据反应物位阻的大小，一般可以生 成区域选择性比较好的产物。这些生成物在甲苯或者其它高沸点溶剂中加热时， 往往可以进一步生成扩环产物。1 0 当亚烃基环丙烷和硝酮设计在同一个分子内 时，可以生成一系列的并环化合物( s e b e m e8 ) 。 尸司1 | n p h l d , o 。1 。 p h 、h p h n 、d 勺 1 ) a c 2 0 陟入r c h ( o e t ) 2 型! 竺生 o h 3 ) m e n h o h o p 。d + 颐了。 p h b “ o a c 生 3 5 1 4 o o 卜一广尹罄 y o a e s c h e m e8 ( 2 ) 亚甲基环丙烷化合物与腈氧化物反应生成 3 + 2 环加成产物，生成的化合物 孝bp 浙江大学理学博士论文 在酸性和加热条件下一般发生扩环反应生成二氢毗啶一4 一酮类化合物( s c h e m e9 ) r 0 | | 眦n 。旦映一r d 带刚。一蒋砷三啡p h r ： 丛n 3 一三啭r 2 丛龇一辫+ r 套一是 6 浙江大学理学博士论文 d m c p e w g s t e p w i s e b g s c h e m e1 2 例如d m c p 在乙腈中和环戊烯酮按c o n c e r t e d 方式进行 3 + 2 环加成反应， 而d m c p 和缺电子更厉害的不饱和化合物反应则按s t e p w i s e 方式( s c h e m e1 3 ) 睫+ 凸里x 列 s c h e m e1 3 二、亚烃基环丙烷化合物的m i c h a e l j j n 成反应 m i c h a e l 加成反应是非常重要的形成c c 键和c - x 键的反应之一。当双键上 连有强吸电基团时，由于亚甲基环丙烷化合物的高度张力，它是一类非常活泼的 m i c h a e l 受体，接受亲核试剂进攻的能力较普通双键大大增强，而强吸电基团作 为官能团又有可能发生其它类型的各种反应，从而构建各种复杂的分子。 如果亚烃基环丙烷化合物双键上引入一个强吸电基团和一个可离去基团，当 它和双亲核试剂反应时，首先发生m i c h a e l 加成反应，接着接受另一个亲核基团 的进攻而离去基团离去。当这两个亲核基团在同一分子中的时候，生成的产物是 一个螺环丙基的化合物。d em e i j e r e 教授在此类反应中做了较详细的工作。很多 含有双亲核基团的化合物( 如醇、酚、酰胺，硫代酰胺等) 应用到此类反应中。 如2 一氯一2 一亚甲基环丙基羧酸酯和硫代酰胺反应在不同条件下的加成反应，在 了q 蓉 1 j 蜒 浙江大学理学博士论文 t i 的存在下，亲核试剂和酯反应生成的是六元环的产物( s c h e m e1 4 ) 1 6 。 纠，n 阕c 0 0 e t + r 咚5 r s c h e m e1 4 在此基础上我们小组又发展了2 溴2 亚甲基环丙基羧酸酯和双亲核试剂硒 代酰胺发生m i c h a e l 自1 成反应而生成螺环丙基的硒杂环化合物。在c u x 2 的存在下 螺环丙基的硒杂环化合物中的三元环发生开环反应( s c h e m e1 5 ) 1 7 。 澍c r 0 0 e ，+ r r s e 攀o u 唠汪l o o e 、? s c h e m e1 5 胺也可作为双亲核试剂，2 一氯一2 一亚甲基环丙基羧酸酯和胺反应生成氮杂螺 戊烷。首先一分子胺和2 一氯一2 一亚甲基环丙基羧酸酯发生m i c h a e l 加成反应，在 强碱的作用下发生分子内的亲核取代反应( s c h e m e l 6 ) 1 8 c i 陟 c 0 2 m e t h f r t 皑叫。竺l n a h s c h e m e1 6 ad em e i j e r e 教授报道了2 一氯一2 一亚甲基环丙基羧酸酯和脒反应。首先发生 m i c h a e l 反应，而后经过一系列的重排反应，生成环丁烯并嘧啶酮化合物( s c h e m e 1 7 ) 1 9 茸+r等等叮nkhcooet n h i l 。u 浙江大学理学博士论文 三、过渡金属参与的亚烃基环丙烷的反应 过渡金属参与的有机反应逐渐形成了一门系统的学科，过渡金属在有机合成 中的应用越来越广泛的引起化学家们的重视。尤其是过渡金属参与的生成碳一碳 键的反应已经在有机合成中得到广泛的应用。亚烃基环丙烷化合物由于其独特 的性质，近年来开始越来越受到金属有机化学工作者的关注。以亚烃基环丙烷化 合物为底物，在金属试剂的作用下，区域选择性的开环形成新的碳一碳键的反应 近年来文献报道的很多。 从结构上看，亚烃基环丙烷化合物和金属的反应过程可以归纳为四种反应方 式。( 1 ) 和亚烃基环丙烷三元环反应时，金属选择性的插在c 3 ，4 或c 2 3 ( 2 ) 当金 属有机化合物和双键反应时，区域选择性的加成反应( s c h e m e1 8 ) 。2 0 二纂二书 ( 1 ) 过渡金属催化下亚烃基环丙烷化合物的 3 + 2 环加成反应 过渡金属催化下亚烃基环丙烷化合物的 3 + 2 环加成反应历程：一般是金属 区域选择性的插在c 3 ，。或c 2 3 ，接着插入到不饱和键中( 例如醛、亚胺、烯烃、 炔烃) ，然后口碳金属键的消除反应而形成新的碳碳键( s c h e m e1 9 ) 。 到毒 l 一、x 一 e 乏+ 客 h s c h e m e2 5 如果把亲核基团和亚烃基环丙烷化合物设计在同一分子中，可以合成并环化 爸 r阿r 浙江大学理学博士论文 合物( s c h e m e2 6 ) 2 8 5 m 0 1 p d ( p p h 3 ) 4 10 m 0 1 p ( o - t o l y ) 3 s c h e m e2 6 ( 4 ) 过渡金属催化下亚烃基环丙烷化合物的锡氢化和硅氢化反应 硅基或锡基取代的烯烃是一类重要的有机合成中间体。在钯或铑金属催化剂 的作用下，亚甲基环丙烷可以与硅氢化合物，锡氢化合物发生加成反应，形成高 烯丙基硅烷和锡基取代的高烯丙基化合物( s c h e m e2 7 ) 2 9 黾 + h s i r l r 2 r 3 r r h c i ( p p h 3 ) 4 陪 + h s n b u 3 ( c h 2 ) 4 0 t h p r 号l s i r l r 2 r 3 p d ( o h ) 2 c t h p o ( h 2 c ) 4 s n b u 。 ( 5 ) 过渡金属催化下亚甲基环丙烷的双元素加成反应 硅硼、硅腈、硼硼化合物可以在镍、铂、钯、铂等金属催化剂的作用下插入 亚甲基环丙烷中，三元环区域选择性的发生键的断裂，生成硅基硼基( 或腈基或 硼基) 取代的双官能团化合物。此类化合物具有两个官能团，在有机合成中是非 常有用的中间体( s c h e m e2 8 ) 3 0 芦p “+ r 2 s i - b r l 一p s i r 2 + 卧屯姝z 芦+ 一k 1 + p “非2 z ： e c a t p t ( c z h 4 ) ( p p h 3 ) 2 8 3 1 7 c a tp d ( o a c 】2 t o c t n c 1 7 8 3 s c h e m e2 8 ( 6 ) 过渡金属催化下官能化的亚烃基环丙烷化合物的环异构化反应 麻生明发现亚甲基环丙烷化合物可以在钯催化剂作用下发生分子内重排，在 不同的反应条件下分别生成多取代吡喃、呋哺类化合物。为多取代吡喃、呋喃类 化合物的合成提供了简便方法( s c h e m e2 9 ) 。3 1 浙江大学理学博士论文 r r 2 r 3 r 1 s c h e m e2 9 施敏发现，在p d c l 2 和卤化铜的体系中，亚烃基环丙烷经过双键的卤钯加成， b 一氢消除，氢钯加成等一系列的过程生成钯金属卡宾，扩环得到环丁烯化合物。 同时，f u r s t n e r 黼p t c l 2 的存在下得到同样的结果( s c h e m e3 0 ) 3 2 p d ( o a c ) 2 ( s m 0 1 ) c u b r 2 ( 1 0 m 0 1 ) 陆p 一 t o l u e n e 4 0 0 c s c h e m e3 0 ( 7 ) 亚烃基环丙烷化合物与金属卡宾的环化反应 m a s c a r e n a s 报道了g r u b b s 卡宾催化亚烃基环丙烷化合物的反应。卡宾催化 的反应和钯催化生成的产物相同( s c h e m e3 1 ) ” s c h e m e3 1 d em e i j e l e 发现亚烃基环丙烷和金属卡宾发生 2 + 2 环加成，c o 插入，异构 化等一系列反应得到环戊烯酮( s c h e m e3 2 ) 。3 4 卜= ，r 2 p+ r 1 o e t ( o c ) 5 c 文r 3 m e 0 h h 2 0 7 0 0 c 2 4 h s c h e m e3 2 1 3 、r 1 娆 o 浙江大学理学博士论义 被两个羰基活化的亚烃基环丙烷可以和异腈反应，生产螺环丙基的化合物 ( s c h e m e 3 3 ) 3 5 。 o + ：c 三n r s c h e m e3 3 ( 8 ) 路易斯酸作用下亚甲基环丙烷化合物的反应 近十年来，文献报道了大量关于路易斯酸催化的亚甲基环丙烷化合物的反 应。路易斯酸在此类反应中主要起着活化作用： ( 1 ) 活化亚甲基环丙烷化合物 中的双键。( 2 ) 活化另一反应物，使他更容易接受双键的进攻。路易斯酸和上 述的过渡金属催剂不同。在路易斯酸催化下，亚甲基环丙烷化合物一般作为下列 合成子参与反应( s c h e m e3 4 ) 。 r x r n u h x = o n r ，= ，n u r 关于路易斯酸催化的亚甲基环丙烷化合物的反应，施敏课题组作了大量的研 究工作。路易斯酸催化下，各种亲核试剂( 醇、胺、酸、活泼亚甲基化合物等) 和亚甲基环丙烷化合物发生加成反应，形成高烯丙基类化合物( s c h e m e3 5 ) 3 7 r 页r h l e w i s a c i d p r n u = r o h ，r s h r n h 2 ，r c 0 2 h r v r 丛+ 。 s n ( o t f ) 2 r d c e ，8 0 。c h s c h e m e3 5 路易斯酸催化下，亚甲基环丙烷化合物和醛，亚胺等反应生成茚，四氢呋喃 4 r 昂 r r 浙江大学理学博士论文 吡咯烷化合物( s c h e m e3 6 ) 3 8 r 1 h c 竺竺兰 rr 时蕊 x = o n s c h e m e3 6 如果亚甲基环丙烷化合物和亚胺存在同一分子内合适的位置，在b f 3 作用下， 亚胺和亚甲基环丙烷中的双键发生加成反应，进一步发生重排，关环得到含环外 双键的并环化合物( s c h e m e3 7 ) ” t 。如一。痧u 蕊 s c h e m e3 7 l a u t e n s 报道了亚甲基环丙基酰胺在m g l 2 作用下发生开环反应，形成的中 间体和醛或亚胺反应，当酰胺基团不同时，允别生成五元或六元化合物。当用手 性镁试剂催化时，可以对映选择性的合成t r a n s c 2 ，c 3 - 二取代亚甲基吡咯烷。此类 反应还应用于( 一) ( r ) k a i n i ca c i d 蝴( s c h e m e3 8 ) 4 0 。 前兰 z j 文a r a )， 。1 铽l ：。l a 奴 s c h e m e3 8 璺是1 四、亚甲基环丙烷化合物参与的自由基反应 亚甲基环丙烷化合物中的双键接受自由基的进攻，生成的环丙基甲基自由基 很容易发生重排反应，形成高烯丙基自由基。在有些条件下，它也可以捕获氢而 三元环不发生破裂。亚甲基环丙烷化合物参与的自由基反应可以是分子内的也可 + r 丫 r 浙江大学理学博士论文 以是分子间的。 施敏报道了当亚甲基环丙烷化合物和二苯基二硒醚反应时，三元环经重排反 应生成高烯丙类化合物( s c h e m e3 9 ) “ p h s e s e p h 旦生2 p h s e p h s e + r k 卧。遗8 一+ | j p h s 一一” 眦r 。l r 。如，。_ ，。咒泔n眦。几惦如卧_ m 。八，8 。卧 s c h e m e3 9 当分子内有其它基团存在时，经过三元环重排等一系列的反应可以生成新的 并环化合物( s c h e m e4 0 ) 4 2 1m h a 旧n t o l u e n e 2 t s c i d m a p抓+ n l m h = b u 3 s n h 8 3 4 m h = ( m e 3 s i ) 3 s i h 5 3 4 s c h e m e 4 0 五、亚甲基环丙烷化合物和亲电性试剂的扩环反应。 亚甲基环丙烷化合物和亲电性试剂反应，首先形成三元环翁离子，然后进行 碳键的迁移。例如施敏发现亚甲基环丙烷化合物和p h s e + ，p h s + 反应形成环丁烯 类化合物( s c h e m e4 2 ) 4 4 。 阕：x c i 竺生r 琦冲“+ e x = s ，s e c i s c h e m e4 2 在醋酸碘苯存在下，亚甲基坏丙烷化合物和或氨基邻苯二甲酰亚胺或二苯基 二硒醚反应也生成扩环产物( s c h e m e4 3 ) 4 5 4 6 p h i ( o a c ) 2 洲z 丽 r t 2 h 一昭删&一酽 洋 浙江大学理学博士论文 阕r 2 r 1 + p h s e s e p h p h l ( o a c ) 2 d c e ，3 5 - 4 0 0 c p h s e s e p h r 1 r 2 s c h e m e4 3 从上面的文献回顾中可以看到人们对亚烃基环丙烷化合物在有机合成中的 应用已进行了大量的研究，对其反应性能有了一定程度的了解。有关亚烃基环丙 烷的反应中，最让我们感兴趣的是亚烃基环丙烷各种合成子等当体的反应。亚烃 基环丙烷的亲电反应研究的相对较少。另外，活化的环丙烷发生类迈克尔加成反 应，生成的中间体可以发生多种反应。因此，本论文在我们课题组研究的基础上， 主要研究了以下主要内容：( 1 ) n 用对甲苯磺酰胺为氮源、- 溴代丁二酰亚胺为 溴源研究了亚烃基环丙烷化合物的胺溴化反应。亚烃基环丙烷化合物立体选择性 的开环生成- 【( z ) 3 溴丁烯基 对甲苯磺酰胺类化合物。同时我们利用h e c k 反 应考察了u - ( z ) 3 溴丁烯基】- 对甲苯磺酰胺在合成中的应用，为合成多取代的烯 烃化合物提供了一种简单有效的方法。( 2 ) 研究了碘化钠参与的亚甲基环丙基甲 醇的扩环反应。碘离子参与开环反应，形成即带有亲核基团( 羟基) 又带有亲电 基团( 卤代烷烃) 的中唰体，继而发生分子内的亲核取代反应生成二氢吡喃化合 物。( 3 ) 研究了亚烃基环丙烷和取代的活泼二羰基化合物的自由基反应。取代的 活泼二羰基化合物由于不能进一步的烯醇化，它只能发生三元环的开环重排，环 合生成3 ，4 _ 二氢萘类化合物。同时研究了各种活泼亚甲基化合物的适用性。( 4 ) 研究了1 ( 1 炔基) 一环丙基酮在碘和亲核试剂作用下的环合反应来合成多取代的 碘代呋喃化合物。亲电试剂苯基硒溴也可以发生类似的反应。该反应为合成多取 代呋喃化合物提供了简便的合成方法。( 5 ) 研究了苄基2 亚甲基环丙基胺的碘环 合和硒环合反应。苄基一2 亚甲基环丙基胺在碘和硒的作用下，高立体选择性的 形成1 碘2 芳基3 一氮杂并 3 1 o 环己烷和l 一苯硒基2 芳基一3 - 氦杂并 3 1 o 环己 烷。 浙江大学理学博士论文 第一章亚烃基环丙烷的胺澳化反应 第一节研究背景 高烯丙基磺酰胺化合物在有机合成中是一类很重要的中间体。它的亲电环合 是合成吡咯烷的重要方法，这就要求高烯丙基磺酰胺化合物的构型必须是单一 的。4 7 合成这种单一构型的高烯丙基磺酰胺i 文献中报道一般是从炔丁醇在不 同的条件下生成专一的烯丁醇，再用m i t s u n o b u 反应，最后出保护反应生成立体 构型专一的高烯丙基磺酰胺化合物( s c h e m e4 4 ) 4 8 r 1 n n h t s 呼詈mc n r i 一 咖, - n 詈r i , k 咿- n e 7 ”。瓦五 7“ r 过r 2 o h l i a i h 4 t h f t o l u e n e r e f l u x ：ttsfnah，cbhoc：c,d。ea。99“m r 1 八r 2 r 1 广r 2 o h s c h e m e4 4 h 2 , 5 p d - b a s o 4 , 。 q u i n o l i n e e t o a c r l r ， = 习 b rp h 硝 浙江大学理学博士论文 从上述我们看出，高烯丙基磺酰胺化合物在有机合成中有很重要的作用。如 果在烯烃的碳原子上在引入卤原子，烯基卤可以接受过渡金属的插入生成过渡金 属配合物，从而为后续的新键生成提供了可能。高烯丙基化合物的合成方法相对 比较少，至于高烯丙基化合物中还含有一个有用的烯基卤原子，这种化合物的合 成方法就更少。5 5 如果能够立体选择性地合成既有烯基卤又有高烯丙基磺酰胺化 合物，这在合成学上是非常有意义的 苯磺酰胺作为亲核试剂，它的亲核性是很弱的。t h a k u r 最近发现对甲苯磺酰 胺和n b s 反应可以生成t s n h b r ，它可以作为b r + $ 1 t s n i - i ，这样对甲苯磺酰胺就可以 做为一种强的亲核试剂可以参与反应( s c h e m e5 0 ) 5 6 n h t s p 人， t s n h 2 n b st s n h 2 n b s b l r p h 念而耐p 、n 所以我们设想亚烃基环丙烷有环外双键，能否用t s n h 2 n b s 和亚烃基环丙 烷反应来合成既有烯基卤又有高烯丙基磺酰胺的化合物( s c h e m e5 1 ) 阕等竺= 酬凡酽r 1 2 0 浙江大学理学博士论文 第二节n - i ( z ) 3 溴丁烯基 - 对甲苯磺酰胺类化合物的合成 1 1 亚烃基环丙烷胺溴化反应的条件选择。 根据上述的分析，我们希望利用t s n h 2 n b s 体系对亚烃基环丙烷立体选择性 的开环。在此反应中期望同时引入含有两个官能团( 氨基官能团和烯基卤官能 团) 。我们首先合成了亚苄基环丙烷1 a ，参照m a r t i n 的反应条件，加入1 当量的对 甲苯磺酰胺和1 当量的 ，- 溴代丁二酰亚胺，在室温下反应6 小时后，我们以3 6 的 产率得到我们预想的产物。 为了更好的提高产率，我们选用亚苄基环丙烷为底物，选用不同的溶剂和反 应物之间的比例做了条件优化实验。结果列于t a b l e1 。我们，从表中我们可以 t a b l e1a m i n o b r o m i n a t i o no fb e n z y l i d e n e c y c l o p r o p a n e ( 1 a ) w i t ht s n h 2a n dn b s i nd i f f e r e n ts o l v e n t s 法 1 a t s n h 2 ，n b s p hs o l v e n t ，r t t s 8 y i e l do f p u r ei s o l a t e dp r o d u c t b1 2 e q u i vo f n b s w a su s e d 哚 h 浙江人学理学博士论文 看出，在二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷这些非极性溶剂中反应时，我们可以以 较高的产率得到- ( z ) - 3 - 溴丁烯基卜对甲苯磺酰胺( t a b l e1 ，e n t r i e s3 ，5 ，7 ) 。 而在乙醇和乙腈中，实验结果表明反应很杂，没有分离到我们所要的产物。我们 增加 卜溴代丁二酰亚胺的用量( 1 2 当量) ，反应的产率有所提高( t a b l e1 ，e n t r i e s 5 - 6 ) 。从表中我们可以看出，当- 溴代丁二酰亚胺的用量选用1 2 当量，二氯甲 烷作溶剂，我们可以6 5 的产率得到_ ( 刁3 一溴丁烯基卜对甲苯磺酰胺( t a b l e1 ， e n t i i e s3 ，6 ) 。所以，我们选用此条件作为反应的标准条件 t a b l e2a m i n o b r o m i n a t i o no f a l k y l i d e n e c y c l o p r o p a n e sw i t l lt s n h 2a n dn b s 阕等景署训兮： 1 2 。i s o l a t e dy i e l d sb a s e do i l1 在完成了条件优化工作后，我们将此反应得底物扩大到一系列各种基团取代 浙江大学理学博士论文 的亚烃基环丙烷。反应结果列于t a b l e2 从反应结果可得出如下结论： ( 1 ) 反应的高立体选择性。无论是一个苯基和一个氢还是一个苯基和一个较小 的烷基取代的亚烃基环丙烷，都能高立体选择性的生成【( z ) 一3 溴丁烯基卜对甲 苯磺酰胺，没有发现e 一型副产物的生成。 ( 2 ) 取代基的影响。苯环上带有吸电子基或推电子基对此反应都能发生，都能 顺利地得到产物，取代基对产率的影响也不是很大。 ( 3 ) 对于烷基取代的亚烃基环丙烷，反应也能发生。 1 2 胺溴化反应反应的可能机理 根据上面的实验结果，我们提出了亚烃基环丙烷胺溴化反应的可能机理。反 应机理如s c h e m e5 2 所示。首先是等当量的对甲苯磺酰胺和 l 溴代丁二酰亚胺 反应可以生成t s n h b r ，它可以作为b r + 和t s n h 。的等当体，亚烃基环丙烷和 t s n h b r 发生分子间反应生成正离子中间体a ，5 7 当r 1 远远大于r 2 时，溴原子 处在较大的一边，”接着t s n h 进攻三元环，发生重排反应生成【( z ) - 3 溴丁烯 基卜对甲苯磺酰胺类化合物2 。卵 啪咛： s c h e m e5 2 r 2 r 1 厂- ，r 2 h 州。夸一 化合物2 含有烯基溴原子，它可以发生多种类型的偶联反应。我们用n - 3 溴- 4 ，4 - - - 甲基一3 一丁烯基 对甲苯磺酰胺作了底物，在醋酸钯和碳酸钾的存在下， d m f 作溶剂，我们以6 5 的产率得到h e c k 反应的偶联产物( s c h e m e5 3 ) 。 琳j r 浙江大学理学博士论文 t s h 本章小结： 刁 c 0 2 m e p h p d ( o a c ) 2 一k 2 c 0 3 d m f ，8 0 0 c - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - l p h p h 我们用对甲苯磺酰胺为氮源、_ 溴代丁二酰亚胺为溴源研究了亚烃基环丙烷