（有机化学专业论文）锂碘类卡宾与环丁烯酮扩环反应的研究.pdf

中文摘要 锂卤类卡宾近年来成为了人们研究的热门，由于其结构的特殊性，它们可以 和很多结构例如c = c ，c c ，c h 等发生反应，并且很多时候都能发生重排，由于 它们与各种化合物反应的多样性，已经使之成为重组碳骨架的重要化合物。特别 是它们和环状化合物的反应，由于其在立体选择性和区域选择性的优越性，可 以使它们参与的反应只生成单一的目标产物。 近年来有多篇环丁酮系列化合物与重氮类卡宾反应生成环戊2 烯酮系列化 合物的报道。参考此类文献，本文首次以二碘甲烷和丁基锂生成锂碘类卡宾中间 体，与环丁烯酮系列化合物进行反应，利用双键对重排时碳正离子的稳定作用， 可以用一步反应直接生成单一的重排扩环产物环戊2 烯酮系列化合物。这比近 年来报道的环丁酮系列化合物扩环经两步反应生成环戊2 烯酮系列化合物少用 了一步，且反应条件温和安全，并且初步从反应物配比、溶剂等影响反应的条件 进行了优化，并且初步提出了该反应可能的反应历程。 关键词：锂卤类卡宾重排扩环环戊2 烯酮环丁烯酮 a b s t r a c t r e c e n t l y ，l i h a lc a r b c n o i dh a v eb e c o m et h eh o tr e s e a r c hf i e l d a sar e s u l to ft h e i r s p e c i a ls t r u c t u r e s ，t h e yc a l lr e a c tw i t hs u c hs t r u c t u r e s 舔c = c ，c c ，c ha n ds o o n ，w i t hr e a r r a n g e m e n th a p p e n e ds o m e t i m e s b e c a u s et h ed i v e r s i t i e sr e v e a l e di n r e a c t i o nw i t he a c hk i n do fc o m p o u n d s ，t h e yb e c o m et h es i g n i f i c a n tc o m p o u n d st o r e o r g a n i z ec a r b o ns k e l e t o n s p e c i a l l y , t h e yh a v ep r e d o m i n a n ts t e r e o s e l e c t i v i t ya n d r e g i o n - s e l e c t i v i t y ，r e s u l ti nt h es o l eg o a lp r o d u c tw h e nt h e yr e a c tw i t hc y c l o - c o m p o u n d i nr e c e n ty e a r s ，i ti s r e p o r t e d t h a to nt h er e a c t i o n so fc y c l o b u t a n o n es e r i e s c o m p o u n d sw i t h d i a z oc a r b e n o i d st o g i v ea d d u c t so ft h ec y c l o b u t e n o n es e r i e s c o m p o u n d si nm a n yl i t e r a t u r e s r e f e r st ot h i sk i n do fl i t e r a t u r e s ，t h i sa r t i c l ei s p e r f o r m e df i r s t l yb yd i i o d o m e t h a n ea n dn b u t y l l i t h i u m , w i t ht h el 以c a r b e n o i da s i n t e r m e d i a t ew h i c hr e a c tw i t hc y c l o b u t e n o n es e r i e sc o m p o u n d s ，u t i l i z i n gt h ec a r b o n c a t i o n ss t a b i l i z a t i o nw h e ni ti sr e a r r a n g e dd u et od o u b l eb o n d s ，p r o d u c i n gd i r e c t l y t h es o l er e a r r a n g e da n dr i n g - e x p a n d i n gc y c l o p e n t 2 - e n o n es e r i e sc o m p o u n d sb yo n e s t e p c o m p a r e dw i t ht h er e a c t i o no ft h er i n g - e n l a r g e m e n to fc y c l o b u t a n o n es e r i e s c o m p o u n d st og i v ec y c l o p e n t 一2 - e n o n eb yt w os t e p sw h i c hr e p o r t e dt h er e c e n ty e a r s ，i t h a sl e s sp r o c e d u r e ，m i l da n ds a f er e a c t i v ec o n d i t i o n i ti si n i t i a l l yc a r r i e do nt h ep l a n t y o fa t t e m p t so nr e a c t a n ta l l o c a t e dp r o p o r t i o n , t h es o l v e n ta n ds oo nw h i c he f f e c tt h e r e a c t i o n ，a n di n i t i a l l yp r o p o s e dt h ep o s s i b l em e c h a n i s mo fr e a c t i o n k e yw o r d s ：l i h a lc a r b e n o i d s ， r e a r r a n g e m e n t ，r i n g e x p a n s i o n ， c y c l o p e n t - 2 - e n o n e ，c y c l o b u t a n o n e 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞盗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了谢意。 学位论文作者签名： 渗象 签字日期： 年乡月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫望盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 侮磊 答_ - 7 - 日期：何即年f 月，日 导师签名：砀、像毫 签字日期：加叩年厂月 1 日 第一章前言 第一章前言 1 1 锂碘类卡宾在有机合成中应用的介绍 1 1 1 卡宾的背景介绍 从短暂的反应中间体到强反应物，这正是当前科学家对卡宾研究的写照。一 开始，人们认为卡宾是亲电性的，接着认为它是亲核性的，最终认为卡宾既有亲 电性又有亲核性【l 】。s a n d e r 阐述了矩阵隔离能够用来研究卡宾的不寻常的亲电反 应性；p l a t z 描述了通过激光光分解作用，在精确到微秒的时间范围内，用嘧啶内 筠盐来追踪卡宾的反应；t o m i o k a 展示了分子设计的连续近似是如何使得合成三 份较长时间保持稳定的卡宾成为可能的；b e r t r a n d 和a l d e r 各自研究了人造隔离单 电子键卡宾的替代物，它能保留卡宾的一些重要反应特性；s c h r o c k 、d o t z 和j a h r 阐明了金属卡宾化合物在化学以及合成上的用途。还有k o g a 和1 w a m u r a 考察了卡 宾在材料科学中的应用，特别是它们的磁性在材料科学中的应用。 通过这些例子，我们深刻地了解到，卡宾的结构和反应特性之间有着密切的 联系，这使得人们可以利用各种不同二价态卡宾化合物的固有的反应性，把它们 从反应的中间产物转化为有用的反应试剂。而现在研究得最多的，还是卡宾作为 中间体的性质。 卡宾的碳原子周围只有6 个电子，因此很不稳定，是瞬时存在而不能分离得 到的活性中间体，其基本结构如下。 ：c r 2 1 1 2 卡宾与带离去集团的亲核试剂 最早的卡宾试剂2 b 是在1 9 9 5 年由物质2 a 在光反应中产生的反应中间体，与 顺2 丁烯反应时产生c i s 3 b 和t r a n s 3 b 这两种异构体。而接下来在1 9 6 2 年人们又 发现用2 溴2 苯甲烷1 a 与甲基锂反应可以生成带离去集团的亲核试剂中问体1 b ， 而这个中间体1 b 与顺2 丁烯反应的过程中经历了3 a 的结构而生成了单一的c i s 3 b 化合物【4 1 。( s c h e m e1 1 ) 第一章前言 j c h 3 l = 二 h 3 c ，、h o i i h 3 c c h 媵2 谰 主 h c i s 3 b ； h t r a i l s 一3 b 其中由1 b 经历2 b 的历程选择性不好，毒性较高，而且容易发生爆炸，所以2 a 这一类结构的中间体则成为人们研究的热门 2 】，其通常的结构如c 一4 所示，这是 一个亲电性的卡宾，它可以和诸如c h 、c c 和c = c 这类的亲核试剂反应，并且它 们能和很多有机金属化合物r m 反应【3 1 。特别值得注意的是两个卡宾可以产生“消 除二聚作用：一个分子作为亲核试剂而另一个分子作为亲电试剂反应，m x 的二 次消除仅随其后。另外还有两种结构性质与之相似，其分别为从n 5 ，o 6 分别获 得氮烯( n i t r e n o i d s ) 和氧烯( o x e n o i d s ) ，m x 的a 消除只有在卡宾和氮烯中稳定， 或者m x 是一个非常好的离去基团时才能观察到。而对于o 6 ，并不知道0 【消除能 否给出1 0 或3 0 。 第一章前言 c - 4 m = l i ，n a ，ke r e r 1 ，r 2 = h ，烷基，芳基 m o 最后，o k u ，h a r a d a 等人从他们对氢化物通过醇盐转移到卡宾体的研究中得 出结论：这些反应的发生伴随着构型的倒置，立体选择性从7 4 变到1 0 0 。连 续反应4 4 + 4 5 - - - 4 6 ，4 6 + 4 7 4 8 说明了这种情况，正如在s c h e m e1 1 0 中所示。 r 2 - - - 4 5 s c h e m e1 1 0 总之，卡宾体c h 键的引入反应和卡宾体与氢化物的反应按s n 2 方式进行。 氢化物的转移直接导致负碳离子和其他阴离子亲核试剂与卡宾体发生反应。 广x 第一章前言 1 1 7 阴离子亲核试剂与卡宾体的反应 2 6 - 2 9 】 由于卡宾体已经展示能够和很弱的亲核试剂起反应，例如c = c 双键，或者 甚至和c c 键和c h 键。对于它们与阴离子亲核试剂很快起反应，人们并不感 到惊讶。接下来，我们将集中讨论卡宾体与包括两分子卡宾体的二聚消去物阴离 子亲核试剂的反应；在这个过程中，由于用脱蛋白质制备卡宾体或者用卤素( 半 金属元素) 一锂交换法制备卡宾体，负碳离子经常出现，例如，r l i 化合物。而且 卡宾体本身就是负碳离子。 r l i 借助于卡宾体的同系化反应是在卡宾体和碳的亲核试剂的第一个反应中 进行的。( 虽然在很长一段时间内，人们并不认可这种反应的第一个例子，尤其 当含有l i o r 型卡宾体时) 。1 9 3 8 年，l u t m e n g s 报道了苯基锂4 9 和苄基苯基醚5 0 反应生成q 位锂化的苄基苯基醚5 1 和苯5 2 【27 j ( s c h e m e1 1 l 中反应1 ) p h l ；+ p h 一一。p p h l 。p h + p h h ( 1 ) 4 95 05 l5 2 s c h e m e1 1 1 + l i o p h ( 2 ) 5 4 + 5 4 ( 3 ) 然而反应并没有停止在这一阶段：苯基锂4 9 不但作为一种底物与醚5 0 发生 反应，而且作为一种亲核试剂和q 位锂化的苄基苯基醚5 1 发生反应生成二苯甲 基锂5 3 和锂酚盐5 4 ( 反应2 ) 。在这类反应的进一步反应中( 反应3 ) 。5 3 和 5 1 反应生成5 5 和5 4 。在质子化作用，5 3 生成1 4 的二苯基甲烷，而5 5 生成3 3 的l ，2 ，2 三苯基甲烷。这样，锂化醚明显是作为l i o r 型卡宾体。w i t t i g 和 l o h m a n n 氏证实了这一连续反应，而且他们注意到在卡宾体5 l 中与在醚5 0 中相 比酚盐官能团的高度流动性。z i e g l e r 和g e l l e r t 在正丁基锂与二甲醚的反应中发 现了一个相似的同系化反应序列。 户钌 第。一章前言 在锂卤类卡宾体系列中，k i r m s e 和w e d e l 观察到一个同系化反应：当他们让 甲基锂与1 ，1 二溴甲烷在乙醚中发生反应时生成了4 8 的乙基溴化物和1 3 的 丙基溴化物。当h u i s g e n 和b u r g e r i & i e 丁基锂与二溴甲烷或氯溴甲烷即使在我们 认为是烯烃向环丙烷转化的最优条件下发生反应，烷基溴化物同系物的生成仍 然是主要的反应路径。烷基溴化物的同系物形成于最初的烷基锂组分的同系物通 过“- b r 与c h 2 b r 2 或c h 2 b r c l 交换。 碳的亲核试剂与一个卡宾体碳原子再次发生反应的立体化学取决于环丙基 和乙烯基卡宾体，这是由于他们构型的高度稳定性。在乙烯及l i c 1 卡宾体5 6 与 l i b r 通过卤化物交换( b r 换c i ) 优先生成l i b r 卡宾体5 7 的反应中，我们可以提 供有用的信息，( s c h e m e1 1 2 ) 。立体化学说明了在乙烯基c c l 键上发生的s n 2 型取代反应。乙烯基c c l 键在非锂化的乙烯基氯化物中并未观察到。一个相关的 反应能够说明这个问题 等l i c x 二 - = ( 1 s c h e m e1 1 2 立体化学显示了在乙烯基c c 1 键的s n 2 取代，在非锂化氯乙烯中观察不到。 一个相关的反应可以解释乙烯基类卡宾和其他类型的类卡宾的异构化( 在5 6 的 例子中，l i c l 代替l i b r ) 。 9 0 6 2 1 0 s c h e m e1 1 3 k i t a t a n i ，y a m a m o t o ，h i y a m a ，和n o z a k i 观察到在与b u l i 反应中环丙基类卡 第一章前言 宾取代的立体选择性( s c h e m e1 1 3 ) 二溴物5 8 与过量的b u l i 在9 5o c 下的反 应中，锂的转移异构体5 9 是主要生成物，而不是热力学稳定性更好的6 1 。5 9 和 6 l 与b u l i 较进一步的反应导致b r - 位被b u 替换，并伴随类卡宾碳原子结构的 翻转，分别生成环丙基锂化合物6 0 和6 2 。6 0 和6 2 与亲电子试剂的诱捕反应所 显示的立体选择性达到9 0 1 0 0 。 k o b r i c h 和m e r k l e ，由二氯甲基锂6 3 简易的合成l ，2 二氯乙烯6 5 的反应： 如s c h e m e1 1 4 。 6 3 - - - - - - - - - _ 卜 l i c l h s c h e m e1 1 4 若这个反应发生了类卡宾化合物6 3 与6 3 生成的氯代卡宾6 6 的亲和加成，得 到6 4 ，然后6 4 消除l i c i 转化成6 5 ，那么化合物6 3 会先发生亲和加成反应( 6 6 聚合反应不会发生) 。6 3 的浓度依赖性和半衰期的性质致使6 3 和6 6 的反应不 发生。因此是两个类卡宾化合物6 3 彼此发生了反应。其中一个是亲电试剂，另 一个是亲核试剂，反应得到6 4 然后得到6 5 。由于6 3 的亲核性没有丁基锂强，所 以两个化合物6 3 的反应没有6 3 和丁基锂的反应快。 一= 二 正如w a r n e r 所说，卡宾同样也没有参与类卡宾化合物1 7 和2 2 相应的生成2 0 和2 1 的合成反应( s c h e m e1 - 4 ) 。在通常的锂卤类卡宾化合物的聚合反应中，l i h a l 相应的1 ，2 消除反应是非常快的。然而，最近b u r t o n 等人报道，如果碱金属被替 换为z n 或c u ，“去除聚合反应”的第一产物也可以检测出来【3 0 】( s c h e m e1 1 3 ) 。 在生成中间体6 8 分别由什么物质作为亲核试剂和亲电试剂。化合物6 8 由f 的 n m r 光谱图进行检测，并且被盐酸捕获生成6 9 。c u c l 的消除反应得到烯烃7 0 。 此反应显示了此类卡宾显示的区域选择性，并且由z n 与c u 作为卡宾的金属离子 可以得到更好的区域选择性。 总之，在前面列出的例子清晰的论证了，所有与亲核试剂( c = c ，c c ，c h 键和碳亲核试剂) 发生的反应，这些是卡宾的典型性质，且由具有强的亲电性的 类卡宾进行反应。在讨论类卡宾的强烈的亲电性的原因之前，应该研究的问题是， 参加可能是类卡宾反应的是不是总是类卡宾，或者在一些情况下是不是由卡宾 代替反应。 1 1 8 由锂卤类卡宾生成卡宾 由类卡宾生成卡宾第一次出现在j h i n e 的关于卤仿( h c x 3 ，x = 分别为c l ，b r ， i ) 碱解的经典著作中【3 1 1 。这项研究导致二卤卡宾在溶液中作为活性中问体的构 想的引入。人们致力于无水溶液中情况的研究方面，因为他们与前面的反应相 第一章前言 似。 。 在乙醚溶剂中的三氯甲基锂7 l 是第一个被集中研究的锂卤类卡宾化合物； 尽管如此，在很长一段时间还是不能确定，到底是不是二氯卡宾7 2 经过与烯烃 7 3 反应【3 2 】生成环丙烷系列化合物7 4 ( s c h e m e1 1 6 中的r o u t e i ) 或者类卡宾l i c c l 3 7 1 ( r o u t e 2 ) 。 l i c c l 3 7 l r o u t e ( 1 ) c c i ，7 2 扎心1x 7 3 k 3 r o u t e ( 2 ) s c h e m e1 1 6 7 4 与其他类卡宾相比，l i c c l 37 1 显示出e i i l i c h c l 2 强的亲电子性，弱的热稳定 性，c c l 2 m o i e t y 的分子内插入到四氢呋喃的q c h 键中，与烯烃反应时生成大量 的环丙烷。二氯卡宾7 2 被认为是由不同的前体形成，与始l i c c l 37 1 的竞争常数 k 比较也显示了卡宾c c l 27 2 在这个事例中也作为反应的中心。它也显示己烯 7 7 加速了卡宾l i c c l 37 1 的分解。这些结果可以得到如下结论，认为l i c c l 37 1 与 烯烃反应经过s c h e m e1 1 7 中的路线1 以k 2 为速率常数，成为决速步骤，而不是经 由路线2 。 c c l 2 7 2 s c h e m e1 1 7 7 6 7 8 第一一章前言 1 2 四元环在有机合成中应用的介绍 1 2 1 背景介绍 为了更迅速而且有效的合成一些非常复杂的化合物，人们想出了很多新的 带有区域选择性和立体选择性的合成方法。在这种情况下，一些带有小环的化合 物例如结构中带有环丁烷、环丁烯的体系在有机合成的应用中越来越受到人们的 重视。这其中有两个原因，首先是四元环比较容易制备，而且近年来的方法都能 达到很高的产率；其次是因为四元环存在着比较大的张力，这使得我们可以使其 某个特定的环上的键断裂( 这一点在环丁烯上体现得更为明显) ，从而达到区域 和立体选择的目的，而断裂的位置和程度主要取决于反应物的结构，环上的取代 基，其他底物的性质和反应的条件。近年来金属有机合成的发展也给小环化合物 应用的研究带来了新的活力。 环丁烷系列化合物一般可以作为起始原料来合成环状或非环状的有机体系， 所以这些小环化合物理所当然的成为了当代化学家眼中的新宠，在近期就有1 万 多篇关于这方面的专利和文献发表。环丁烯、环丁二烯、环丁烯酮等化合物也在 越来越广泛的应用于重排、扩环、光反应、聚合等等有机合成方法中。下面是一 些小环化合物在有机合成中的应用【3 3 】。 1 2 2 四元环的开环反应 四元环中环丁烯和环丁烯酮的特殊结构使得他们在开环时的立体选择性上 具有很大优势【3 4 - 35 1 。 h o u k 在1 9 8 7 年设想了并证实了以下反应，在z n l 2 这样的l e w i s 酸催化下，乙 酰基环丁烯7 9 按以下的比例进行了开环，z 结构8 0 占产物的8 3 ，而当用到 s n ( o t f ) 2 作为催化剂时产物中只有e 结构8 l 的化合物【3 6 1 ( s c h e m e1 1 8 ) z n l 2 n a c 0 3 s c h e m e1 1 8 + 八c o m e 8 1 1 7 、， 一 e 弘乞曼 旷为 第一章前言 m i n a m i 用加热的方法使1 二苯氧磷基环丁烯8 2 开环并形成二烯化合物8 3 ， 再以此二烯化合物8 3 为原料进行d i e l s a l d e r 反应生成预期的六元不饱和环8 4 ， 而其他反应则因区域选择性不好而容易生成异构体。 ( s c h e m e1 1 9 ) p h 2 跣15 慧0 b 眦3 h 咖 p h 2 。”z s c h e m e1 1 9 o n c 0 2 m e n 、 、c 0 2 m e 同时期的m u r a k a m i 发现有供电取代基作用的情况下，可以得到单一立体构 型的产物。例如3 叔丁基环丁烯8 5 在二甲苯中加热的时候就只生成e 型双烯化 合物8 6 。( s c h e m e1 - 2 0 ) 1 4 0 ，1 2 h 8 6 h a s e g a w a 尝试了很多不同的亲核试剂，发现了化合物8 7 在有内酯环的情况 下光照反应脱氯化氢开环，也可以产生单一构型的双烯化合物8 8 【3 7 】。( s c h e m e 1 2 1 ) o e t 3 n ，b e n z e n e s c h e m el - 2 1 o 8 8 c i 形k 3 o i 尺 8 。毛 他 p 第一。章前言 1 2 3 四元环的缩环反应 在四元环参与的有机合成中，缩环反应只占了其中的- d , 部分，因为从非环 状化合物合成环丙烷系列化合物要相对更容易一些，但是，这里也有一些区域选 择性或立体选择性很好的反应值得化学界的重视。例如羧酸9 0 就是通过四元环 的立体选择性制备而成的【3 8 1 ( s c h e m e1 - 2 2 ) 。 8 9 1 ) n a o h 2 ) h c l s c h e m e1 2 2 删 而从四元环缩环生成环丙烷系列化合物也有很高的区域选择性例如用1 溴代环丁烷基甲酸甲酯通过脱q 氢继而经历s n 2 历程而生成1 羟甲基环丙烷基 甲酸9 2 的反应【3 9 1 。 1 2 4 四元环的扩环反应 k 2 c 0 3 9 5 s c h e m el - 2 3 四元环的扩环反应是人们研究比较广泛的一个课题，占了四元环总发表文 献的6 0 。通常是通过易制取的四元环直接有效的合成立体选择性很高的五元或 六元化合物 4 0 4 1 1 ( 也包括杂环化合物) ，其中以合成五元环的报道居多。 扩环中，通常使用的方法是通过w o l f f 重排来保持高度的区域选择性 洲删 o h c c 2 9 第一章前言 9 3 c h 2 1 2 ，s m l 2 8 2 o p 。 s c h e m e1 - 2 4 + 9 7 ：3 9 5 四元环在一定条件下的扩环重排( 例如在l e w i s 酸的催化下) 往往可以保持 很好的立体构型但五元化合物却不能在此条件下通过此类扩环重排生成六元 化合物，所以在四元环扩环时可以得到很单一的五元环化合物例如在s c h e m e 1 2 l 中产物9 4 与9 5 的比例为9 7 ：3 。而在s c h e m e1 2 5 中原料9 6 扩环之后均为 单一产物9 7 ，产率可以达到9 3 t 4 2 1 。 m m e e t a i c l 2 c h ，c l ，r t ，7 0 h7 9 3 9 7 通过重排，四元环也可以应用于合成六元环以及大于六元的多元环状化合 物。在下面的反应中，通过2 + 2 反应得到的四元环化合物在加热的情况下可以通 过重排得到六元环化合物。 9 8 1 4 0 8 6 s c h e m e1 - 2 6 第章前言 1 3 立题意义 锂卤类卡宾近年来成为了人们研究的热门，由于其结构的特殊性，它们可以 和很多结构例如c = c ，c c ，c h 等发生反应，并且很多时候都能发生重排，由于 它们与各种化合物反应的多样性，已使其成为重组碳骨架的重要的化合物。特别 是它和环状化合物的反应，由于其在立体选择性和区域选择性的优越性，可以 使其参与的反应只生成单一的目标产物。 在当今的合成环戊2 烯酮系列化合物中，运用最多的是重氮化合物与环丁 酮的反应，其中重氮化合物是一个卡宾的前体，g r e e n e 等人就此类反应发表过一 些文献。其反应经历的步骤如下图所示。 o 1 c h 2 n 2 2 l i b r s c h e m el - 2 7 但是重氮化合物的毒性较大并具有强刺激性，而且容易爆炸，不符合现代有 机化学的研究主流，所以锂卤甲烷就成为替代重氮化合物的首选。而且在重排扩 环中，此类反应( s c h e m e1 2 7 ) 需要两步。 在报道的文献中，大都是卡宾与环丁酮的反应，却很少有卡宾与环丁烯酮的 反应，我们认为环丁烯酮中的碳碳双键对于重排时的碳正离子有稳定的作用，所 以我们选用环丁烯酮系列化合物作为底物，用二碘甲烷和丁基锂制成锂碘类卡 宾与之反应，这样可以得到比较单一的产物，而且环丁酮扩环的第二步所需要的 催化剂可以由我们设计反应的原料二碘甲烷和丁基锂反应生成的l i i 来充当。由 此可以实现一步合成环戊2 烯酮的反应，比从环丁酮制取环戊2 烯酮少用了一 步，这一类反应未见过文献报道。 r s c h e m el - 2 8 0 第二章实验部分 2 1 试剂的纯化及干燥 删 2 1 1 甲苯的干燥 第二章实验部分 将3 4 9 左右的氢化钙加入到干燥的1 l 的单i z l 瓶中，再倒入5 0 0 m l 的甲苯， 氮气氛围下加热回流3 h ，冷却至室温，改装成蒸馏装置，在氮气氛围下将苯蒸 至干燥的瓶子中。蒸完后，冷却至室温，用胶塞将蒸出的甲苯封闭好( 瓶内充满 氮气) 。由于氢化钙遇水反应激烈，因此后处理剩下的氢化钙依次滴入无水乙醇， 9 5 乙醇，7 0 乙醇，至无固体颗粒。 2 1 2 醚类溶剂和t h f 的干燥 以乙醚为例，此类溶剂极性较大，含水不低，不能满足较严格的无水要求， 需进行严格干燥处理。商品化试剂( 如光复科威等公司提供的) 的产品含水较多， 需加入k o h 放置数天进行预干燥。然后倒入盛有事先做好的钠沙的烧瓶中，安 装回流装置回流( 氮气气氛下) 。直至溶液由无色变为深蓝色( 二苯甲酮显色) ， 证明无水，常压蒸出。应注意醚类溶剂在高温下易生成过氧化物而发生危险，所 以干燥处理切忌蒸干，储存也需避免光照，湿气，氧气，因为在这些条件下也 易生成过氧化物而发生意外。处理剩余的钠沙要注意，在磁力搅拌下先滴加乙酸 乙酯，看无银白色的固体，换成无水乙醇，再依次9 5 乙醇，7 0 乙醇。 2 1 3 乙腈的干燥 将6 9 左右的五氧化二磷加入到干燥的1 l 的单i e i 瓶中，再倒入5 0 0 m l 的乙 腈，在氮气氛围下加热回流3 h ，冷却至室温，改装成蒸馏装置在氮气氛围下将 乙腈蒸至准备好的干燥的瓶子中。蒸完后，冷却至室温，用胶塞将蒸出的乙腈封 闭好，用氮气将里面的空气交换出去。注意在蒸乙腈时，不能蒸的太干，因为乙 腈在加热下会聚合( 继续蒸所蒸出的组分温度比乙腈高1 0 0 c ) ，所以蒸出4 5 时就应该将加热停止。 第二章实验部分 2 1 4 三氯乙酰氯的干燥 由于三氯乙酰氯在加热情况下与水发生剧烈反应，所以干燥时无须加入干 燥剂，所以将三氯乙酰氯在氮气保护下回流两个小时，冷却至窒温，改装成蒸 馏装置在氮气氛围下将三氯乙酰氯蒸至准备好的干燥的瓶子中( 瓶内充满氮气) 。 2 1 5 乙二醇二甲醚的干燥 将5 0 0 m l 的d m e 倒入到1 l 的单1 3 瓶中加入3 4 9 的切成细条状的钠，加上 冷凝装置，回流2 h 。过后冷却至室温，改装成蒸馏装置，将d m e 蒸到准备好的 干燥的单口瓶中，密封好保存( 瓶内充满氮气) 。处理剩下的钠的方法参照2 1 2 。 2 1 6 四甲基乙二胺的干燥 将5 0 0 m l 的t m e d a 倒入到l l 的单口瓶中，快速加入3 4 9 的氢化钙，加上 冷凝装置，回流2 h 。过后冷却至室温，改装成蒸馏装置，将t m e d a 蒸到准备好 的干燥的单口瓶中，密封保存( 瓶内充满氮气) 。处理剩下氢化钙方法参照2 1 1 。 2 2 原料的制备 2 2 1 环丁烯酮系列原料的制备 1 制备3 正丁基- 4 ，4 二氯环丁烯酮【4 5 】 n - b u o + 吲八c i 篇 s c h e m e 2 1 n - b u 在n 2 氛围下，向配有5 0 m l 恒压漏斗和带有磁力搅拌的火焰干燥的2 5 0 m l 的 三v i 瓶中加入3 9 2 9 ( 0 0 6 m 0 1 ) 的z i n c - c o p p e rc o u p l e ，4 0 m l 的干燥乙醚和2 3 m 1 4 0 2 m 0 1 ) 的1 己炔。恒压漏斗中用针筒加入4 4 m l 的三氯乙酰氯和1 2 m l 的乙 二醇二甲醚。在室温磁力搅拌下，控制滴液速度，使反应物在一个小时内滴加完， 之后将反应体系在室温下搅拌1 8 小时，颜色变为褐色。然后将此混合液用布氏 漏斗过滤，其中滤出的黑色固体用4 0 m l 正己烷萃取，所得到的滤液用冷的0 第_ 章实验部分 5 n 的盐酸洗，再用质量分数5 的n a o h 溶液洗，然后用饱和氯化钠溶液洗， m g s 0 4 干- 燥，减压旋出溶剂。以体积比石油醚：乙酸乙酯；1 0 ：1 为流动相做柱层 层析分离出2 5 9 无色液体。 2 制备3 正丁基环丁烯酮蛔 n - b u z n 厂n v i e d a - a c o h e t o h s c h e m e2 2 咖b u 在n 2 气氛下，向配有5 0 m l 恒压漏斗和带有磁力搅拌的1 0 0 m l 的三口瓶中加 入5 9 干燥的z n 粉，1 2 m l 四甲基乙二胺和2 0 m l 无水乙醇，置于冰水浴中，用针筒 向滴液漏斗中加入4 m l 冰醋酸和1 0 m l 的无水乙醇，控制滴液速度，使之在5 分 钟之内滴完，保持0 0 c 的冰水浴，继续加入2 5 9 的3 正丁基- 4 ，4 二氯环丁烯酮， 并调整速度使其在1 0 分钟内滴完。滴完后保持冰水浴1 5 分钟之后撤掉冰水浴， 在窜温下搅拌2 5 小时。然后用布氏漏斗过滤混合液，并用乙醚和正戊烷l ：1 的溶液萃取其灰色滤渣，所得到的滤液用冷的0 5 n 的盐酸洗，再用水洗，然后用 饱和碳酸氢钠溶液洗，之后用饱和氯化钠溶液洗，m g s 0 4 干燥，减压旋出溶剂， 以体积比石油醚：乙酸乙酯= 1 0 - 1 为流动相做柱层层析分离出l g 无色特殊气味 的液体。( 同类原料中只有3 正丁基环丁烯酮有这种气味) 由于原料需要量比较小，而纯度要求高，所以这里运用的是柱层层析分离 而不是原文献中提到的蒸馏法。 2 3 课题研究的实验 2 3 1 环戊2 一烯酮系列化合物的合成 1 合成3 正丁基环戊2 烯酮 实验所需仪器在1 2 0 0 c 烘2 h ，所需注射器针头1 0 0 0 c 下3 0 m i n 。将带有磁力 搅拌的石英管用火焰干燥，在氮气下冷却，加入0 3 7 2 9 ( 3 m m 0 1 ) 3 - 正丁基环丁 烯酮，1 2 6 9 ( 4 5 m m 0 1 ) - - 碘甲烷，用胶塞密封。在双排管进行无氧操作，反复三次 以上。在氮气氛围下，通过注射器将5 m l 的干燥乙醚注入到石英管中，将其置于 第二章实验部分 丙酮中，用液氮将丙酮凝结使其温度控制在7 8 。c ，再用针管抽取2 m l ( 2 2 m o l l ， 4 5 m m 0 1 ) 的丁基锂，沿石英管壁缓缓注入，注入时间应控制在5 分钟，且随时注 意其放热情况，注射以后使体系保持在7 8 0 c 一小时，之后使体系缓缓回升到室 温并保持在室温搅拌1 8 小时，反应结束后得到的混合液用0 5 n 盐酸溶液洗涤， 再用饱和碳酸氢钠溶液洗，再用饱和氯化钠溶液洗，用无水n a 2 s 0 4 干燥，旋干溶 剂，以体积比石油醚：乙酸乙酯= 1 0 ：l 为流动相做柱层层析分离出0 1 7 9 无色有 特殊气味的液体。( 同类产物中只3 正丁基环戊2 烯酮才有特殊气味，其他的产 物都没有) ( e q 2 1 ，表2 1 ) 。 c h 2 1 2 b u l l - - - - - - - - - - - 卜 e t 2 0 s c h e m e2 - 3 表2 - 1 环戊2 烯酮系列产物拓展 t a b l e 2 1d e v e l o po fc y c l o p e n t - - 2 - e n o n e 第二章实验部分 2 3 21 4 + 3 l t 利j i 成反应的研究 由于在环丁烯酮的扩环中未能将怀疑为中间体的化合物提纯鉴定，无法得 知其具体的反应机理，为了更好的研究锂碘卡宾的作用机理，我们试图以呋喃 抓住锂碘卡宾与二苯烯酮作用的中间体，为此，我们设计了一个实验，设想的机 理如下( s c h e m e2 4 ) 。 e +h ： = 。 预想反应按照上图进行( s c h e m e 5 3 ) ，实验所需仪器在1 2 0 烘干2 h ，所需 注射器针头1 0 0 下3 0 r a i n 。将带有磁力搅拌的三口瓶安装好回流装置和恒压漏 斗并用火焰干燥，在氮气下冷却。加入干燥的0 3 6 2 9 ( 2 m m 0 1 ) 的醋酸铜，0 0 2 2 9 ( 0 1 m m 0 1 ) 醋酸钯作为催化剂，再加入0 1 6 5 9 ( 1 r e t 0 0 1 ) 苯硼酸异戊二酯，0 1 3 5 9 ( 0 5 m m 0 1 ) z , 酰苯胺，1 0 m l 的干燥过的d c e ，加热回流，1 8 h 后经t l c 检测有新点产 生，分离提纯经核磁分析不是目标产物。 之后也尝试过多次在其他条件下做这个反应，也未得到目标产物( 表5 1 ) 第五章碳氢插入反应的研究 表5 - 1 对于碳氢插入反应不同条件的尝试 t a b l e 5 1 a t t e m p to fd i f f e r e n tc o n d i t i o nf o rc - h b o n di n s e r t i o n s 其中a ，b ，d ，e ，g 均出现新点，a ，b ，g 出现的新点r 值相同，d ，e 出现的新点i 泊 相同。但经检测均不是想要得目标产物 参考文献 参考文献 1 f r a n c i s ，a c a r y e ，r i c h a r d ，j s u n d e r g ，a d v a n c e do r g a n i cc h e m i s t r y ( 4e d ) p a r tb ：r e a c t i o na n ds y n t h e s i s ，k l u w e ra c a d e m i c p l e m u np u b l i s h e r s ，n e wy o r k2 0 0 1 6 1 4 2 d o e r i n g ，wv e ，k n o x ，l h ，t h er e a c t i o no fc a r b a l k o x y c a r b e n ew i t h s a t u r a t - e dh y d r o c a r b o n s ，j a m c h e m s o c 19 5 6 ，7 8 ：4 9 4 7 - 4 9 4 9 【3 e t t e lr m ，s k o v r o n e k ，h s ，s k e l l ，p s ，d i p h e n y l m e t h y l e n ，( c 6 h 5 ) 2 c ，a d i r a d i c a ls p e c i e s j a m c h e m s o c ，1 9 5 9 ，8 1 ：1 0 0 8 - 1 0 1 0 4 gl c l o s s ，r a m o s sc a r b e n o i df o r m a t i o no fa r y l c y c l o p r o p a n e sf r o m o l e f i n s ，b e n z a lb r o m i d e s ，a n do r g a n o l i t h i u mc o m p o u n d sa n df r o mp h o t o l y s i so f a r y l d i a z o m e t h a n e s ，j a m c h e m s o c ，19 6 4 ，8 6 ：4 0 4 2 - 4 0 5 3 5 】( a ) l f r i e d m a n ，h s h e c h t e r , c a r b e n o i da n dc a t i o n o i dd e c o m p o s i t i o no f d i a z oh y d r o c a r b o n sd e r i v e df r o mt o s y l h y d r a z o n e s j a m c h e m s o c ，19 5 9 ，81 ：5 5 1 2 5 5 1 3 ( b ) h o w a r de s i m m o n s ，r o n a l dd s m i t h ，an e ws y n t h e s i so fc y c l o p r o p a n e s f r o mo l e f i n s ，j a m c h e m s o c ，19 5 8 ，8 0 ：5 3 2 3 - 5 3 2 4 ( c ) h o w a r de s i m m o n s ，r o n a l dd s m i t h ，an e ws y n t h e s i so fc y c l o p r o p a n e s ，j a m c h e m s o c ，19 5 9 ，81 ：4 2 5 6 - 4 2 6 4 ( d ) c h a r e t t e ，a b ，m a r c o u x ，j - f ，s p e c t r o s c o p i cc h a r a c t e r i z a t i o no f ( i o d o m e t h y l ) z i n cr e a g e n t si n v o l v e di n s t e r e o s e l e c t i v er e a c t i o n s ：s p e c t r o s c o p i ce v i d e n c e t h a ti z n c h 2 ii sn o tz n ( c h 2 i ) 2 + z n l 2i nt h ep r e s e n c eo fa ne t h e r , j a m c h e m s o c ，( a r t i c l e ) ，19 9 6 ，118 ：4 5 3 9 4 5 4 9 ( e ) c