（有机化学专业论文）两类五元含氮有机杂环化合物的合成及反应.pdf

声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学技术大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与本人一起工作过的个人以及对本论文的研究工作所做 的任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在中国科学技术大学攻读学位期间在导师的指导下 取得的，论文成果归中国科学技术大学所有。未经导师许可，本人不得以任何形 式发表本学位论文研究成果，本人承担声明的法律责任。 研究生签名：鳖盔! i 型1 日期： 中国科学技术火学硕一i - 学位论文 致谢 本论文在我的导师王中夏教授的悉心指导下完成。三年来，王老师严谨的治学 态度、渊博的学术知识、勤勉的工作作风以及对科学前沿的敏锐洞察力令我受益匪 浅。他对学生的严格要求，使我逐渐养成了一种严谨的科研态度，这对我将终身受 益。在此，我要由衷的感谢我的老师。 感谢化学院核磁共振室的柯玉萍老师，三年来，在操作核磁仪器和分析处理核 磁数据方面，她给了我极大的帮助。感谢化学院红外实验室的胡万群老师，结构中 心元素分析室的李前荣老师的帮助。 三年来，本实验室的同学包括齐春艳、杨蝶、柴作允、张成、王立、孙凯、金 灿、陈森娘和蔡翠芳等给了很多的帮助和支持。他们兄弟姐妹般的情谊让我在这里 度过了愉快的三年，谨向他们表示感谢。尤其是柴作允师兄，他在工作，学习以及 生活中给了我无数的关心和帮助，在此我要衷心的感谢他! 感谢张祖辉、黄金昌、董建玉、李法宝和张敏提供了一些试剂和他们的帮助。 感谢所有关心和帮助过我的同学和朋友。 最后，感谢我的家人，他们给了我莫大的关怀和支持。 赵志刚 2 0 0 6 年5 月 中国科学技术大学颀二卜学位论文 摘要 本论文由两章组成： 第一章描述c u x ( x = c i ，i ) 催化的卤代烃、叠氮钠和端炔三组分的水相反应。该 反应高产率地生成l ，4 一二取代一1 ，2 ，3 三唑。这些反应不需要任何特别的保护或还原 剂的存在。催化剂用量和反应温度对反应的结果有较大的影响。提高催化剂的用量， 可以加速反应进行并提高反应的选择性；提高反应温度也能加速反应，然而却降低 了反应的选择性。脂肪炔的反应活性不如苯乙炔，需要使用较多的催化剂。我们还 发现形成双三唑的反应是自催化的，反应中生成的双三唑可以提高c u ( i ) 盐的催化活 性。在其他反应中加入双三唑也可以大大降低c u ( i ) 盐的用量，达到更高的产率。此 外，我们也尝试了用c u i 来催化卤代烷、叠氮钠和内炔的反应，结果表明c u i 对其 没有催化作用。作为比较，不用催化剂，将卤代烷、叠氮钠和内炔在水中加热能够 得到同样产率的1 ，2 ，3 三唑类化合物。 第二章讨论n x s ( x = c 1 ；b r ) 和吡唑类化合物在水或四氯化碳中的反应。这些反 应生成产率和纯度都很高的4 卤代吡唑类化合物。反应不需要任何催化剂和氮气保 护，且反应条件温和。对于绝大多数吡哗底物来说，使用等摩尔量n x s 就可得到几 乎定量的4 一卤代吡唑，也有少数反应底物需要过量的n x s 。这些反应对温度敏感， 提高反应温度可以大大加快反应进行。我们也发现对于多数反应，水作为溶剂要优 于四氯化碳：水中反应所需温度较低，反应时间也较短，还有一些在四氯化碳中难 以进行的反应，在水中可以顺利得到预期的产物。 中国科学技术大学硕二e 学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i sc o n s i s t so ft w oc h a p t e r s i nc h a p t e ro n e ，t h r e e - c o m p o n e n tr e a c t i o no fa l k y lh a l i d e s ，s o d i u ma z i d ea n dt e r m i n a l a l k y n e si nw a t e rc a t a l y z e db yc u x ( x = c 1 ，i ) i sd e s c r i b e d t h er e a c t i o np r o d u c e s l ，4 一d i s u b s t i t u t e d1 ，2 , 3 一t r i a z o l e si nh i g hy i e l d sw i t h o u tt h en e e df o ra n ys p e c i a lp r e c a u t i o n s o re x i s t e n c eo far e d u c i n ga g e n t t h er e a c t i o n sa r ea f f e c t e db yt h ea m o u n to ft h ec a t a l y s t a n dt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e i n c r e a s eo fa m o u n to ft h ec a t a l y s tc a na c c e l e r a t et h er e a c t i o n a n de n h a n c et h er e g i o s e l e c t i v i t y e n h a n c e m e n to fr e a c t i o n t e m p e r a t u r ei n c r e a s e st h e p r o d u c ty i e l d ，b u ti sd i s a d v a n t a g e o u st ot h er e g i o s e l e c t i v i t y a l i p h a t i ca l k y n e sw e r ef o u n d t ob el e s sr e a c t i v et h a np h e n y l a c e t y l e n e t h ef o r m e rn e e d sm o r ec u x c a t a l y s tt of i n i s ht h e r e a c t i o n s t h eb i s t r i a z o l e sf o r m e dd u r i n gt h er e a c t i o nc a ne f f i c i e n t l ye n h a n c et h ec a t a l y t i c a c t i v i t yo ft h ec u ( i ) s a l t s t h eb i s t r i a z o l e sc a na l s op r o m o t eo t h e rt h r e e c o m p o n e n t r e a c t i o n sa n dm u c hl e s sa m o u n to fc a t a l y s ti sn e e d e d w ea l s ot r i e dt oa p p l yc u it o c a t a l y z et h et h r e e c o m p o n e n tr e a c t i o no fa l k y lh a l i d e s ，s o d i u ma z i d ea n di n t e r n a la l k y n e s i nw a t e r ，b u tn oc a t a l y s i sw a so b s e r v e d h o w e v e gt h e yc a r ls t i l lp r o c e e ds m o o t h l yt og i v e 1 , 2 ，3 = t i a z o l e si ng o o dy i e l d si nt h ea b s e n c eo fc u ii nw a t e r i nt h es e c o n dc h a p t e r ，r e a c t i o no f p y r a z o l e sw i t hn h a l o s u c c i n i m i d e s ( n x s ，x = b r , c ni ne i t h e rc c l 4o rw a t e ri sd i s c u s s e d t h er e a c t i o ny i e l d s4 - h a l o p y r a z o l e si ne x c e l l e n t y i e l d sa n dg o o dp u r i t i e s t h er e a c t i o np r o c e e d su n d e rm i l dc o n d i t i o n sa n dd o e sn o tr e q u i r e a n yc a t a l y s t sa n ds p e c i a lp r e c a u t i o n s m o s to ft h ep y r a z o l e st e s t e dn e e do n l ya ne q u i vo f n x s ，b u te x c e s s i v en x si sn e e d e d f o raf e wc a s e s e n h a n c e m e n to ft h er e a c t i o n t e m p e r a t u r eo b v i o u s l ya c c e l e r a t e st h er e a c t i o n w ea l s of o u n dt h a tw a t e ri ss u p e r i o rt o c c l 4a st h es o l v e n ti nm o s tc a s e s t h er e a c t i o nc a r r i e do u ti nw a t e ro f t e ne x h i b i t e dh i g h e r r e a c t i o nr a t e ，a n dr e q u i r e dl o w e rr e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n ds h o r t e rr e a c t i o nt i m e i ns o m e c a s e s ，t h er e a c t i o n sc a no n l yp r o c e e di nw a t e r 3 中国科学技术人学硕i o 等位论文 第一章1 , 4 二取代1 ，2 ，3 三唑的三组分水相合成 第一节引言 三唑类化合物的研究开始于一个多世纪以前，而在1 8 8 8 年以前三唑类化合物的 合成研究仅限于苯并三唑衍生物 1 】。简单单环l ，2 ，3 三唑的发现及合成始于h a n sv o n p e c h m a n n 的工作 2 】，此后大量的1 ，2 ，3 一三唑衍生物被合成和表征。1 9 5 0 年b e n s o n 和 s a v e l l 在一篇综述中提到，截至当时，已有1 4 0 0 多种1 ，2 ，3 三唑衍生物被合成 1 。 随着杂环化学的迅速发展，三哗类衍生物在农业的杀虫、除草、抗菌、促进和 调节农作物生长，医药领域以及功能材料领域得到了广泛的实际应用 3 。合成1 ，2 ，3 一 三唑的方法中最常用的是用叠氮化合物和炔烃在高沸点溶剂中回流得到。这种方法 的反应时间较长，有时长达几个星期，而且反应的选择性也较差，大多数情况下得 到1 ，4 一和1 ，5 一二取代两种区域异构体的混合物，且比例通常接近1 ：1 ( 见s c h e m e1 1 ) 4 ，5 】。 丙r 2 r ， 三三三 r 1 i 矿 每1 r ：十 s c h e m e1 1 c a 1 ：1 r 1 s l ，= = = f ， h n n h r 2 合成化学家一直试图改进反应的产率和区域选择性，进行了各种有益的尝试。 2 0 0 2 年s h a r p l e s s 等发现在一价铜的催化下由末端炔和有机叠氮化合物反应得到1 ，4 一 二取代的1 ，2 ，3 一三唑( 见s c h e m e1 2 ) 6 。 n 莎雨p h + p h o ： c u s 0 4 。5h 2 0 ，1t 0 0 1 s o d i u ma s c o r b a t e ，5 m 0 1 h ，o t b u o h ，2 ：l ，r t ，8 i p h s c h e m e1 2 其可能的反应机理如s c h e m e1 3 所示： 一 n， n = 夕 b 八尸 中国科学技术大学硕士学位论文 镰_ 民长 b 。2 ： ： ： ： b d i r e c t n f o 摹 一呲。 ；i r 2 b - l 4 c u l 。 n n _ 趟 s c h e m e1 3 r 1 、 一? 一 r 2 【l n c u 十 h 与此同时，m e l d a l 等也应用一价铜来催化端炔和有机叠氮的1 ，3 ，偶极环加成反 应，得到1 , 4 一二取代的1 ，2 ，3 一三唑( s c h e m e1 4 ) 7 ： r n 三= = n + = = = n j ： - l i c s c h e m e1 4 r 这两篇论文提供了一种高效且选择性合成1 ，4 二取代1 ，2 ，3 三唑的方法。此后， 一价铜催化端炔和有机叠氮的环加成反应引起了人们极大的重视 8 ，并迅速在医药 化学【9 、生物和生物医学 1 0 、组合化学 1 1 和材料科学【1 2 等领域得到广泛的应用。 合成化学家在成功地找到合成1 ，4 二取代的1 ，2 ，3 一三唑的方法后，也尝试选择性 地合成1 ，5 二取代的1 ，2 ，3 三唑。f o k i n 等在2 0 0 5 年报道了一种有机钌化合物催化的 有机叠氮和端炔的1 ，3 偶极环加成反应，选择性地得到l ，5 二取代的1 ，2 ，3 三唑( 见 s c h e m e1 5 ) 。这类催化剂不仅可以催化端炔，而且还可以催化内炔与有机叠氮的环 中国科学技术大学硕二i ：学位论文 加成反应得到1 , 2 ，3 三唑 1 3 。 r u ( o a c ) 2 ( p p h 3 ) 2 c p r u c l ( p p h 3 ) 2 c p 木r u c i ( p p h 3 ) 2 c p 半r u c l ( n b d ) a 8 5 1 0 0 1 0 0 s c h e m e1 5 其可能反应机理如s c h e m e1 6 所示： s c h e m e1 6 n ，n n b 1 0 0 1 5 - _ - 2 0 0 3 年，y a m a m o t o 等用p d ( 0 ) 一c u ( i ) 催化剂通过三组分的环加成反应选择性地合 成了2 ，4 一二取代的1 ，2 ，3 一三唑( 见s c h e m e1 7 ) 1 4 。 s c h e m e1 7 其反应机理可能为s c h e m e1 8 所示： 6 r h u 吣 n n n i h w v 、 莓一 中国科学技术大学坝l j 学位论文 r r r h n n n i 。 l f 、h c i b 一 厂 醐 r h - 谤 , , 痛n n c u l nr 谑乎簪n n = 一 i i 、 p d t e | s c h e m e1 8 最近，通过卤代烃，叠氮钠和炔在一价铜催化下，一锅反应得到1 ，4 一二取代的 1 , 2 ，3 一三唑的合成方法被报道( 见s c h e m e1 9 1 1 1 ) 1 5 】。： n a n 3 ( 1 2 e q ) c u s 0 4 。5 h 2 0 ( 5 10 t 0 0 1 ) s o d i u ma s c o r b a t e ( 10 2 0 m 0 1 ) l p r o ( 2 0 m 0 1 1 n a 2 c 0 3 ( 2 0 m 0 1 ) d m s o ：h 2 09 ：1 6 0 0 c s c h e m e1 9 n 二n 晶门， ， 这个方法的优点是不需要制备出具有爆炸性的有机叠氮化合物，而是使有机叠氮化 合物原位生成并很快被反应掉。 7 中国科学技术人学颂j l 。j 学位论文 r b ，+ n a n ，+ 一_ r 1 塑：竺! ，r 、一h r 1 b r 龇+ 一艮意蒜焉斋) r s c h e m e1 1 0 r i b r n 12 a n ：1 3 坠d m ! s ：o ，r ，一n 。 旦堕 ir 1 一n 3 1r 2 兰亳一h ( r 2 ) r 1 、n n n j蕊h20,ascorbate”h岸r： c u s 0 4 ，6 18h ，r t ，r 、 、2 s c h e m e1 1 1 随着绿色化学的发展，人们正在尝试着把以前在有机相中的反应转移到水中进 行：这种反应不仅减少了对环境的污染还降低了工业成本。研究还发现有些反应在 水中进行，反应速率和选择性也大大提高 1 6 。例如。八十年代b r e s l o w 发现水可以 大大提高d i e l s a d l d e r 反应的速率 1 7 。一些水相偶极环加成反应也被研究 18 。例 如( 见s c h e m e1 1 2 ) 1 9 】： n 2 c 0 2 m e c 0 2 m e 2 0 m 0 1 l n c l 3 h 2 0 ，r t m e 0 2 c n n h m a j o r s c h e m e1 1 2 可能的反应机理如s c h e m e1 1 3 所示： n 2 p 八c h o ：m e + 坚 - - c 0 2 m e l n c l 3 m e 0 2 c m e 0 2 c 0 2 m e + m e 0 2 哂m e 孚惝： i 1 , 3 ( 5 ) - c a r b o x y l a t es h i f t n - - n m e 0 2 c ， m i n o r s c h e m e1 1 3 n n c c 0 2 m e l 1 , 3 - hs h i f t 悯r 上 中国科学技术大学硕：b 学位论文 而有关水相偶极环加成反应的选择性研究还很有限。对于一价铜催化的选择性合成 1 ，4 二取代一l ，2 ，3 一三唑的反应，文献报道在水和醇混合溶剂中进行，且大多数情况下 使用通过还原二价铜新生成的一价铜来催化反应 6 ，1 5 。直接使用一价铜盐也可以催 化此类反应，如c u i ，c u o t f c 6 h 6 和 c u ( - n c c h 3 ) 4 p f 6 等，但往往需要氮气保护或 者在反应体系中添加大量还原剂，还常常带来副产物 6 ，8 9 ，l o e ，2 0 。然而，我们发现 有机叠氮和端炔在水中由c u i 催化可以高效地得到l ，4 一二取代一1 ，2 ，3 一三哗，反应不需 要其他的辅助试剂或共溶剂，也不需要氮气保护。为了发展l ，2 ，3 三唑的区域选择性 合成方法，我们进行了卤代烃，叠氮钠和端炔三组分在c u x ( x = c 1 ，i ) 存在下的水相 反应研究。 9 中国科学技术大学颂：1 ：学位论文 第二节结果与讨论 通过卤代烃、叠氮钠和端炔三组分在c u x ( x = c 1 ，i ) 催化下的水相反应，高产率 的得到l ，4 二取代1 ，2 ，3 三唑，如s c h e m e1 1 4 所示： r c h 2 x +r 1 三三三n a n _ 1 c u x h 2 0 s c h e m e1 1 4 r 1 h 河 n n 一叫2 r 苄基氯、叠氮钠、苯乙炔的混合物于蒸馏水中，在c u i 的存在下，加热反应生 成1 苄基4 一苯基一1 ，2 ，3 三唑1 a ；此反应受催化剂c u i 的用量，反应温度和反应时间 的影响，结果如t a b l e1 1 所示。当用0 1 m 0 1 的c u i 在6 5 0 c ( 油浴温度，下同) 反 应时，可以得到7 8 产率的1 a ；而在1 1 0 。c 时，得到1 ，4 和1 ，5 一二取代一1 ，2 ，3 三唑的 混合物，总产率为9 1 ( 其中l a ：l b = 4 ：1 ) 。这表明提高反应温度，有利于提高反应 产率，却不利于反应的区域选择性。当用o 2 5m o l 的c u i 在6 5 。c 时可以将反应的 产率提高到9 1 ，且得到单一的l ，4 二取代1 ，2 ，3 三唑。该反应不需要添加任何还原 剂，也不需要隔离氧气。反应的后处理也比较简单，通过过滤即可得到产品。 t a b l e1 1 t h r e e c o m p o n e n t r e a c t i o no f b e n z y l c h l o r i d e ，s o d i u ma z i d ea n d p h e n y l a c e t y l e n ei nd i s t i l l e dw a t e ri nt h ep r e s e n c eo f c u i 一d + 一 n a n 3 c u l ，h 2 0 + 队n b l a 吣n l b l o 中国科学技术火学硕j ij 学位论文 接下来，我们尝试了不同的卤代烃和不同的端炔，反应的结果见t a b l e1 2 。 t a b l e1 2c u x ( x = i ，c 1 ) 一c a t a l y z e dt h r e ec o m p o n e n tr e a c t i o no fs o d i u ma z i d e ，a l k y l h a l i d e sa n dt e r m i n a la l k y n e si nd i s t i l l e dw a t e r e n t r y h a l i d e s a l k y n e s c a t a l y s tt e m pt i m e ( m 0 1 )( 。c )( h ) c u i ( o 2 5 ) 6 51 2 1 p h c h 2 c 1 p h c - c h 2 o - m e c 6 h 4 c h 2 c 1 p h c = c h 3 m m e c 6 h 4 c h 2 c 1p h c - c h 4 o - c 1 c 6 h 4 c h 2 c 1 p h c - c h c u i ( 1 ) 7 0 c u i ( 1 ) 7 0 c u i ( 1 5 ) 8 0 5 p - c 1 c 6 h 4 c h 2 c 1 p h c - c hc u i ( 1 5 ) 8 0 6 p h c h 2 c 1h o c h 2 c - = c h ?c u i ( 1 ) 7 0 7 o - m e c 6 h 4 c h 2 c 1h o c h 2 c = c hc u i ( 2 5 ) 7 0 8 o - c 1 c 6 h 4 c h 2 c 1h o c h 2 c - c hc u i ( 2 5 ) 7 0 9 p h c h 2 c 1 p h o c h 2 c - c hc u i ( 2 5 ) 7 0 10 o - ( c l c h 2 ) 2 c 6 h 4 p h c - c h c u i ( 0 2 ) 10 0101 0 a 11 m ( c 1 c h 2 ) 2 c 6 h 4 p h c - c h c u i ( 0 2 ) 10 0 10l l a 12c h 2 = c ( m e ) c h z c lp h c - c h 1 3 m e ip h c - c h 14 p h c h 2 c 1 p h c - c h l5 o - c 1 c 6 h 4 c h 2 c 1 p h c - c h 16 p h c h 2 c 1 h o c h 2 c - c h c u i ( 0 3 ) 6 0 1 21 2 a c u i ( 1 ) 5 52 41 3 a c u c i ( 0 2 6 ) 6 5 1 2l a c u c l ( 1 5 ) 8 0 1 24 a c u c l ( 1 ) 7 0 1 26 a 8 9 8 7 8 5 8 8 9 3 9 3 9 4 9 3 9 6 9 7 9 0 81 9 0 8 5 9 0 17 m 一( c 1 c h 2 ) 2 c 6 h 4 p h c - c h c u c l ( 0 2 ) 1 0 0 10l l a9 6 表中每个反应的产率都是优化条件后的结果。对于不同的反应底物，催化剂的 用量从0 2 5 2 5m 0 1 不等。脂肪炔的反应活性不如苯乙炔，前者需要更多的c u x 催 化剂来完成反应。苄基氯和烯丙基氯都可应用于此三组份反应中。例如，2 一甲基烯丙 基氯，叠氮钠和苯乙炔在0 3t o o l c u i 存在下于6 5 。c 反应得到9 0 产率的1 ，4 一二 取代1 ，2 ，3 一- 2 1 2 a 。碘甲烷也有较好的反应性，其产率稍低可能由于其沸点较低有 一定的损失所致( 见t a b l e1 2 ，e n t r y1 3 ) 。 a a a a a a a a 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2 2 2 2 2 2 2 1 l 111i 1 l 111工 中国科学技术火学颂! i ：学位论文 我们所使用的取代苄基氯包括邻氯氯甲基苯，对氯氯甲基苯，邻甲基氯甲基苯 和对甲基氯甲基苯的反应活性都不如苄基氯。前四者要达到理想的产率和选择性， 需要更多的c u i 或c u c l 催化剂( 见t a b l e1 2 ，e n t r i e s2 5 ，7 ，8 ，1 4a n d15 ) 。然而，邻 二氯甲基苯和| 、白j 二氯甲基苯分别与叠氮钠和苯乙炔在0 2m 0 1 的c u i 或c u c i 的催 化下就能够完成反应，且给出几乎定量的区域选择性产物( 见t a b l e1 2 ，e n t r i e s1 0 ，1 1 a n d1 7 ) 。为了探讨其中原因，我们做了两个对照实验。第一个实验，邻甲基氯甲基 苯，叠氮钠和苯乙炔在0 2m o l c u i 存在下于1 0 0o c 加热，得到了1 ，4 和1 ，5 二取 代l ，2 ，3 一三唑的混合物，总产率为8 2 ；第二个实验，邻氯氯甲基苯，叠氮钠和苯 乙炔在同样的条件下也得到两种区域选择性的三唑的混合物，总产率为7 5 。由此 我们可以看出，反应中产生的双三唑( 见f i g u r e1 1 ，l o a 和l l a ) 催化、加速了反应， 从而得到了前面所述的理想的反应结果。类似的配体催化效应，文献中亦有报道 2 1 。 hp h u 一 l o a h h p h u 一 n r n n 飞n 一 八 h p h 1 l a f i g u r e1 1 t a b l e1 3c u i c a t a l y z e dt h r e ec o m p o n e n tr e a c t i o no fa r y lc h l o r i d e s ( a r c h z c l ) ，s o d i u m a z i d ea n dt e r m i n a la l k y n e s ( r c 三c h ) i nw a t e ri nt h ep r e s e n c eo fb i s t r i a z o l elo ao rl la 中国科学技术大学硕士学位论文 而这些双三唑也可以促进其他的三组分反应，结果见t a b l e1 3 。例如，在邻氯 氯甲基苯，叠氮钠和苯乙炔的反应中，需用1 5m 0 1 c u i 来保证产物理想的产率和 区域选择性( 见t a b l e1 2 ，e n t r y4 ) 。然而，当把0 5m o l 的1 0 a 加入到此反应体系 中，o 5m 0 1 的c u i 即可催化反应达到完全，得到单一的1 ，4 。二取代产品4 a ，产率 达8 9 ( 见t a b l e1 3 。e n t r y2 ) 。 在已报道的反应中，催化剂c u ( i ) 是由c u ( i i ) 盐还原得到，常用的还原剂有铜单 质和抗坏血酸钠。为了防止副产物的生成，常常使用大大过量的还原剂。然而，由 c u x 催化的此类反应可以在蒸馏水中顺利进行，不需要添加任何还原剂，也不需要 氮气保护。同时，我们也用自来水代替过蒸馏水，发现两者基本上没有区别。在水 中这些反应的非均相性可能对催化剂起到一定的保护作用，防止其被氧化。 在研究了c u ( i ) 催化端炔的反应以后，我们尝试使用c u i 来催化内炔的偶极环加 成反应。将二苯乙炔与叠氮钠和苄基氯在c u i 存在下在蒸馏水中反应，结果与不加 c u i 时基本一样。也就是说，c u ( i ) 对非末端炔的反应没有催化作用。叠氮钠，二苯 乙炔和芳甲基氯在没有c u i 存在下水中的反应结果如t a b l e1 4 所示。 t a b l e1 4 t h r e e c o m p o n e n t r e a c t i o no f a l k y l d i p h e n y l a c e t y i e n ei nd i s t i l l e dw a t e ri nt h ea b s e n c eo fc u i r x + r 1 r ， n a n 3 h 2 0 r 1，r 1 一 n n n v r 1 4 1 6 我们也试图寻找新的金属催化剂来催化此类反应。我们先后尝试了a g n 0 3 ， ( p h c n ) 2 p d c l 2 ，黄色h g o ，i n c l 3 ，n i c l 2 ，p d c ( 1o ) ，z n c l 2 ，h g ( o a c ) 2 ，f e c l 2 ， m g c l 2 和z n b r 2 等十i 余种金属化合物，却没有发现任何一种对此类反应具有催化作 用。在引言中我们也曾提到，后来f o k i n 等发现了有机r u 化合物可以催化此类反应， 选择性地得到1 ，5 二取代1 ，2 ，3 一三唑，而且这种催化剂对于催化内炔的反应也有较好 中国科学技术大学坝i ：学位论文 的活性 1 3 。 另外，我们试图通过加入配体来改变反应的速率或区域选择性( 见s c h e m e1 3 ) 6 ，8 i 。首先试用d m e 作为溶剂，虽然生成1 ，4 一二取代1 ，2 ，3 一三唑，但反应效率远不 如在水中的反应( 对比反应：叠氮苯和苯乙炔在1m o l c u i 存在下在d m e 中室温 下搅拌1 2h ，仅有少量三唑生成，经薄层色谱检测发现大量原料存在。将浴温提高 到7 0 。c 反应6h 后仍然有原料存在，生成的1 ，4 一二苯基1 ，2 ，3 三哗1 7 a 的产率约为 7 0 。而叠氮苯和苯乙炔在1m 0 1 c u i 存在下在水中于室温搅拌5h ，即可完全反 应得到1 7 a ，产率9 5 。) 。 在反应体系中加入1 0 2 0m o l 的t m e d a 作为配体时，可以大大加速反应。 例如，叠氮苯和苯乙炔在o 3m 0 1 c u i 存在下在水中室温下搅拌2 4h ，可以9 3 的 产率得到1 7 a ；如果在此体系中加入1 0m o l t m e d a ，室温下反应放热，1 2m i n 内便有大量固体生成，约1 5 2 0m i n 反应即可完成，得到1 7 8 ，产率达9 5 。由于 t m e d a 的水溶性较好，此反应后的溶液为深绿色，应含有t m e d a 与c u i 的配合物， 我们就试图用此溶液来循环反应。当初始c u i 为0 3m 0 1 ，t m e d a 为2 0m o l 时， 将滤液用于第二次反应，在室温搅拌2 4 小时后，得到的产物仍为1 7 a ，而产率却低 于7 0 ；当c u i 的量加大到o 8m o l ，t m e d a 仍为2 0 m o l 时，第一到四次的反 应产率分别为9 5 ，9 5 ，9 2 ，7 0 ，产品都是1 7 a 。可能由于每次反应都造成了 一定量c u ( i ) 盐的损失，以致没能循环多次。由此可见，在我们测试的范围内，改变 c u ( 0 的配体没能改变反应的选择性，但t m e d a 可使反应加速进行。 总之，在水中卤代烃，叠氮钠和端炔三组分能够在c u x ( x = c 1 ，i ) 的催化下高产 率地得到l ，4 一二取代一l ，2 ，3 三唑。c u i 和c u c l 都表现了很好的催化活性。 4 9 - - 氯甲基 苯和间二氯甲基苯分别与叠氮钠和苯乙炔的反应是由反应中生成的双三唑与c u ( i ) 的 络合物自催化的反应。而这两种双三唑又可以用来促进其它c u 0 ) 催化的三组分反应。 这些水相反应不需要特殊的保护，也不需要额外的还原剂，并且反应操作简便，环 境友好。 中囝科学技术人学硕：l ：学位论义 第三节实验部分 一、原料的制备 1 1 邻甲基氯甲基苯的制备 2 2 1 在5 0m l 圆底烧瓶中依次加入邻二甲苯( 1 0 6g ，1 2 2m l ，0 1m 0 1 ) ，四氯化碳( 6 7 8 m l ，0 0 7m 0 1 ) ，重蒸的硫酰氯( 7 2 9m l ，0 0 9m 0 1 ) 和过氧化苯甲酰( 0 0 7 5g ，0 0 0 0 3 m 0 1 ) ，装上带有干燥管的回流冷凝管，加热回流。反应过程中会有大量的有毒的二 氧化硫和氯化氢放出，故应在通风橱中进行操作。约1h 以后，冷凝管口放出的白雾 大大减少时，再加入同等量的引发剂过氧化苯甲酰，如此再一个小时左右，再加入 一次等量的引发剂，直至基本无气体从冷凝管口放出( 一般加3 4 次引发剂) 。约3 4 h 后停止回流，冷至室温，水洗三次，每次约2 0m l ；黄色有机相用无水m g s 0 4 干 燥，o 5h 后滤去干燥剂，水泵减压下分馏得到无色邻甲基氯甲基苯( 7 6g ，6 0 ) ， b p 9 2 9 4 。c 2 0m m h g 。hn m r ：62 4 2 ( s ，3 h ，c h 3 ) ，4 6 0 ( s ，2 h ，c h 2 ) ，7 1 7 7 3l ( m ， 4 h ，c 6 h 4 ) 。 问甲基氯甲基苯的制备用与此同样的步骤，得到无色的间甲基氯甲基苯，产率 6 3 ，b p 9 1 9 3o c 2 0m m h g 。 1 2 邻氯氯甲基苯的制备 2 2 在5 0 m l 圆底烧瓶中依次加入邻氯甲苯( 1 2 7g ，11 7 6m l ，o 1m 0 1 ) ，四氯化碳( 6 m l ，o 0 6 2m 0 1 ) ，重蒸的硫酰氯( 7 4m l ，0 0 9 1m 0 1 ) 和过氧化苯甲酰( 0 1 2g ，0 0 0 0 4 8 m 0 1 ) ，装上带有干燥管的回流冷凝管，加热回流。每隔约一小时加一次等量的引发 剂，约3 4h 后基本无气体从冷凝管口放出，停止回流，冷至室温。水洗三次，每次 约2 0m l ，橙黄色有机相用无水m g s 0 4 干燥，0 5h 后滤去干燥剂，减压下分馏得到 无色邻氯氯甲基苯( 8 7g ，5 9 ) ，b p 9 2 9 4 。c 1 2m m h g 。1 hn m r ：64 7 0 ( s ，2 h ， c h z ) ，7 2 5 - 7 4 7 ( m ，4 h ，c 6 h 4 ) 。 对氯氯甲基苯的制备用与此同样的步骤，得到无色液体，产率为6 0 ，b p 9 3 9 4 。c 1 2m m h g 。 1 3 邻二氯甲基苯的制备 2 2 在1 0 0m l 圆底烧瓶中依次加入邻二甲基苯( 1 0 6g ，1 2 2m l ，0 1m 0 1 ) ，四氯化 碳( 6 7 8m l ，0 0 7m 0 1 ) ，重蒸的硫酰氯( 1 6 2m l ，0 2m 0 1 ) 和过氧化苯甲酰( o 1 6 7g ， 0 0 0 0 6 7m 0 1 ) ，装上带有干燥管的回流冷凝管，加热回流。每隔约一小时加一次等量 中周科学技术大学硕i 卜学位论文 的引发剂，5h 后停止回流，冷至室温。用水洗涤反应液5 次，每次3 0m l ，至有机 相澄清。用无水m g s o 。干燥，o 5h 后滤去干燥剂，减压下分馏，得到的无色馏液固 化( b p 1 3 0 1 3 5 。c 2 0m m h g ) ，用乙醇重结晶后得到无色晶体( 7 5g ，4 3 ) 。1 hn m r ： 64 7 6 ( s ，4 h ，2 c h 2 ) ，7 2 6 7 4 2 ( m ，4 h ，c 6 h 4 ) 。 间二氯甲基苯的制备用与此相同的步骤，水泵减压下分馏得到的无色馏液固化 ( b p 1 2 8 - 1 3 2 。c1 2 0m m h g ) ，用乙醇重结晶( 若室温过高可于冰箱中冻出) ，得到 无色晶体( 6 12 ，3 5 ) 。 1 4p h o c h 2 c - c h 的制备 ( 1 ) 炔丙基氯的制备眨3 】 在装有顶端带有干燥管的回流冷凝管的1 0 0m l 三颈瓶中，加入重蒸的p c i 3 ( 1 0 6 m l ，0 1 2m 0 1 ) ，在冰浴冷却下，将重蒸的丙炔醇( 1 7 5m l ，o 3t 0 0 1 ) 和重蒸的吡 啶( 5 5m l ，0 0 6 7m 0 1 ) 的混合物缓慢滴加到三颈瓶中( 约5 0m i n ) 。滴加完毕，升 至室温，换成蒸馏装置，蒸出粗产物，沸点范围约为3 5 6 0 。c ( 注：蒸馏时要注意 控制好蒸馏速度，由于反应中产生大量的氯化氢气体，可能会发生暴沸而冲出反应 瓶) 。粗产物水洗两次后，用k 2 c 0 3 干燥。干燥2h 后，滤去干燥剂，常压蒸馏得到 无色液体( 1 4 5g ，6 5 ) ，b p 5 6 5 7 。c 。 ( 2 ) p h o c h 2 c - c h 的制备 2 4 在5 0m l 圆底烧瓶中依次加入苯酚( 9 4g ，0 1m 0 1 ) ，丙酮( 2 0m l ) ，炔丙基氯 ( 7 4 5g ，0 1m 0 1 ) 和无水k 2 c 0 3 ( 1 4g ，0 1m 0 1 ) ，混合物加热搅拌回流8h 后，冷 至室温，在旋转蒸发仪上蒸去丙酮，加入约5 0m l 乙醚萃取剩余物。过滤去固体， 滤液用氢氧化钠溶液洗涤数次至水层基本无色( 用较浓一些的氢氧化钠溶液以洗去 萃取液中残余的苯酚，也可以通过薄层板来检测) 。而后用k 2 c 0 3 干燥有机相，约l h 后滤去干燥剂，减压蒸去乙醚，剩余液体减压蒸馏得无色液体( 9 3g ，7 0 ) ，b p 8 2 8 4 。c 1 3m m h g 。1 hn m r ：62 4 6 ( t ，j = 2 3h zl h ，c h ) ，4 6 4 ( d ，j = 2 3h z ，2 h ， e l l 2 ) ，6 9 0 6 9 6 ( m ，3 h ，p h ) ，7 2 2 7 2 8 ( m ，2 h ，p h ) 。 1 5 叠氮苯的制备 2 5 】 在1 0 0m l 圆底烧瓶中加入水和浓盐酸各9m l ，混匀后加入苯胺( 4m l ，4 3 2 m m 0 1 ) 。在冰盐浴的冷却下，将n a n 0 2 ( 3 1g ，4 4 9m m 0 1 ) 水溶液缓慢滴加到烧瓶 中，其间要充分搅拌。保持冷却下( 如有明显沉淀产生可以先过滤) ，向反应混合物 1 6 中国科学技术大学硕卜学位论文 中缓慢滴加叠氮钠( 2 9 2g ，4 4 9m m 0 1 ) 的饱和水溶液。滴加完毕继续搅拌1 0m i n 。 用乙醚萃取反应液( 3 1 0m l ) ，得到黄色的乙醚溶液用1 0 的碳酸钠溶液洗涤两次 再用水洗涤两次。用无水m g s 0 4 干燥此乙醚萃取液，过滤后室温减压下除去乙醚， 得到叠氮苯( 4 6g ，9 0 ) 。( 由于叠氮苯具有爆炸性，从其提取液中除去溶剂时不 要加热，也不能用蒸馏的方法提纯。) 、 1 6 苄基叠氮的制备 2 6 1 在装有回流冷凝管的1 0 0m l 圆底烧瓶中，加入重蒸的苄基氯( 4 8m l ，4 2m m 0 1 ) ， 叠氮钠( 2 9g ，4 4 6m m 0 1 ) ，水( 5m l ) 和乙醇( 4 0m l ) ，混合物搅拌加热回流1 0h 。 冷至室温，滤去盐，滤液在5 0 。c 以下的温水浴中，用旋转蒸发仪蒸去乙醇。加入约 5 0m l 乙醚萃取残余液，并用水洗涤两次。醚层用无水n a 2 s 0 4 干燥。滤去干燥剂， 室温减压蒸去乙醚得到近无色液体( 4 5g ，8 0 ) 。 二、1 ，2 ，3 一三