（有机化学专业论文）某些pn有机催化剂作用下的碳碳键形成新反应.pdf

=五1181illjllllllhlil983lllllliillllllll7llllj ，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 沏jt 劣 a q 年! 玛墨p 南开大学 硕士研究生毕业c ，学位夕论文 姓 年 专 名：汤小芳 级：2 0 0 4 级 业：有机化掌 研究方向：有机合成和磷化掌 导师：贺峥杰教授 二零零七年五月十五日 南开大学二零零七届硕士学位论文 s o m en e wc a r b o n - - c a r b o nb o n df o r m i n gr e a c t i o n s c a t a l y z e db yp no r g a n o c a t a l y s t s 作者：汤小芳 导师：贺峥杰教授 专业：有机化学 研究方向：有机合成和磷化学 南开大学化学学院化学系 二零零七年五月十五日 中文摘要 中文摘要 本论文主要研究了某些p 、n 亲核有机催化剂作用下的碳一碳键形成新反应， 包括m o r i t a b a y l i s h i l l m a n ( m b h ) 反应及取代水杨醛与2 ，3 丁二烯酸酯或丁炔 二酸酯的某些新的关环反应。 首次发现具有空气稳定的三烷基膦化合物1 ，3 ，5 三氮杂7 磷杂金刚烷( p t a ) 是一个良好的m b h 反应催化剂，具有较好的催化活性和较宽的底物适用性，能 催化丙烯酸酯、甲基乙烯基酮、丙烯酰胺、丙烯醛、环戊烯酮与醛的m b h 反应 以及n 磺酰亚胺与丙烯酸酯、甲基乙烯基酮的a z a m b h 反应，在较短的时间内 得到较高的收率。同时比较了结构与p t a 相似的p 、n 有机催化剂在m b h 反应 中的活性。讨论了催化剂的亲核性与其在m b h 反应中催化活性的相关性。首次 获得了叔膦催化剂与活化烯的m i c h a e l 加成产物中间体衍生物的晶体结构，为 m b h 反应的机理提供了直接的实验证据。 在p t a 催化下，首次实现了2 ，3 丁二烯酸乙酯与取代水杨醛的关环反应， 并提供了合成2 h - 1 苯并吡喃衍生物的一种新方法，产物的结构通过波谱和单晶 衍射得到确证，并提出了可能的反应机理；在d m a p 催化下，取代水杨醛与4 - 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯进行类似的环化反应，也提供了合成2 h 0 1 苯并吡喃衍 生物的简便方法。 研究了在p t a 或p p h 3 参与下，取代水杨醛与2 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的烯 化反应，讨论了反应发生的机理；研究了在p t a 参与下，取代水杨醛与丁炔二 酸二甲酯在温和条件下高效合成香豆素衍生物的环化反应，并比较了在d a b c o 催化下，相同反应物进行的不同反应。 首次发现在p p h 3 催化下，取代水杨醛与4 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯进行的环 化反应，提供了高效合成苯并吡喃衍生物的新方法，产物结构经波谱和单晶衍射 所确证，提出了合理的反应机理，并讨论了催化剂的碱性与亲核性对反应底物化 学选择性的影响。、 关键词：m o r i t a b a y l i s h i l l m a n 反应；1 , 3 ，5 三氮杂7 磷杂金刚烷；有机催化：三 苯基膦；水杨醛；2 ，3 丁二烯酸酯；关环反应 英文摘要 a b s t r a c t t h i st h e s i sm a i n l yf o c u s e so ns o m en u c l e o p h i l i cp ，no r g a n o c a t a l y s t c a t a l y z e d c a r b o n - c a r b o nf o r m i n g r e a c t i o n s ，i n c l u d i n g t h em o r i t a - b a y l i s h i l l m a nr e a c t i o n ( m b h ) a n daf e wo fn o v e la n n u l a t i o nr e a c t i o n so fs u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d e h y d e sw i t h 2 3 - b u t a d i e n o a t e so ra c e t y l e n e d i c a r b o x y l a t e t h ea i rs t a b l et r i a l k y l p h o s p h i n e1 , 3 ，5 - t r i a z a - 7 一p h o s p h a a d m a n t a n e ( p t a ) i sf i r s t r e p o r t e da sa ne f f i c i e n to r g a n o c a t a l y s tf o rt h em b h r e a c t i o nw i t hab r o a ds c o p eo f s u b s t r a t e s i tc a ne f f e c t i v e l yp r o m o t et h em b hr e a c t i o n so fa l d e h y d e sw i t hav a r i e t y o fa c t i v a t e do l e f i n si n c l u d i n ga c r y l a t e ，m e t h y lv i n y lk e t o n e ，a c r o l e i n ，a c r y l a m i d e ，a n d 2 - c y c l o p e n t e n o n e ，a n da z a - m b hr e a c t i o n so fi m i n e s 谢ma c r y l a t ea n dm e t h y lv i n y l k e t o n e ，g i v i n gt h en o r m a la d d u c t si ng o o dt oe x c e l l e n ty i e l d si na c c e p t a b l er e a c t i o n t i m e a l s o ，i ti sc o m p a r e dw i t ho t h e rp ，nc a t a l y s t sw i t hc e r t a i ns t r u c t u r a ls i m i l a r i t yi n t h er e s p e c to fc a t a l y t i ce f f i c i e n c yi nt h em b hr e a c t i o n ，a n dt h ea c c o r db e t w e e nt h e n u c l e o p h i l i c i t ya n dc a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h es e l e c t e dc a t a l y s t si sa l s od i s c u s s e d t h e x r a yc r y s t a ls t r u c t u r eo f t h eb e t a i n ef r o mt h en u c l e o p h i l i ca d d i t i o no fp t at oa c r y l a t e p r o v i d e st h ef i r s te x p e r i m e n t a le v i d e n c ef o rt h ep h o s p h i n e c a t a l y z e dm b h r e a c t i o n m e c h a n i s m t h ep t a c a t a l y z e da n n u l a t i o nr e a c t i o no fs u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d e h y d ew i t h 2 3 - b u t a d i e n o a t ei sf i r s td i s c l o s e d i tc o n s t i t u t e san e ws y n t h e s i so f2 h - b e n z o p y r a n d e r i v a t i v e sw i t ht h ep r o d u c t s t r u c t u r e sd e t e r m i n e db yn m r s p e c t r o s c o p ya n dx r a y d i f f r a c t i o n ap l a u s i b l em e c h a n i s mf o rt h i sr e a c t i o ni sp r o v i d e d u n d e rt h em e d i a t i o n o fd m a p , s u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d e h y d ew i t h2 ，3 一b u t a d i e n o a t eu n d e r g oas i m i l a r a n n u l a t i o n ，g i v i n g2 h - b e n z o p y r a n d e r i v a t i v e si naf e a s i b l ew a y t h ep t ao rp p h 3 - m e d i a t e do l e f i n a t i o nb e t w e e ns u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d e h y d ea n d 2 - m e t h y l 一2 ，3 一b u t a d i e n o a t e i s i n v e s t i g a t e d ，a n d i t s p o s s i b l e m e c h a n i s mi sa l s o d i s c u s s e d i ti sa l s oi n v e s t i g a t e dt h a tu n d e rt h em e d i a t i o no fp t a ，s u b s t i t u t e d s a l i c y l a l d e h y d ea n dd i m e t h y la c e t y l e n e d i c a r b o x y l a t eu n d e r g oa ne f f i c i e n ta n n u l m i o n t oa f f o r dc o u m a r i nd e r i v a t i v e s f o rc o m p a r i s o np u r p o s e ，d a b c o p r o m o t e dc h e m i c a l c o n v e r s i o nb e t w e e nt h es a m es u b s t r a t e si sa l s os t u d i e d 、 u n d e rt h ep r o m o t i o no fp p h 3 ，an o v e la n n u l m i o nr e a c t i o nb e t w e e ns u b s t i t u t e d s a l i c y l a l d e h y d ea n d4 - m e t h y l 一2 ，3 - b u t a d i e n o a t e i s r e p o r t e d f o rt h ef i r s tt i m e i t u 。 英文摘要 c o n s t i t u t e san e wa n df a c i l e s y n t h e s i so f2 h - b e n z o p y r a nd e r i v a t i v e s ，w h i c ha l e i d e n t i f i e db yn m r s p e c t r o s c o p ya n dx r a yd i f f r a c t i o n ap o s s i b l em e c h a n i s mi s p r o p o s e d ，a n dt h ec a t a l y s ti m p a c to nt h ec h e m o s e l e c t i v i t yo ft h es t u d i e ds u b s t r a t e si s d i s c u s s e dw i t hr e s p e c t st ot h ec a t a l y s t sb a s i c i t ya n d n u c l e o p h i l i c i t y k e y w o r d s ：m o r i t a - b a y l i s h i l l m a nr e a c t i o n ； 1 , 3 ，5 一t r i a z a - 7 一p h o s p h a a d m a n t a n e ； o r g a n o c a t a l y s i s ；t r i p h e n y l p h o s p h i n e ；s a l i c y a l d e h y d e ；2 , 3 b u t a d i e n o a t e ；a n n u l a t i o n r e a c t i o n i i i 目录 1 选题依据 目录 1 1 文献综述：1 1 1 1r a u h u t c u r r i e r 活化烯的二聚反应：一：2 1 1 2m o r i t a - b a y l i s h i l l m a n 反应( m b h 反应) 3 1 1 3 叔膦催化下活化烯或炔的m i c h a e l 加成反应8 1 1 4 叔膦催化下共轭不饱和炔异构化为共轭二烯9 1 1 5 叔膦催化下炔或丙二烯衍生物的c 【或丫位亲核加成反应1 l 1 1 6 叔膦催化下炔或丙二烯衍生物的 3 + 2 】环加成反应“1 3 1 1 7 叔膦催化下炔或丙二烯衍生物的 4 + 2 】环加成反应1 5 1 1 8 其它膦催化下丙二烯衍生物的反应1 6 1 1 9 小结1 7 1 2 工作设想及思路1 7 2 实验部分 2 1 仪器与试剂1 9 2 2 催化剂和反应底物的制备：1 9 2 2 1 化合物1 ，3 ，5 一t r i a z a - 7 - p h o s p h a a d a m a n t a n e ( p t a ) 的合成1 9 2 2 2 催化齐i j ( m e 2 n c h 2 ) 3 p 的制备j ：1 9 2 2 3 丙二烯衍生物的制备2 0 2 2 4 水杨醛衍生物的制备2 0 2 2 5n 磺酰亚胺的制备2 l 2 3p t a 催化下醛与活化烯烃的m b h 反应2 l 2 3 1p t a 催化下醛与丙烯酸乙酯或正丁酯的m b h 反应2 1 2 3 2p t a 催化下醛与甲基乙烯基酮的m b h 反应2 3 2 3 3p t a 催化下醛与2 环戊烯酮的m b h 反应2 4 i v - 2 3 4 2 3 5 2 3 6 2 4 ( m e 2 2 5 ( m e 2 n c h 2 ) 3 p 催化下甲基乙烯基酮、丙烯酸乙酯的自聚反应3 0 2 5 1 甲基乙烯基酮的自聚反应：3 0 2 5 2 丙烯酸乙酯的自聚反应3 0 2 6p t a 催化下2 ，5 二硝基苯甲醛与活化烯烃的特殊反应：3 l 2 6 1 与甲基乙烯基酮的特殊反应3 1 2 6 2 与丙烯酸酯或丙烯酰胺的特殊反应3 2 2 7p t a 作用下的丙二烯酸酯或炔酯与取代水杨醛的反应3 2 2 7 1p t a 催化的取代水杨醛与2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应3 2 2 7 2p t a 参与的取代水杨醛与丁炔二酸二甲酯的反应3 4 2 8p p h 3 作用下取代水杨醛与丙二烯酸酯的反应3 5 2 8 1p p h 3 参与的取代水杨醛与2 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应i 3 5 2 8 2p p h 3 催化的取代水杨醛与4 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应3 6 2 8 3p t a 催化的取代水杨醛与4 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应3 8 2 9 叔胺催化的丙二烯或炔衍生物与取代水杨醛的反应3 9 2 9 1d m a p 催化的取代水杨醛与4 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应3 9 2 9 2d a b c o 催化的取代水杨醛与2 炔丁二酸二乙酯的反应4 1 3 结果与讨论 3 1p t a 催化下的m b h 反应4 3 3 1 1p t a 催化的醛与丙烯酸酯的m b h 反应4 3 3 1 2p t a 催化的醛与甲基乙烯基酮的m b h 反应4 4 3 1 3p t a 催化的醛与2 环戊烯酮的m b h 反应4 4 3 1 4p t a 催化的醛与丙烯酰胺的m b h 反应4 4 v 目录 3 1 5p t a 催化的醛与丙烯醛的m b h 反应4 5 3 1 6p t a 催化的n 磺酰亚胺和甲基乙烯基酮或丙烯酸乙酯进行a z a - m b h 反应4 5 3 1 7 小结；4 5 3 2p t a 与其它n ，p 有机催化剂催化m b h 反应活性的比较4 6 3 2 1p t a 与h m t 催化m b h 反应活性的比较- 4 6 3 2 2p t a 与( m e 2 n c h 2 ) 3 p 催化m b h 反应活性的比较4 7 3 2 3p t a 与其它结构相似的n ，p 催化剂的活性比较4 7 3 2 4n ，p 亲核催化剂的催化活性与亲核性大小的一致性5 0 3 2 5 小结5 1 3 3p t a 催化下取代水杨醛与2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应5 l 3 3 1p t a 催化下取代水杨醛与2 ，3 丁二烯酸乙酯的反应5 1 3 3 2 小结5 4 3 4 膦参与下取代水杨醛与2 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的烯化反应5 4 3 4 1 取代水杨醛与2 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的烯化反应5 5 3 4 2 小结5 6 3 5 取代水杨醛与4 甲基2 ，3 丁二烯酸乙酯的关环反应5 6 3 5 1p p h 3 催化下的关环反应5 6 3 5 2p t a 参与下的反应_ 。5 7 3 5 3d m a p 催化下的关环反应一5 8 3 5 4 催化剂碱性与亲核性对反应化学选择性的影响- ：5 8 3 5 5 小结_ ：5 9 3 6 取代水杨醛与丁炔二酸二酯的反应5 9 3 6 1p t a 参与下取代水杨醛与丁炔二酸二甲酯的反应5 9 3 6 2d a b c o 催化下取代水杨醛与丁炔二酸二乙酯的反应6 0 3 6 3 小结6 0 4 结论- 6 1 5 参考文献6 2 v 1 5 化合物4 3 a 的1 hn m r 和1 3 c n m r 7 2 6 化合物4 5 b 的1 hn m r 和1 3 c n m r _ ：7 3 7 化合物4 8 e 的1 h n m r 和b c n m r 7 4 致谢7 5 v i i 选题依据 1 选题依据 1 1 文献综述 传统的有机合成化学工业在生产人们所需要产品的同时，也常常产生了大量 无用甚至有害的副产物，这些有害物质对人类赖以生存的环境和人类健康造成了 严重的影响和危害。要从根本上解决这个问题，必须实现化学生产工艺的绿色化， 其中的一个重要途径就是将生产工艺建立在高效、高选择性的化学转化上，高效 的催化反应是实现这种化学转化的主要手段，因此，寻找高效、高度原子经济性 的催化反应是实现化学工艺绿色化的重要途径，深受当代化学家们的重视l i j 。 通常，催化反应主要指金属催化或酶催化下的化学转化。然而，在最近1 0 年来，由纯粹的有机小分子( 不含金属原子) 催化下的化学反应愈来愈受到人们 的重视，以致有机小分子催化( 简称有机催化) 已发展成为当今催化领域中的一 个重要分支，越来越多的高效、高选择性的有机催化反应的出现，也揭示出这是 有机合成化学中具有重要发展潜力的研究领域。目前，有机催化方面的研究主要 集中在不对称交叉羟醛缩合反应、烷基化反应和其它碳碳键形成反应，以及氧化 反应和杂官能化反应等方面【2 1 。随着反应条件的改善及反应的原子经济性和选择 性的提高，有机小分子催化下的反应正成为有机合成中构建复杂分子的重要手段 【l 】 o 目前，研究最多的有机催化剂按其作用机制可以归纳为如下四类：l e w i s 酸、 l e w i s 碱、b r o n s t e d 酸及b r o n s t e d 碱f 3 】，其中，l e w i s 碱催化剂是最重要的一类， 主要包括亲核性的n ，p 有机催化剂，通过杂原子( n ，p ) 的孤对电子参与反 应，因此，亲核性有机催化是目前有机催化研究中的一个热点。n 、p l e w i s 碱 催化剂主要为叔胺和叔膦类化合物。与叔胺类化合物相比，叔膦化合物具有更强 的亲核能力，同时具有相对较弱的碱性，且亲核性和碱性随着分子中烷基被芳基 取代而减弱。在需要高亲核性催化剂的反应中，叔膦的催化活性常常较叔胺高， 因此，亲核性的叔膦催化剂在有机催化中具有不可替代的作用。 有机磷试剂在有机合成中具有十分广泛的用途，从磷叶立德的w i a i g 烯化反 应到磷参与下的s t a u d i n g e r 和m i s t u n o b u 反应，从大量用作为金属有机络合物 的配体【4 】到如今直接作为有机催化荆，都无不证明了这一点。在2 0 年前，叔膦 作为有机催化剂报道的例子很少，但在最近1 0 多年内，叔膦催化下的新反应例 子越来越多的出现，如：叔膦催化下的m i c h a e l 加成反应，m o r i t a - b a y l i s h i l l m a n 反应( 简称m b h 反应) ，【3 + 2 】环加成反应等。目前，亲核性膦催化下有机合成反 1 选题依据 应已成为有机化学领域的一个研究热点，引起了广泛的关注。我们的主要兴趣在 于亲核性叔膦催化剂作用下的碳碳键形成新反应的研究，本论文首先将主要回顾 一下叔膦有机催化剂作用下的碳碳键形成反应研究背景，着重介绍叔膦作为亲核 性有机催化剂催化下的碳碳键形成反应。 1 1 1r a u h u t c u r r i e r 活化烯的二聚反应 早在1 9 6 3 年，m o r i t a 和r a u h u t 报道了叔膦催化活化烯烃二聚反应1 5 】o 首先 叔膦亲核进攻活化烯，形成两性离子中间体，然后亲核性的碳负中心进攻另一分 子活化烯，形成新的两性离子中间体，最后通过分子内氢迁移和膦催化剂的消除 形成烯烃的二聚。反应底物活化烯主要为带有拉电子基团的单取代烯，催化剂可 以是三烷基或三芳基膦。 2 夕入e w g p ( a l k y l ) 3o rp ( a r ) 3 e w g = c n c 0 2 r 1 9 7 0 年，m c c l u r e 6 】将此烯烃二聚反应扩展至不同活化烯之间，报道了丙烯 酸酯和丙烯腈的交叉偶联反应，但收率只有4 8 ，各自底物的二聚产物达2 2 2 5 ，很显然，分子间的交叉偶联缺少必须的化学选择性。如何提高分子间交叉偶 联的收率，避免底物自身的二聚，一直是阻碍这一反应进一步发展的主要问题。 最近k r i s c h e 和r o u s hf 7 1 发现分子内的偶联具有合成上意义。 p h n ：= 1 n = 2 1 0m 0 1 p b u 3 e t o a c ，5 0 c 8 6 1 0m 0 1 p b u 3 e t o a c 。7 6 7 7 7 9 p h p h m e + 5 0 ：5 0 8 8 ：1 2 在此反应中，叔胺类催化剂( 如d a b c o ，d b u ，e t 2 n h ，d m a p ) 没有活 性；而亲核能力弱的p p h 3 也不能催化该反应，大体积的三环己基膦的催化活性 也较差，只有强亲核性的小分子烷基膦的催化活性很好。目前反应主要应用于分 子内的偶联反应。炔或烯烃底物的分子间的二聚可以通过降低反应物的浓度来避 免，同时质子性溶剂比非质子性溶剂有利于反应。f r a n k 8 】利用分子内的交叉偶 联反应，成功合成了( 一) 一s p i n o s y n ，在立体中心以9 5 ：5 的非对映选择性完成关环 2 选题依据 反应。 1 1 2m o r i t a - b a y l i s - h i l l m a n 反应( m b h 反应) 严k 、 m b h 反应最早见报于1 9 6 8 年m o r i t a 等人发现的三环己基膦催化活化烯与 醛之间的反应一j 。稍后，在1 9 7 2 年的一篇德国专利中，b a y l i s 和h i l l m a n 1 0 】首次 报道在叔胺的催化下，活化烯的0 【位与碳亲电试剂简单而又方便地合成了具有多 官能团的产物，它是合成许多复杂分子的关键合成中间体】，因此，这一反应具 有很大的有机合成上的应用潜力。由于经典的m b h 反应存在反应速度慢和缺少 对底物的普遍适用性的缺点，直至上个世纪八十年代，有机化学家们才开始关注 这个反应，并且深入探索着这个重要反应的各个方面【l2 。m b h 反应可以被广泛 的定义为由吸电子基所活化的烯与亲电试剂的偶合。路易斯碱如1 ，4 二氮杂二坏 2 2 2 】辛烷( d a b c o ) 常作催化剂。在形式上，该反应等同于在醛上加一个乙烯基， 形成仅一甲叉基一d 一羟基羰基衍生物。 r 儿xr ，+ e 怕 p 、no r g a n o c a t a l y s t s 器吣 v i n y la n i o r 目前有关m b h 反应的研究主要集中在以下三个方向上：开发新的催化剂， 提高反应速度和选择性；拓宽底物的范围；推广其在有机合成中的应用。 d r e w e s0 3 1 等诸多小组对m b h 反应机理进行了深入的研究，并提出了如下 个已普遍接受的反应机理： 3 一 x o 产 h o = r as 选题依据 h o 7 x e r 3 1 o r 3 芑八办xe ，协x 3 s t e pi v s t e pi i o x + r 3 e r 1 c h o 4 o x 6 5 e r 3 ：po rno r g a n o c a t a l y s t s 在此催化循环中，首先是亲核催化剂1 与活化烯2 的亲核加成形成了烯醇盐 中间体3 ，然后3 通过羟醛缩合反应与亲电试剂4 形成中间体5 ，最后经质子的 分子内迁移产生中间体6 ，并通过e 2 或e 1 c b 机制消去催化剂，形成m b h 反 应产物7 。动力学研究表明，羟醛缩合步骤为该反应的主要决速步骤；同时，催 化剂的亲核能力决定了能否有效地产生烯醇盐活性中间体，从而决定了催化剂的 活性。 到目前为止，能参与m b h 反应的活化烯底物主要有丙烯酸酯、丙烯腈、乙 烯基( 甲) 酮类、苯基乙烯基硫砜、乙烯基磺酸苯酯、乙烯基磷酸酯、丙烯醛、丙 二烯酸酯等【1 4 1 ，近来还有硫代丙烯酸酯的报道【睁17 1 。常用的亲电试剂包括各种 醛( 脂肪醛、芳香醛、仅，p 不饱和醛) 【14 1 。此外还有0 【位有吸电子基团的酮【1 8 乏3 1 、 亚胺 2 4 2 8 1 、偶氮化合物等。 在m b h 反应中，研究最多的有机催化剂主要有三类；1 n 有机催化剂，主f 要包括天然的氨基酸及其衍生物和叔胺类化合物( 如：d a b c o ) ；2 p 有机催化 剂，主要包括低价的烷基膦，芳基膦及亚磷酸酯，亚磷酰胺；3 s 有机催化剂， 主要包括硫脲类化合物。目前有关催化剂的研究主要是n ，p 有机催化剂，有关 s 催化剂的研究相对较少。在此，我们主要总结叔膦催化的m b h 反应。 单纯的烷基膦最早发现具有催化m b h 反应的活性。1 9 6 8 年m o r i t a 等发现 在三环己基膦的存在下，醛与活化烯反应形成了多官能团分子【3 0 】。1 9 6 9 年，m o r i t a 和t o y o 3 1 】报道了另外一个有趣的反应，即在三环己基膦的存在下，活化烯和富 马酸马来酸酯得到一个有趣的加成产物8 。后来，膦在不同反应中被用作催化剂， 包括醛和活化烯的偶合反应【3 2 - 3 5 4 x = 。仑孑 选题依据 o r r o o 书+ 旷 o r o r o o e v v g 8 e w g = c o o m e c o o h 。c n r = h ，m e b u 溶剂介质在m b h 反应中存在较大的影响。t a n g 等人【3 6 】发现，在p p h 3 催化 芳香醛和丙烯腈或丙烯酸酯的反应中，水的存在可以导致反应显著的加速，在较 短的时间内和较低的温度下得到较高的产率。 o 。2 n o c 叭产。毗 p p h 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一i t h 2 0 1 ，4 - d i o x a n e 3 5 h ，5 8 0 2 n o ho o c h 3 l e a h y 等人【3 7 1 研究了不同叔膦催化的丙烯酸甲酯与乙醛的m b h 反应，发现 p b u 3 是最有效的催化剂，以较高的收率获得m b h 加成产物，而又避免了醛自身 的羟醛缩合副产物。与叔胺催化剂相比，亲核性强而碱性较弱的三烷基膦更适合 脂肪醛的m b h 反应。同时，强催化活性使p b u 3 可以催化难以发生的分子内m b h 反应【3 8 1 。 m er 音叶哑m e oo n - b u 3 p ，c h c l 3 p h oo h n = 0 2 0 n = 1 7 5 三烷基膦因其具有更强的亲核能力，在多数情况下比三苯基膦更能有效的催 化m b h 反应，但其缺点是易被空气氧化而难以从产品中洗脱出来。有报道表明 二烷基联苯基膦在空间体积和亲核性上与单纯的三烷基膦相似，但在空气和潮湿 的环境之下明显更稳定【”】。由此，l e a d b e a t e r 等人【4 0 】尝试了对空气稳定的二叔丁 基一2 联苯基膦和二环己基2 联苯基膦催化苯甲醛和丙烯酸甲酯的反应，以较低 的产率获得了m b h 产物( 6 3 6 ) 。 9 洲。+ c 0 2 m e c a t - o h p ( b u ) 2 , p ( b u ) 2 c 0 2 m ec a t s h i 和x u 【4 1 】等人研究了多种叔膦催化环状不饱和酮与醛或n 一磺酰亚胺的 5 选题依据 m b h 反应，发现在p b u 3 催化下，反应在以较高收率给出正常的m b h 加成产物 外，常常伴随着少量的非正常的副产物。以光学纯的n 一亚磺酰基亚胺代替磺酰 亚胺与2 环戊烯一1 酮反应，在二甲基苯基膦催化下，可以以较高的立体选择性 地( d e ：7 6 - - 一8 6 ) 得到正常的加成产物【4 2 1 。他们的研究还揭示了多种叔膦能够 很好地催化多种0 【，b 不饱和羰基化合物的a z a - m b h 反应【4 3 1 。 r 员h + 凸旦：+ 糊i 搭r h 5 9 8 4 p b u 3 ( 2 0m 0 1 ) 0 - 2 4 s y n a n t i = 6 6 ：3 5 7 0 ：3 0 oo on h t s i t s e n d o t s e x o 凸0 0 弘, o hr 詈o h n r 岳1 0 j o + o h n r - k e e k 等人【4 4 1 报道了p m e 3 催化不饱和硫代酯的分子内m b h 反应，但底物对 包括溶剂在内的反应条件非常敏感。 o 人仰s e ，o s e t t p m e 3 ，c h 2 c 1 2 r t s e l o i h o 锨 8 0 o ho o h n 泪s e 83807 5 3 3 在m b h 产物形成中存在新手性中心的生成，不对称m b h 反应因此也引起 了人们的重视。z h a n g - 等j k 4 5 】尝试了如下结构的手性膦试剂( 9 1 1 ) 作为m b h 反应的催化剂，但未能获得好的不对称诱导效果( 2 1 9 e e ) 。 6 - 。 + h 选题依据 三n 囝 b n 弋蚶 二旬9 谢旬 91 0 l l 具有联萘结构的手性膦试剂1 2 在a z a - m b h 反应中表现出很好的对映选择性 ( 7 0 9 4 e e ) 1 4 6 1 。其他手性膦催化剂( 1 3 1 6 ) 在多种底物的不对称a z a m b h 反应中，同样有良好的活性【4 7 1 。 。 。：n y 舀札 r p p h 2 r = o m e ，e t ，p p h 2 ，s h 1 3 1 2 f 1 0 m 0 1 ) t h f 一3 0 1 2 o rm s4 a 。0 2 n h t s o n 膨廿 9 4 * , e e f c ( r ，r p ) 1 2 o h p p h 2 令f ep p h q 再 、 ( s ，印 1 4 1 5 1 6 与叔胺不同，叔膦化合物的磷手性在室温下可以保持。r o t h 等人【4 8 】手艮道了 如下叔膦催化的分子内m b h 反应，其中手性叔膦1 7 表现出一定的不对称诱导 效果( 1 4 e e ) 。 m e 为提高m b h 反应的速度和立体选择性，加入共催化剂的方法被证明是行之 有效的。常用的共催化剂包括b r o n s t e d 酸和l e w i s 酸。i k e g a m i 4 9 】等人报道了三 丁基膦与醇或酚可共催化m b h 反应，在联萘二酚( b 1 n o l ) 的共催化下得到了高 产率和较快的反应速度，b i n o l 起到了b r o n s t e d 酸的作用，活化了醛和烯的羰 基。他们还用手性钙化合物r c a 和b u 3 p 一起催化环戊烯酮与苯丙醛的反应， 得到了中等产率( 6 2 ) 和中等e e ( 5 2 e e ) 值的产物。 7 q + 选题依据 o 以h + o ( r ) - c a b u 3 p 争c a r c a s c h a u s 等人【5 0 】报道了具有b i n o l 结构的手性b r o n s t e d 酸与p e t 3 共催化环 己烯酮与醛的反应，获得了很好的不对称催化效果( y ：7 1 7 2 ，e e ：9 6 ) 。 l e w i s 酸，如：t i c l 4 、z r c l 4 、b c l 3 和某些金属络合物，也是有效的共催化 剂 5 1 - 5 3 】。a d o l f s s o n s q 等人报道了苯甲醛、磺酰亚胺和丙烯酸甲酯在 p p h 3 l a ( o t f ) 3 的催化下发生a z a m b h 反应，得到了中等的产率和选择性。 p p h 3 l a ( o t f ) 3 t s 、n hoo ho p h v 眺v 眺 5 0 1 0 v e r k a d e 5 4 】发现了新型的三配位磷化合物1 8 与四氯化钛共同催化的m b h 反 三ar丫oharcho+cn r 、r 删卯佃j 。 三a r 洲n 、 黟； m i c h a e l 加成反应是有机合成中构建碳链的重要方法。通常，该反应是在强 碱，如：烷氧基负离子作用下进行【55 1 ，强碱首先夺走碳原子上的酸性氢形成稳 定的碳负离子，然后与活化烯烃发生加成反应。然而，具有强亲核性和弱碱性的 叔膦也可以催化活化烯、炔的多种m i c h a e l 加成反应，其反应机制与强碱催化剂 不同。 1 9 7 3 年，矾i t e 和b a i z e r 5 6 1 发现叔膦可以催化2 硝基丙烷与丙烯酸酯，丙烯 腈，甲基乙烯基酮发生m i c h a e l 加成反应。所用的催化剂( 如p b u 3 ，p p h 3 ，p p h m e 2 ， p p h 2 m e ) 均为弱碱性，他们认为起催化作用的是叔膦的亲核性而不是碱性，并提 出如下反应机理： 8 hnt mo q h o ： ，。p 选题依据 p r 3 + 庐e w g 二r 殳只e w g v j 厂 f 0 2 n 墨求 o + r 3 p 沙e w g 叔膦亲核进攻活化烯形成内翁盐，内黠盐作为碱夺走硝基丙烷碳原子上的酸 性氢形成碳负离子，碳负离子亲核进攻另一分子的活化烯完成反应。其它含酸性 氢的底物，如：c h 3 n 0 2 ，c h 2 ( c 0 2 m e ) 2 ，c h 2 ( c o m e ) 2 ，p h 2 c h c n 也能发生该 反应。 最近，t o s t e 和b e r g m a n ，7 】报道了叔膦催化的醇和水与活化烯的m i c h a e l 加 成反应。3 1 p n m r 检测到d 膦正离子酮与烷氧基负离子的离子对，实验还发现叔 胺不能催化该反应，这也证明了叔膦是亲核性催化剂而不是碱性催化剂。当丙炔 酸甲酯与硫醇反应【5 8 】时，则得到两分子硫醇与一分子丙炔酸甲酯发生两次 m i c h a e l 加成反应的产物1 9 。 艮- - l e w g 一= - - - - c 0 2 m e 5 m 0 1 p m e 3 r 2 0 h 2e q u i v s r s h 1 0 2 0 p b u 3t h f o r 2 r 八 e w g 陷r c 0 2 m e s r 1 9 1 9 9 3 年，i n a n a g a 5 9 】等发现叔丁基膦催化的一级或二级醇与丙炔酸甲酯的 m i c h a e l 加成反应，得到较好的收率，反应机理如下： 一c o z r o 一涨 o ；气 c 0 2 m e p b u 3 + 三- - c 0 2 m e b u 3 q 眦k 叫e 嗡 + 一p ：! = b u s 弋a + 口二 一鼬3 v c 。