（有机化学专业论文）肟在有机合成中的一些应用.pdf

摘要 摘要 肟是一类重要的有机中间体，可以用来制各胺、酰胺、嗯唑( 异嗯唑) 、吡啶、硝 酮、腈、肟醚等化合物。本文按照反应类型，综述了近几年来肟在有机反应诸如脱肟、 还原、脱水、贝克曼重排和醚化等反应中的应用进展。 主要研究了以蒙脱土k i o 固载氯铬酸铵为氧化剂在二氯甲烷中氧化酮肟、超声辐射 下一锅法由肟合成芳甲基乙酰胺和以氨基磺酸与氯化锌共催化酮肟在乙腈中的 b e c k r n a n n 重排。与文献报道的方法相比，后处理操作简单、反应时间缩短、反应产率 提高。 关键词肟脱肟超声辐射芳甲基乙酰胺b e c k m a n n 重排 a b s t r a c t a bs t r a c t o x i m ei sav e r yi m p o r t a n ts y n t h e t i ci n t e r m e d i a t ef o rt h ep r e p a r a t i o no fa m i n e s ，a m i d e s ， o x a z o l e s ( i s o x a z o l e s ) ，p y r i d i n e ，n i t r o n e s ，n i t r i l e sa n do x i m e - e t h e r s i nt h i st h e s i s ，s o m e a p p l i c a t i o n so fo x i m ei nt h eo r g a n i cs y n t h e s i sw e r er e v i e w e di nr e c e n ty e a r sa c c o r d i n gt o k i n d so ft h eo r g a n i cr e a c t i o n s o x i d a t i v ed e o x i m a t i o n o fk e t o x i m ew i t ha m m o n i u mc h l o r o c h r o m a t e ( a c c ) m o n t m o r i l l o n i t ek ioi nd i c h l o r o m e t h a n e ，o n e - p o ts y n t h e s i so fb e n z y l a c e t a m i d ef r o m o x i m eu n d e ru l t r a s o u n di r r a d i a t i o na n dt h eb e c k m a n nr e a r r a n g e m e n to fk e t o x i m ec a t a l y z e d b ys u l f a m i ca c i da n dz i n cc h l o r i d ei na c e t o n i t r i l ew e r es t u d i e d c o m p a r e dt ot h er e p o r t e d m e t h o d s ，t h em a i na d v a n t a g eo ft h ep r e s e n tp r o c e d u r ei ss i m p l ew o r k u pp r o c e d u r e ，s h o r t e r r e a c t i o nt i m ea n dh i g h e ry i e l d k e y w o r d s o x i m ed e o x i m a t i o nu l t r a s o u n di r r a d i a t i o n b e c k m a n nr e a r r a n g e m e n t b e n z y l a c e t a m i d e i i 河北大学 学位论文独创性声明 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的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，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 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使 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 明并表示了致谢。 作者签名：童垫遗日期：趔年墨月上日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 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。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密日 ( 请在以上相应方格内打“ ) 保护知识产权声明 本人舯请河北大学学位所提交的题目为( 蟛菇琉渺分耐易，一昭棚 的学位论文，是我个人在导师喀从) 指导并与导师合作下取得的研究成果，研 究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完 成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行 政法规以及河北大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反 本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人：，童丛渣日期：丛豳f _ 年旦月上日 作者签名： 导师签名： 盏认涛日期：咀年l 月l 日 日期： 年鱼月二日 引言 己l 吉 ji目 肟一般为结晶固体，有确定的熔点，容易分离和纯化，常用于醛或酮的鉴定与提纯。 肟作为一种重要的有机反应中间体【1 1 ，可以用来制备胺【2 】、酰胺【3 1 、噫唑( 异嗯唑) 【4 】、 吡啶f 5 1 、硝酮【6 1 、腈7 1 和肟醚【明等化合物。肟类化合物大多具有优良的杀虫、杀菌、除草、 抗植物病毒活性，不少品种还具有高效、低毒、低残留等优点，在研发中常被选为有效 的活性基团，受到医药和农药行业的广泛关注 9 1 。 肟作为羰基的一种保护形式，在许多条件下能保持稳定。肟也可从其它非羰基化合 物转化而来【i o 】，经过脱肟反应转变为羰基化合物成为醛酮的合成方法之一。 论文综述了近几年来肟在有机合成反应中的应用进展，对照了超声辐射与传统搅拌 下蒙脱土固载氯铬酸铵( mk 1 0 a c c ) 的氧化脱肟效果，利用超声辐射缩短反应时间、提 高反应产率的特点，由肟一锅法合成了芳甲基乙酰胺，以氨基磺酸和氯化锌共同催化酮 肟的b e c k m a n n 重排，均取得了预期的效果。 河北大学理学硕士学位论文 第1 章肟在有机合成中的应用进展 肟一般为结晶固体，具有确定的熔点，容易分离和纯化，常用于醛或酮的鉴定与提 纯。有些肟还可与金属离子形成稳定的络合物【1 1 1 ，用于金属离子的分离、提纯及含量测 定 1 2 1 。肟作为一种重要的有机反应中间体1 1 ，可以用于制备胺 2 1 、酰胺t 3 、嗯唑( 异嗯 唑) f 4 】、吡啶【5 1 、硝酮 6 1 、腈7 1 和肟醚【8 1 等化合物。肟类化合物大多具有优良的杀虫、杀 菌、除草和抗植物病毒等活性，不少品种还具有高效、低毒和低残留的优点，在新药的 研发中常被选为有效的活性基团，受到医药和农药界的广泛关注【9 】。随着肟类药物的迅 速发展，肟在有机合成中的应用日益引起人们的研究兴趣【1 3 1 。 2 0 0 6 年，o a m o v s k i i 和k u k u s h k i n 从金属催化的角度对肟的脱肟，脱水和b e c k m a n n 重排等反应及其机理作了详细的叙述与总结【1 4 1 。这里，按照肟的反应类型，介绍近几年 来肟在有机合成中的一些应用。 1 1 脱肟反应 肟比较容易生成且产率高，在许多条件下稳定，广泛的用于羰基化合物的保护与纯 化1 5 1 。肟还可以由其它非羰基化合物转化而来【1 0 1 ，经过脱肟反应转变为羰基化合物而成 为新的合成醛或酮的方法之一。因此，多年来化学家们对脱肟反应的研究兴趣有增无减 0 6 o 脱肟反应通式如下所示( s c h e m e1 ) ： s c h e m e l 根据所用试剂的性质脱肟方法分为五类：( 1 ) 水解脱肟；( 2 ) 还原脱肟；( 3 ) 氧化脱 肟；( 4 ) 电化学脱肟；( 5 ) 生物化学脱肟。 1 1 1 水解脱肟 正己烷溶液中，酮肟在m g ( h s 0 4 ) 2 与湿硅胶( s i 0 2 】也o = 5 0 w 厂帅催化下于室温搅 拌3 0 3 0 0m i n ，得到相应的酮，收率9 0 9 6 1 17 1 。改用z r ( h s 0 4 ) 4 作催化剂，反应2m i n - - 4 5 2 心 。八2 r 洲、 n 儿 1 r 第1 荦肟在有机合成中的应用进展 h ，可以得到8 0 9 2 的脱肟产物【1 8 】。两种方法都可以将腙和半卡巴腙转化为相应的羰基 化合物。 d e 1 9 1 报道以s i b r 4 为催化剂，肟在硅胶存在下于四氯化碳中进行水解脱肟。芳醛肟 和脂肪酮肟在室温反应1 6 - 6 0r a i n 就可得到8 5 9 0 的脱肟产物；而芳酮肟则需要在回 流条件下反应2 2 0 - 2 8 0m i n 才可达到8 3 8 9 的收率。该法同样也适用于腙和半卡巴腙 再生为相应的羰基化合物的反应。 室温下，以三甲基磷和2 ，2 一邻二毗啶二硒( p y s e s e p y ) 为催化剂，酮肟于四氢呋喃中 搅拌先生成亚胺，然后进行水解脱肟，收率9 0 - 9 9 2 们。该法的特点是收率高，可适用 于不饱和( 芳香结构除外) 酮肟的转化。可能的反应机理( s c h e m e2 ) 为： n h 3h 2 0 么 m e 3 p s e p y p y s e h 卜时。 c h a v a n 等【2 1 1 报道室温条件下醛肟或酮肟在乙醛酸的水溶液中反应1 1 5h 得到 9 2 9 6 的醛或酮。该法具有后处理简单、选择性高、试剂廉价和环境友好等特点。 以杂多酸盐k s c o w 0 4 0 3 h 2 0 为催化剂，将肟于室温下在乙腈的水溶液中搅拌 3 0 1 2 0m i n ，得到7 8 9 5 的羰基化合物瞄】。该催化剂有一定的选择性且可回收利用， 不饱和肟进行脱肟时不会影响双键。 酮肟在1 5m o l l 的磷酸水溶液中于9 5o c 下反应3 - 6h ，可水解成相应的酮，收率 为8 3 9 3 ，但相同条件下醛的收率仅为8 2 0 t 2 3 1 。 g o g i o - 等 2 4 1 报道肟于2 5 4 0o c 在1 2 s d s h 2 0 体系中反应2 5 8 2h ，可以得到6 5 9 0 河北大学理学硕士学位论文 的羰基化合物。反应中，表面活性剂十二烷基磺酸钠( s d s ) 可与碘形成胶束，碘又可以 催化碳氮双键裂解，因此极大的促进了反应。其反应机理如下( s c h e m e3 ) ： 帅h + 。 n o h 蕊下。h 仙。 水解法脱肟一般在酸性条件下进行，故不适用于含有对酸敏感基团的肟，但对于稳 定的酮肟来说，这类方法比较简单，也容易实施。 1 1 2 还原脱肟 b a l i c k i 等【2 5 】利用t i c l 4 和n a i 于常温下产生的低价钛作还原剂，肟在乙腈中反应 5 1 0m i n ，芳醛的收率9 0 9 7 ，芳酮和脂肪醛的收率为6 3 7 0 。该方法不同于直接仅 用t i c l 3 的还原，反应时无需调p h 值，也无需n 2 保护。 八羰基合钴( c 0 2 ( c o ) 8 ) 在室温搅拌下于- - 7 , 胺的乙醚溶液中可以将肟及肟的衍生 物还原为相应的羰基化合物。m u k a i 等【2 6 1 对反应过程进行了详细的探索，反应的操作步 骤和后处理比较繁琐，收率( 1 1 9 8 ) 大多不高。 d a s 等【2 7 1 报道以硅胶负载的氯化亚锡为还原剂，肟在t h f 中回流6 0 - 9 0m i n ，得到 7 0 8 6 的醛或酮。该反应除具有固载试剂的优势之外，应用的范围也比较广，可以把 肟、缩氨基脲和苯腙在内的多种化合物还原为羰基化合物。 以溴化铋和三( 三氟甲基磺酸) 铋为还原剂，将肟在水、乙睛和丙酮的混合液中回 流，反应无需惰性环境，可以得到6 4 - 8 5 的相应的羰基化合物【2 引。该法条件温和，但 收率不高，肟的空间结构对反应时间影响很大，如二苯甲酮肟需要反应2 2h 才可以得到 7 6 的二苯甲酮。 4 第1 章肟在有机合成中的应用进展 _ _ 一j l i i i i i l _ i _ ii _ _ i i i i ii ii i 1 1 3 氧化脱肟 氧化脱肟作为最常用的脱肟方法之一，引起人们的极大兴趣。微波辐射、固载氧化 剂、离子液体、杂多酸及盐的催化等新技术己应用到氧化脱肟反应中。 1 1 3 1 锰试剂氧化脱肟 s h i n a d a 等【2 川以活性m n 0 2 为氧化剂，在正己烷或二氯甲烷中搅拌脱肟1 5m i n ，醛 或酮收率7 8 9 2 。对于含有不饱和双键的醛肟，其产物的顺反构型保持不变。催化机 理如下所示( s c h e m e4 ) - “p 一r ，甜h 蒋h 。 室温下以氧化铝固载高锰酸钾为氧化剂，使酮肟在丙酮中搅拌1 6h ，可以得到 8 2 9 7 相应的酮。氧化剂对双键不敏感，适用于不饱和肟的脱肟反剧3 0 l 。i m a n z a d e h 等 【3 1 1 使用同样的氧化剂，于5 0o c 下研磨1 5 0 0m i n 得到7 3 9 7 的脱肟产物，并在醛肟 和酮肟同时存在的情况下，有选择的氧化酮肟，而醛肟不被氧化。 在蒙脱土负载氯化锰催化下，醛肟和酮肟在二氯甲烷溶液中于2 0 4 0m i n 内可以被 氧气氧化为7 5 9 5 的醛或酮【3 2 1 。此法对腙和半卡巴腙再生为相应的羰基化合物也同样 适用。 1 1 3 2 铬试剂氧化脱肟 二氯甲烷溶液中，室温下用对甲基吡啶氯铬酸翁盐“p c c ) 氧化脱肟，醛或酮的收 率可达到7 7 9 5 ，但反应需要钆1 3h 【3 3 1 。在吡啶氟铬酸描盐和3 0 h 2 0 2 共同作用下， 肟于零下1 0o c 的丙酮溶液中反应，得到5 4 - - - 9 8 的脱肟产物。芳酮肟反应时间较长， 需要4 6h ；含有给电子基团的醛肟脱肟反应仅需1 0 2 0m i n ，但有过度氧化产物生成 3 4 j 。 p o u r a l i - 等 3 5 1 在回流的乙腈用t b a c ( t e t r a b u t y l a m m o n i u mc h r o m a t e ) 作氧化剂，得到 收率为8 0 9 6 的醛或酮，反应条件温和，操作简单，没有副反应发生。 铬( v i ) 氧化剂的还原物多为焦油状，后处理比较麻烦，而固载氧化剂具有简化操作、 改善反应的选择性、减少或消除环境污染等许多优越的特性，因此固载铬试剂被应用于 河北大学理学硕士学位论文 脱肟反应。 a l i 等【3 6 】用硅胶固载铬酸作氧化剂，肟在二氯甲烷中搅拌1 0 1 5m i n ，醛或酮收率 6 8 9 7 。但肟的空间位阻较大时如二苯甲酮肟则需反应6h ，收率才能达到8 3 。脂肪 醛肟的反应比较复杂，如正庚醛肟经过反应得到醇、酸以及未知产物的混合物。 以a 1 2 0 3 固载氯铬酸铵( a c c ) 为氧化剂，醛肟室温下于环己烷中搅拌1 5 2 5h ，可 得到2 0 , - , 7 9 的醛；相同条件下，酮肟的转化率为7 7 8 5 ，但需要5 “h 的反应时间【3 7 1 。 我们用蒙脱土固载氯铬酸铵在室温下于二氯甲烷中氧化酮肟，反应1 6h ，酮的收率 多数达到9 0 以上；引入超声辐射技术，一些肟的氧化时间明显缩短【3 羽。操作方便，反 应条件温和，铬试剂过滤即可除去，降低了对环境污染。 1 1 3 3 其他氧化剂的氧化 在h 3 p w 6 h 2 0 催化下，肟与f e ( n 0 3 ) 3 和b i ( n 0 3 ) 3 于4 0 4 5o c 研磨1 0 - 1 2 0m i n ，： 得到4 5 9 5 的脱肟产物3 9 1 。室温下于二氯甲烷中，用t s a ( t u n g s t a t es u l f u r i ca c i d ) 催化 n a n 0 2 氧化脱肟，5 1 3m i n 可以得到9 0 9 7 羰基化合物【4 0 l 。此方法条件温和，反应时 间短且收率较高。 以硅胶硫酸为催化剂，m t p p p ( m e t h y lt r i p h e n y l p h o s p h o n i u mp e r o x y d i s u l f a t e ) 为氧化 剂，肟在乙腈中加热回流5 - 3 0s ，得到8 5 9 8 1 拘芳香族羰基化合物【4 1 1 ，反应迅速，时 间较短。但对于苯环上有两个甲氧基的醛肟或甲基上带有卤素的酮肟收率不高( 4 0 ) 。 j a i n 等1 4 2 报道在离子液体中h 3 p w l 2 0 4 0 催化h 2 0 2 的氧化脱肟，反应3 “h ，醛或酮 的收率可达7 1 9 7 。改用 c s h s n + ( c h 2 ) 1 4 c h 3 1 3 p 0 4 w o ( 0 2 ) 2 1 4 3 - ( p c w p ) 作为催化剂 【4 3 】，于3 0o c 在h 2 0 c h 3 c 1 中搅拌6 0 9 0m i n ，收率7 0 1 0 0 。若在反应中加入烯烃或 炔烃，4 0o c 下搅拌3 9h ，除得到3 0 - , - 6 7 的醛或酮外，还得到了5 - 4 6 的异嗯唑或异 嗯唑啉衍生物( s h e m e5 ) 。 hp h 户n r 1 h 2 0 2 。p c w p u ，、u ，、i 0 ，、r 4 = = 。_ h 6 r ，足h + r 泌3 r ，兄h + r 溶r 4 + r 移 第1 章肟在有机合成中的应用进展 无溶剂条件下，肟与h 1 0 4 2 i - - 1 2 0 于室温研磨0 5 - 2 5m i n 可得8 6 - 9 8 的醛或酮【删。 该方法适用性好，不会出现过氧化的现象。 肟与h 2 0 n b p i 烈一b r o m o p h t h a l i m i d e ) 的丙酮溶液在微波辐射下2 3m i n ，可以得到 8 4 9 6 的羰基化合物1 4 5 1 ，底物中带有的羟基和双键不受影响。 l a k o u r a j 等 4 6 】报道肟在a l b e d y s t15 催化下，利用n a n 0 2 于7 0o c 氧化0 7 5 7hn - 7 得 5 0 - 9 8 的相应的醛或酮，可能的机理如下( s c h e m e6 ) ： h 兽 。 n 0 2 + 2 q h ；= 兰ih 一9 一n = o iq 一# h 2 0 + q - n o + 删三r 吊。h 一弁洳r 2 r 2 i k 占一忑o ：- n vl r 1 + _ = o + n - n o h r 2 s c h e m e 6 n20+ h + 用聚乙烯基毗啶( p o l y4 - v i n y l p y r i d i n e ) 载氯化铁作氧化剂，在二氯甲烷中回流4 - 6 h 脱肟，收率可达8 5 9 8 4 7 1 。用c e 0 2 z r 0 2 作催化剂，在8 0o c 无溶剂条件下，利用 t b h p ( t e r t b u t y l h y d r o p e r o x i d e ) 氧化脱肟，反应3 - 1 2h ，芳酮的收率8 0 - 9 4 ，但芳醛的 收率较t k ( 38 ) 1 4 8 1 。 1 1 4 其他方法脱肟 室温下以硅胶负载离子液体( b a c l m b f 4 ) 催化，在丙酮的水溶液中肟与丙酮发生肟基 交换，得到7 3 9 9 1 拘醛或酮【4 9 1 ，选择性可达9 9 ，对环境友好。但反应时间比较u ：( 2 4 7 2 h ) ，试剂价格比较贵，不易于工业化。 用水合硫酸氢钠催化肟与多聚甲醛进行肟基转移反应，室温下研磨1 0m i n ，可得到 7 4 9 5 的相应的羰基化合物【5 0 】。但不适用于立体位阻较大的肟如樟脑肟，二苯酮肟等。 从绿色化学观点出发，环境友好的新型催化剂的丌发和使用，将是今后研究的方向。 7 河北大学理学硕士学位论文 1 2 肟的还原 1 2 1 还原为胺 尤启东等【5 1 1 以p d c h c o o n h 4 为催化剂，芳香族肟在甲醇中回流3 0m i n ，可得到 7 4 9 5 的芳胺。操作简单、反应迅速，且不饱和醛肟中的双键不会被还原。 于6 0o c6 5 乙醇中，以z n c u 催化还原带有吲哚环的肟，可以得到收率6 9 的相 应的胺【5 2 j 。该方法反应温和，吲哚环不会被破坏。 以b e r ( b o r o h y d r i d ee x c h a n g er e s i n ) - n i ( o a e ) 2 为还原剂，芳醛肟在甲醇中于室温搅 拌6 1 3h ，可得到8 1 9 4 的芳胺( s c h e m e7 ) z a l ，该法收率较高，但反应时间较长。 a l b e r n j ( o a c ) 2 产n o h 斗a r c h 2 n h 2 h 7 c h 3 0 h a b i r a j 等【2 川以甲酸铵或氯化铵为催化剂，用锌作还原剂，肟在甲醇中回流反应 4 5 3 4 0m i n ，得到6 0 9 1 的胺。改用镁作还原剂，氮气保护下甲酸铵催化肟于室温反 应3 2 5 5m i n ，得到6 4 - 9 4 的胺【5 3 j 。 1 2 2 还原偶联反应 胡名扬等【5 4 】利用氩气保护，肟在有低价钛( t i c l 4 一z n ) 存在的四氢呋喃中回流4d ， 得到2 1 2 6 的1 ，2 取代乙二胺。而相同条件下二苯甲酮肟却发生还原偶联生成5 8 的 亚胺( s c h e m e8 ) 。 ) 匕= n o h o 5 1 t i c l 4 z n 2 1 0 k 2 c s c h e m e 8 n 6 史达清等【5 5 1 在氮气保护下利用低价钛( t i c l 4 z n ) 还原芳醛肟，于四氢呋喃中回流2 0 h ，生成6 1 7 8 的双希夫碱8 ( s c h e m e9 ) 。 8 第1 章肟在有机合成中的应用进展 i l lmi_n a r c = n 一0 h 7 t i c l 4 一z n t h f s c h e m e 9 若改为t i c l 4 s m 作还原剂，取代苯乙酮肟被还原成8 0 9 1 的取代苯乙酮。对于二芳 酮肟，除得到二芳酮外，还得到胺或希夫碱( s c h e m e1 0 ) 。产物的结构与二芳酮的结构有 关，当反应物为二苯甲酮肟时仅得到希夫碱1 1 ，而取代二芳酮肟却得不到希夫碱，而 是得到二芳酮与胺的混合物5 6 1 。 n o a h 一篇竽竺址星a 产+ 以i s 2 a a c * a f r l 在z n m s o h 或z n t i c l 4 体系中，芳醛肟于室温下在乙腈或四氢呋喃中搅拌反应8 h ，分别得到9 - 7 0 和6 0 9 0 的1 ，2 对称取代7 , - - 胺【5 7 1 。该方法也适用于苯腙的偶联反 应。 1 2 3 还原乙酰化反应 l a s o 等【5 8 】报道硝基烯烃在f e h o a e a e 0 2 体系中回流2 1 0h ，经中间体肟转化为 5 8 s1 f l 勺烯基单取代乙酰胺。在此基础上，b u r k 等【5 9 1 进一步优化条件( 温度不高于7 5 o c ) 在甲苯中用同样的还原体系，可以得到4 0 8 5 的烯基单取代乙酰胺1 4 ( s c h e m e1 1 ) 。 h o a c ，t o l u e n e s c h e m e1 1 n ( h ) a c r 1 r 2 1 4 利用f e t f a t f a a 作还原体系，在6 5o c 乙酸乙酯中还原取代苯乙酮肟可以得到 9 0 9 8 的烯基三氟乙酰胺1 6 。当对位带有给电子基时，收率不高( s c h e m e1 2 ) 6 0 】。 9 r 洲v 。 似儿 d r ，硭h 詈r ，吓3 刘永波等【6 1 】报道了五种芳醛肟先经f e h o a c 体系还原后再用乙酸酐进行乙酰化，苄 基乙酰胺衍生物的收率8 3 9 3 。在还原步骤中，温度控制在3 5 - - - 4 0o c ，温度过高，醛肟 容易发生脱肟反应，温度过低醛肟不易被还原而发生脱水生成腈。 1 3 肟的脱水反应 腈是一类重要的有机化合物，可以作为精细化工原料、医药和农药中间体，广泛用 于有机合成。传统制备方法是由卤代烷与氰化物的碱金属盐反应，由于氰化物的剧毒性 使之应用受到限制。为此，人们研究开发了许多其他的制备途径，其中醛肟脱水( s c h e m e 1 3 ) 是被研究较多的方法之一【6 2 】。 孓n 。h 型! 邀一r c n h 31 7 s c h e m e1 3 i r a n p o o r 等t 6 3 1 报道无溶剂条件下，醛肟与t i c l 3 ( o t d 在密闭管内8 0 。c 下反应1 0h ，可 以得到相应的腈，收率8 5 9 7 ，但反应时间较长。 k a t o a 4 “l 用脱水酶( r h o d o c o c c u ss p s t r a i ny h 3 3 ) 催化醛肟于3 0 。c 反应1 0 18 0m i n ， e - p f l ；啶3 一醛肟收率为9 8 ，但其余肟的收率仅为0 0 6 7 3 。 y 肌g 等【6 5 】报道醛肟在2m 0 1 r u c l 2 0 一c y m e n e ) 2 催化下于8 0o c 反应1 0 - - - 6 0m i n 得 到8 0 9 9 的腈。 利用灿c 1 3 6 h 2 0 k i h 2 0 反应体系，8 0o c 下醛肟在乙腈中反应6 9h ，可得到6 0 9 6 的腈口a l 。该方法可应用于水介质及含有对酸敏感基团的反应，且所用试剂低毒性，低危 险性。 d e w a n 和s i n g h t 6 6 1 以硅胶为催化剂，醛肟经微波辐射1 3m i n ，可得到8 3 9 5 的相应 的腈。此方法简单、高效，所用催化剂廉价易得、无污染。 l n 第1 章肟在有机合成中的应用进展 以c m p i ( 2 - c h l o r o 1 m e t h y l p y r i d i u mi o d i d e ) 3 3 脱水剂，醛肟于室温下在二氯甲烷中 搅拌- 1 - 2h ，得到8l 9 4 的腈( s c h e m e1 4 ) 6 7 】。 r ：删 h 3 c m p i 。e t 3 n c h 2 c 1 2 r t1h 一2h s c h e m e1 4 r c 三n 1 7 无溶剂条件下，c h 3 c o c l 和z n o 共同催化醛肟在9 0o c 下反应1 5 - 4 0m i n ，得到 8 3 9 5 1 约腈【6 8 】。该方法对脂肪肟、芳香肟和带有杂环取代的肟都有较好的效果。 室温下，t s c l e t 3 n s i i c ag e l 催化醛肟在氯仿中反应生成中间产物1 8 ，蒸去溶剂后 经微波辐射l o 1 5s ，可以得到8 2 9 2 相应的腈( s c h e m e1 5 ) 【6 9 1 。 a q x = n o h t s c i ，s i l i c ag e l e t 3 n a qm w 、= n o t s pa r c n 3 1 8 s c h e m e1 5 1 7 b a n d g a r 等 7 0 】用n b s 作脱水剂，醛肟在0o c 氨水中搅拌1 0 9 0m i n ，可以得到7 8 9 6 的腈。该法特别适合于水溶性糖类醛肟的转化。 以高铼酸( p e r r h e n i ca c i d ) 为催化剂，肟在甲苯或1 ，3 ，5 三甲基苯中回流1 - 3h ，可以 得到8 4 9 9 的腈【7 1 】。该法也可以将酰胺脱水生成腈。 z u i d e m a 等【7 2 】用r a n e y 镍作催化剂，醛肟在异丙醇中回流反应5 7 5m i n ，可以得到 2 6 - - 8 9 的腈。对于简单的脂肪族醛肟，收率较高。 室温下，用三乙胺和p h o s p h o r i ca c i dd i e t h y le s t e r2 - p h e n y l b e n z i m i d a z o l 一1 一y le s t e r 作催 化剂，醛肟在乙腈中搅拌2 0 - 7 5m i n ，可以得至l j 9 1 9 8 的芳香族腈和4 5 7 5 的脂肪族腈 【7 3 1 。该方法对于芳醛肟的脱水反应，时间短、收率高。其反应机理如下( s c h e m e1 6 ) ： 河北大学理学硕十学位论文 n p 牟g p k o 寸2 0 e t r - c n + 一b 菇e t s c h e m e1 6 一锅法可以免去中间产物的分离提纯、简化反应操作步骤、提高收率，引起人们的 极大关注，已应用于腈的制备中。 微波辐射下，用无水n a z s 0 4 或n a h c 0 3 催化醛和盐酸羟胺反应1 5 4 5m i n ，分别 得到8 5 9 2 和9 0 9 5 的腈【7 4 1 。两种催化剂相比，n a h c 0 3 的效果稍好些。 m o v a s s a g h 等【7 5 】报道醛与n h 2 0 h h c l e t 3 n 在乙腈中回流2h ，生成醛肟之后，加 入乙二酰氯继续回流1 0 4 8 0m i n ，得到1 0 9 2 的腈。 1 4 肟的b e c k m a n n 重排 通过b e c k m a n n 重排，将酮肟转化为相应的酰胺和环内酰胺是有机化学中的一个重要 反应【7 6 】。b e c k m a n n 重排的通式如下( s c h e m e1 7 ) ： 幻h 喵 r i - p ：, r 2 l 璺皇型! 壁 s c h e m e1 7 r 1 、h 且r 2 1 9 酮肟在( h b 0 2 ) n 催化及氮气保护下研磨均匀后在圆底烧瓶中于1 4 00 c 反应7 4 2h 可以得到6 2 - 9 2 的酰胺。 l u c a 等以2 ，4 ，6 一三氯 1 ，3 ，5 - - 嗪( 2 0 ) 为催化剂，酮肟于室温下在d m f 中反应3 - 2 4 h ，得到6 0 1 0 0 的重排产物7 8 】。若改用乙腈作溶剂，回流条件下反应1 “h ，就可以得 到9 2 9 8 的酰胺。若加入氯化锌作助催化剂，可以缩短一半的反应时间，适用的底物 范围更广、收率更高【3 a l 。 1 2 g + 第1 苹肟在有。机合成中的厦用进展 c i n 丫c i n 丫n c i 2 0 在水合三氯乙醛( c 1 3 c c h ( o h ) 2 ) 催化下，酮肟在1 3 0o c 下反应1 “h 得到6 7 9 5 的重排产物；而在相同条件下，醛肟则生成腈【7 9 】，产率7 3 9 6 。 氨基磺酸催化下，酮肟在乙腈中回流6 8h ，可以得到8 5 - 9 6 的芳香族酰胺，而脂 肪族酰胺的收率仅为4 0 5 9 【8 0 】。该反应中的催化剂廉价、稳定、具有两性离子特性、 可回收利用。我们以氨基磺酸和氯化锌为共催化剂，反应0 7 5 3h 得到了5 7 - - , 9 9 的重 排产物，缩短了反应时间，且收率也有所提高，但是带有强吸电子基如硝基的苯乙酮肟 的转化率仅为1 7 3 0 。 在磺酸氯存在下，酮肟在甲苯中于9 0o c 反应可得4 3 1 0 0 的酰胺；而醛肟在相同 条件下得到9 8 - 9 9 的腈【8 1 1 。 s a r d a r i a n 等【8 2 1 报道以( e t o ) 2 p o c l 为催化剂，酮肟在甲苯中回流5 1 2 0m i n 得到 5 8 9 4 的酰胺，醛肟在相同条件下脱水，得到2 7 - 9 8 的腈，反应机理如下( s c h e m e1 8 ) ： 贞h r 1 r 2 ( e t o ) 2 p o c i t o l u e n e ，r e f l u x n o h r 凡h 伊一p ( o 日) 2 r ，吣：萨c 兰导r ， ( e t o ) 2 p o c i t o l u e n e ，r e f l u x 曰 伊一p ( o e l ) 2 爽 rh s c h e m e1 8 h 扣 o r 2 人n h r l z n c l 2 p t s a ( p t o l u e n e s u l f o n i ea c i d ) 催化芳酮肟在乙腈中回流5h ，可以得到9 0 - 9 7 的酰胺。但相同条件下，脂肪酮肟的转化率较低如环己酮肟的转化率仅为4 0 【8 3 1 。 固载催化剂应用于有机反应，具有易分离、低毒性、热稳定、可重复利用和对环境 友好等特点，m o g h a d d a m 等【8 4 】将肟与硅胶固载的a 1 c 1 3 z n c l 2 置于二氯甲烷中摇匀，蒸 去溶剂后经微波辐射4 5 l lr a i n ，得到2 8 9 3 的酰胺，催化剂可以回收利用，后处理 河北大学理学硕十学位论文 简便。 d o n g a r 等删以硅胶固载m 0 0 3 为催化剂，氩气保护下使酮肟在乙醇中回流1 8h 得 到8 7 9 7 的酰胺；同样条件下三种糖肟也可以得到7 0 8 7 的重排产物。 以s i 0 2 o s 0 3 为催化剂，室温下酮肟在二氧六环中搅拌2 4h ，可以得到7 3 9 4 的 酰胺，醛肟在相同条件下得到4 6 - , 8 0 的腈【8 6 1 。若改用丙酮作溶剂，微波辐射3 “m i n 得到了8 0 9 3 的酰胺【8 7 】。e s h g h i 等【8 8 】则以s i 0 2 o s 0 3 h 为催化剂，经微波辐射5 1 0m i n ， 一锅法由酮与盐酸羟胺反应得到了6 8 9 2 的酰胺。反应所用催化剂硅胶硫酸具有性质 稳定、污染小、对设备腐蚀小和可以回收利用等优点。 离子液体是一种“绿色溶剂 ，能够在较大的温度范围内保持液体状态、在空气和 潮湿的环境中稳定存在，具有良好的溶解性，与许多有机溶剂不互溶、蒸汽压低、容易 循环利用。环己酮肟在离子液体( b m i m t f a 、b m i m b f 4 、b p y b f 0 和p c i 5 或p o c l 3 催化 下，于室温剧烈搅拌2h 得到9 9 的环己内酰胺【8 9 】。在离子液体( b m i m p f 6 ) 中，以p 2 0 5 或e a t o n 试剂( 7 7 p 2 0 5 溶于甲磺酸中) 为催化剂，于7 5o c 反应1 6 2 4h 可得到6 6 9 9 的环己内酰胺【9 0 1 。而改用m b a ( m e t a b o r i ca c i d ) 为催化剂，环己酮肟于9 0o c 下在相 同离子液体中反应3h ，就可得到9 8 1 拘己内酰胺，选择性 9 9 ，反应时间显著缩短9 1 1 。 酮肟在离子液体t i s c ( 2 1 ) 催化下反应3h - 5h ，得到7 8 - 9 0 的酰胺；同样条件下 醛肟脱水得到7 2 8 0 的腈 9 2 1 。 e t - - - n 卉( c h 2 ) 一s 0 2 p f 6 甘 2 1 以p c i 5 为催化剂，使肟在六种离子液体( s c h e m e1 9 ) 中于8 0o c 反应3h ，发生重 排反应，可以得到6 6 8 3 的酰胺9 3 1 。 苷蘩 王洪林和张文嫒9 4 1 以离子液体m c m 一4 8 负载p c i 5 为催化剂，环己酮肟在甲苯中回流 lh ，得到9 8 的己内酰胺。实验结果表明以1 5 离子液体m c m 4 8 作为催化剂载体时， 1 4 p 妒r 第1 章肟在有机合成中的应用进展 皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼寰曼鼍曼皇曼皇曼皇曼毫曼舅曼舅! 篡皇皇曼皇曼曼皇曼曼! 曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼! 皇兰皇曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! i 蔓 效果最好。 c c h 3 c h 2 0 ) 3 s i 一秭c 7 i 2 2 ：m c m 4 8 一锅法进行b e c k m a n n 重排，不需要中间产物肟的分离，可以简化反应步骤，提高 反应收率。s h a r g h i 等嗍以a 1 2 0 3 c h 3 s 0 3 h 为催化剂，在1 4 0 。c 下醛或酮与盐酸羟胺反 应0 确h ，可以得到6 5 9 8 的酰胺，反应不需要中间产物肟的制备分离。 在无溶剂条件下，以z n o 为催化剂，醛或酮与盐酸羟胺于1 4 0 1 7 0o c 下反应l 7h ， 得到6 0 9 5 的酰胺【9 6 】。 酮与盐酸羟胺在氮气保护下，于草酸中1 0 0 1 1 0o c 反应4 , - , 1 2h ，得到6 0 - , 9 6 的酰 胺。若以肟为原料，相同条件下可以得到6 4 - - 9 3 的酰胺9 7 1 。 利用粉煤灰( 6 4 0 3 s i 0 2 ，6 5 0 f e 2 0 3 ，1 5 5 0 a 1 2 0 3 ，4 6 2 c a o ，3 0 0 5 m g o ) 催化酮和盐酸羟胺于4 0 6 0o c 反应7 1 1m i n ，得到6 3 8 4 的酰胺。若采用微波辐射技 术，只需在4 4 - - - 6 2o c 下反应2 3m i n ，就得到了7 5 9 4 的酰胺9 8 1 。该法在减少环境污 染、降低成本、实现工业化等方面都有很大的意义。 尽管贝克曼重排有大量的文献报道，所用的催化剂也多种多样，但处于对环境问题 的关注和绿色化学的发展，高效率、反应温和、环境友好的新试剂、新型催化剂及新的 方法开发仍是今后研究的重点。 1 5 肟的醚化反应 肟醚衍生物在医药及农药上都有着广泛的用途【9 引。由醛或酮与取代的羟胺反应 ( s c h e m e2 0 ) 生成肟醚时，反应比较困难。而通过醛或酮与盐酸羟胺得到肟，肟再与卤代 烃发生s n 2 反应得到目标化合物，合成工艺简单易行，引起人们的关注。 瞅 = o ， r 2 l r 1 、 e n o r r 2 2 4 河北大学理学硕士学位论文 酮肟与取代的苄基卤代烷在甲苯- n a o h 水溶液中用四丁基碘化铵催化，于5 5 6 0o c 搅拌反应蛳h ，肟醚收率5 0 0 7 2 5 1 9 9 1 ；n ( a 氯乙酰基) - n 异丙基( 甲基) 取代苯胺 与苯乙酮肟或取代苯乙酮肟于6 0o c 反应5h ，可得5 5 9 0 的苯乙酮肟醚一酰胺类化合物 2 5 p o o l 。 矿r 电g 一苫r 4 r 1 s h e d g e 等1 0 1 1 报道在5 0 n a o h 黼以p e g 4 0 0 为催化剂，使酮肟与二氯甲烷室温 搅拌1 4 - 2 0h ，得到7 0 9 5 的亚甲基二肟醚，反应时间比较长。我们实验室利用超声辐 射对此方法进行了改进( s c h e m e2 1 ) 【8 引，在n a o h 固体存在下以苄基十四烷二甲氯化铵 为催化剂，反应仅需2 3 5h 即可得到7 1 9 8 的亚甲基二肟醚。由此可见，超声辐射可 使反应时间大大缩短。 r 删+ 吼 r 2 1 n a o h ，p t c s c h e m e2 1 2 6 碱性条件下以c u i 为催化剂，使酮肟与卤代苯在甲苯中回流0 6 2h ，可得到3 0 8 0 的芳基肟醚。以c u i 和三乙胺为催化剂，在二氯甲烷中于室温搅拌2h ，苯环邻位带有卤 素的酮肟可以发生分子内醚化，生成8 0 的吲哚类化合物( s c h e m e2 2 ) 【1 0 2 。 c l 2 7 鱼! 塑：旦塑坐! ! 曼垡 c h 2 c 1 2 ，r t ，2 h s c h e m e2 2 1 6 2 8 第1 章肟在有机合成中的应用进展 曼曼曼蔓曼曼曼皇曼i i i ii i 。i 鼍曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼 室温下，t b p a + ( t r i s ( 4 b r o m o p h e n y l ) a m i n i u m s b c l 6 ) 矛1 1 2 ，6 一d i - t e r t b u t y l p y r i d i n e 催化肟 与乙烯基内酰胺在二氯甲烷中搅拌反应1 0r a i n 可以得到6 l 9 6 的肟醚( 3 1 ) ( s c h e m e 2 3 ) 8 b 。 r 仇h + 。 2 9