（有机化学专业论文）α乙酰基二硫缩烯酮的vilsmeier反应及其在有机合成中的应用.pdf

摘要 4 一羰基二硫缩烯酮类化合物是一类重要的有机合成中间体，源于烷硫基的空间电子 效应赋予了该类化合物化学反应的多样性，从而被广泛的应用于有机合成和天然产物的 合成中。 在我们近期研究口一羰基二硫缩烯酮化学过程中，结合烷硫基对反应的调控作用， 我们课题组又开展了对4 羰基二硫缩烯酮口一位进行官能化的工作，并取得了一些很有 价值的研究成果。其中，尤为重要地是实现了口羰基二硫缩烯酮的咖e i e r 反应，获 得了一系列兼有二硫缩烯酮和烯氯类两类化合物基本结构特征的亚胺盐正离子中间体。 对该类亚胺盐正离子中间体各种性质的研究以及扩展其在有机合成中的应用成为我们 近期的研究工作重点之一。本论文即以此为研究对象，着重讨论了该类亚胺盐正离子中 间体和各种碳亲核体的反应，具体研究内容如下： 本论文以窜一乙酰基二硫缩烯酮为起始原料，通过其l 锄e i e r 反应得到相应的亚胺 盐正离子中间体。然后利用各种碳亲核体与其在碱性条件发生反应来制备相应的共轭多 烯类化合物。该方法具有原料易得、反应条件温和以及实验步骤简单等优点。上述反应 的实现不仅扩展了上述亚胺盐正离子中间体在有机合成的应用，同时也为合成这类含有 多官能团的共轭多烯化合物提供了一个简单有效的方法。 本文共合成了十三个未见文献报道的新化合物，对所得的化合物进行了m 、1 h n n 讧r 、m s 等表征确证。 关键词：口一羰基二硫缩烯酮l s m e i e r 反应亚胺盐正离子碳亲核体共轭多烯 a b s t r a c t 口o x ok e t e n c d i t l l i o a c c t a l sa r ca p 哪i e d 懿t e 璐i v d yi no r g 蛆i cs y n 也e s i s 鹪ak i n do f v 哪a t i l ei i l t e 衄e d i a t e sa n da r ew i d e l ys t u d i e ds i i l c et h es p a c ee k c l r o ne 矗抚t so fa l k y l 也i o 哥o u p s d i l r i n gt h e u 璐eo fo t l r 咖d i c so 也ec h e m i s b 了o f 口一o x ok e t e n e 4 岛a c e t a l s ，t h e a - f i l l l c t i o n a l i z a t i o nr e a c t i o fa - o x ok c t e 矗墨a c 耐sh a sb e d e v c 幻p c d 柚ds o m e v a l u b l er c s u l t sh a v eb e 如o b t a i n e d p a n i c u l a d y as e r i e so fi n t 锄e d i a t e s i m i n i u ms a l t s1w i 也 t h eb 酗i cs t m n u r e so fk e t e 慑璺a c c t a l sa n do l e f m sw c 他呻a r e dv 缸ac o n s e c u t i v e l s m e i e r - h a a c ks t a n i n g mt h ce 硒n ya v a i l i b l e4 a c e t y lk e t e c ? s 孓a c e t a l s 叩d e rm i l d c o n d i t i o n s t og c t 妇i 曲ti n t o 也ep r o p e n y 粕ds y 也e 雠a p p l i 洲so ft h i sl 【i n do fi m i n i u m s a l t si ，t h er c a c t i o no fi m i i l i 啪s a l t sw i t hv a r i o u s 伽m m l d e o p h i l e sw a si n v e s t i g a t e da n d t h em a i l lr e s u n sa r el i s l 嚣da sf 0 u 0 w s t h er 髓c t i o no fi m i l l i u m 豫i t sf o r m e d 胁口- a c e t y lk e t c n ed i t t l i o a c e t a l sa n dv i i s m e i e r r e a g e n t sw i t hv a d o u sc a r b o nn u c l e o p h i l c sw a sc a 耐e do u t 卸dt h e 玎c s p o n d j i l gc o n j u g a t e d p o l y a ：i k c ec o m p o u n d sw e r co b t a 主n e di n9 0 0 dy i e l d s t h i sr 髓c t i h a df o o w i n ga d v a i l t a g e s ： ( 1 ) t h er e a d i l ya v a i l a b l es t a n i n gm a t e r i a l s 柚dc h e a pr e a g t s ；( 2 ) ap r o c c d u r ep r o c e e d c d s m o o t l l l yu n d e rm i l dc o n d i t i o n s t h e 剜h c ，t h em a c 墙d nn o to n l ye x p 姐d e dt h es y n t t l e t i c a p p l i c a t i 衄s0 ft h i s 】【i n d0 fi m i n i u ms a l t si b u ta l s o 舯刚d e daf a c 豇e 衄de 伍c i e n ts y n t l l e t i c p r o o e d u r ef b rt h es y 也e s i s0 f n j u g a t c dp o l y a t k c n 髂 ht h i sp a p c r ，1 3n c w p i o d u c t sw e r es y n t h e s i z 酣柏dc h a 伯c t e f i z e db yi r ，1 hm r ，m s k e y w o r d 鲚口一o x ok e t e n e d n h i o a c c t a l s ；s m e r i c r 他a c t i o n ；血i n i 岫s 畦t ；c a r b o nn u d e o p h i l e ； c 0 面u 删p o l y a l k c 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，也不包含为获得东北师范大学或 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 学位论文版权使用授权书 上2 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制 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：菘鱼丛指导教师签名： 日+ 期：二，彩，g ! 兰，日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：至坚l 空查电话：鲤! ! ! 1 2 通讯地址：番鲨型垄叁! 萱簟眵邮编： 刖置 近年来，d 羰基二硫缩烯酮类化合物与v i l s m e i ”试剂以其多样的化学反应活性受到 了化学家越来越多的重视，在有机合成中尤其是杂坏的合成中得到了j 泛的应用。本文 系统地研究了口一乙酰基二硫缩烯酮类化合物的v i l s m c i e r h a a c k 反应的产物与各种碳亲核 体反应，因此，本前言将分别对它们的研究背景做一简要介绍。 一娃一羰基二硫缩烯酮化学研究进展 自1 9 1 0 年d 一羰基二硫缩烯酮类化合物1 首次被合成以来，其化学反应的多样性已 使其成为有机合成中的一个研究热点，d i e t e r 【1 】，j u j 印p a 【2 】，k d i b p 】和y o k o y a m a 【4 1 分别 对该类化合物的合成、结构及其在有机合成中的应用作过长篇综述。结合我们课题组的 工作，本文将对近几年来一羰基二硫缩烯酮类化合物在有机合成中的应_ i f 及最新进展进 行归纳。 ( 一) 4 羰基二硫缩烯酮的结构特征 s r、s r 1 1 日 r = c h 3 ，q h 5 ，p l l a be l c s c h e m e l 1 b n = l ，2 ，3 口一羰基二硫缩烯酮类化合物l 是一类多官能团的有机化合物，其中r 可以是链式结 构如l a ，也可以是环式结构如l b 。由其结构，我们可将其视为n ，口不饱和羰基化合物 或潜在的口一酮酸( 酯) 类化合物。从l 的结构可看出，碳碳双键困受推( r s ) 一拉( r 2 c o ) 电子作用而被极化，羰碳和p 一位为亲电中心，n 一位为亲核中心。从软硬酸碱角度来考 察亲电中心的软硬度，则羰碳可以看作较硬的亲电中心，舻位可以看作较软的亲核中心 1 5 酊。 从构象分析入手，结合电子效应和取代基之间的立体相互作用，我们可以看出：如 果用2 ，3 ，4 分别表不三类具有代表性的口一羰基二硫缩烯酮的优势构象n 则2 4 中的两 个硫原子都各有一对非键3 p 电子处于和口，p 一不饱和酮结构单元形成p - p 共轭的空间有 利位置，而3 中只有和羰基顺位的甲硫基上的硫原子能形成p _ p 共轭。 利位置，而3 中只有和羰基顺位的甲硫基上的硫原子能形成p _ p 共轭。 2 r r 3 r 1n o th 4 s c h e m e 2 处于羰基顺位的甲硫基上的硫原子一般能形成有效的s c 。2 间的p 中共轭，另一 s c s p 2 闭能否形成有效的p 中共轭取决于r 1 的体积，r 1 的体积越大，p 中共轭作用越小。 两个s c 和问p - p 共轭作用相近时，s 键趋于等长。 从已有的数据l _ 7 卅可以看出，在l 类化合物中，烷硫基的不同及连接方式的差异( 环 与非环、体积大小等) ，r 1 ( 有时乃至r 2 ) 的体积及类型( 芳基、烷基、氢等) 均对s c s 0 2 间的p 中共轭程度产生影响( 有时对c = o 和c = c 问的共轭也产生影响) ，也许正是由于 这些影响因素的存在，影响着这些化合物的反应活性和反应取向，使n 一羰基二硫缩烯酮 成为有机合成中的一类重要的中间体。 ( 二) 口- 羰基二硫缩烯酮类化合物的缩台反应及烷硫基的调控作用。 为扩展口一羰基二硫缩烯酮类化合物的合成与应用，n l l i m c r 及j u n j a p p a 、 n a 等人 首次通过预知结构的酰基二硫缩烯酮5 与芳醛、肉桂醛进行缩合，高产率合成了肉桂酰 基二硫缩烯酮6 【2 l 。 5 e i o n a ，l 雏o h 口 c h 3 仝孵s 衄， 6 r 1 r 2 口羰基二硫缩烯酮与醛、酮的缩合反应可用来增加反应物的共轭链长度，这类化合 物可作为底物，继续反应。近年来，我们课题组对烷硫基结构不同的口一羰基二硫缩烯酮 类化合物与芳醛的缩合反应做了比较深入的研究，得到一系列的口一肉桂酰基二硫缩烯酮 化合物，实验结果如下l l o 1 1 】： 2 r 1 n = 1 ，2r 1 = c h 3 ；p h 7 9 oo t b u o l 妇a b u 0 h r 2 = ；c h = c h ；p h 8 r = p h s p h e t o n 以t o h 1 1 1 4 s c h e m e 4 实验结果表明，烷硫基结构不同对缩合产物有着明显的影响。当烷硫基为甲硫基或 乙硫基时，由于空间电子效应，一般得到烷硫基分解的产物；当烷硫基为苄硫基或正r 硫基时，则得到烷硫基未分解或部分分解产物，这可能是由于这两种基团的空间位阻效 应介于甲( 乙) 硫基和环烷硫基之间造成的；当烷硫基为环烷硫基时，无论环的大小， 均得到环二硫缩烯酮未分解的产物，这可能是由其结构特征和空间电子效应所造成的结 果。 ( 三) 口羰基二硫缩烯酮类化合物作为三碳合成子在有机合成中的应用及烷硫基的 调控作用 作为l ，3 一亲电试剂，n 一羰基二硫缩烯酮类化合物是有机合成中的类重要的三碳合 成子。九十年代以前主要被应用于和金属有机试剂【1 2 】；肼、羟胺、胍等【1 3 - 16 】杂原子 双亲核体发生亲核反应构建五员、六员杂环或经环合芳构化反应合成苯系芳烃及芳杂环 化合物。近年来，这方面工作仍是有机合成中的热点。 1 、与金属有机试剂的反应及选择性 d i e t e r 【1 】和j u n j a p p a 【2 】曾在各自的综述中总结了口一羰基二甲硫缩烯酮类化合物l a 与 试剂的加成反应( s c h e m e5 ) ，实验结果表明反应取向受到试剂中有机基团( r 3 ) 的控 制。 r 3 r 3 = m e ，a l l y l ，m e t h a l l y l ，p r o p p y n y l 1 71 8 s c h 锄e 5 s c h 3 r 3 r 3 = e t ，n p r ，p h ，b n 1 9 我们课题组在研究4 一羰基环二硫缩烯酮加与g r i 驴a r d 试剂的反应时发现：烷硫基 的结构也影响着加成取向。缩醛基为五、六员环时，与上述各种试剂反应只能得到1 ，2 一 加成产物1 1 7 2 烈，而缩醛基为七员环时，其加成取向却与二甲硫缩烯酮相似【2 2 1 ( s c b 哪e6 ) 。 我们从构象分析及金属和硫原子的相互作用的角度对其进行了解释。 r 2 r 1 2 0 jn r 3 m g k - - - - - jn r 1 n = l ，2 r 3 = m e ，e t ，n p r n b u ，a l l y l ， m e l h a l l y l ，p h 2 l s d 坤m e 6 从结构上看，1 可被看作具有l ，3 一位两个亲电中心的口，卢一不饱和羰基化合物，因此 在与g r i 印a r d 试剂等亲核试剂反应时应具有区域选择性。我们在研究化合物1 b 时发现 烷硫基不同，产物不同。缩醛基为五元环的化合物与烯丙基1 2 0 】、炔丙基溴化镁为1 ，2 4 加成，与乙基、丙基溴化镁为1 ，4 一加成产物f 2 4 】，缩醛基为六元环的化合物与上述g r i g t l a r d 试剂反应只得到1 ，2 加成产物【1 7 2 1 2 5 ，2 6 ，2 8 1 ，并发现所需g 啦n a r d 试剂的量为1 ：2 2 时，产率最高，因此我们用形成络合物2 2 来解释此事实：2 2 的形成增加了鼻一碳原子周 围的空间位阻，增加了羰碳原子的正电性，有利于1 ，2 一加成【捌。缩醛基为七元环的化 合物，由于环庚烷优势构象为扭曲椅式，难以形成络合物，柔性较大，加成方式与1 8 相同。 o 口一羰基二硫缩烯酮与其它金属有机试剂的加成反应亦有类似的实验结果。 2 、环合芳构化和取代琊合芳构化 以脂肪族化合物为前体合成苯系芳烃、芳杂环化合物是合成方法学的重要研究内容 【1 ，2 3 0 1 】。上述口一羰基二硫缩烯酮与各种g 啦舛a r d 试剂，尤其是烯丙基【2 0 】溴化镁的反应 产物是环合芳构化和取代一环合芳构化的良好前体。环合芳构化和取代一环合芳构化的通 式可分别表示为( s c b 啪e7 ) ： 1 8 1 b 2 s s c h e m e 7 酸 - r = h ，c h 3 “ z r 酸。h z r z = o r ，s r ，o h 经由口一羰基二硫缩烯酮合成苯系芳烃及芳杂环化合物是其合成应用中的重要内容。 j u i 印p a 等人对口一羰基二硫缩烯酮的环合芳构化和取代一环合芳构化做了系统的总结， 提出其机理【3 1 】并将其应用到稠杂环的合成中。 5 2 7a ，r 1 = p h ：r 2 = h b r 1 = 4 - m e o c 6 h 4 ；r 2 = h c ，r 1 = m e ：r 2 = h d ，r 1 = p h ：r 一= m e e ，r 1 = r 2 = m e r 1 = 2 f i l r y l ：r 2 = h g r 1 = 2 t h i e n y l ；r 2 = h 2 7 h n = 1 i n = 2 j ，n = 3 2 7 k x = h ：n = o i ，x = 琏n = 1 m ，x = m e o ：n = l n ，x = h ：n = 2 2 7 0 n = 1 p n = 2 m e 2 7 s s r - 、 s r ”q 2 7 r s c h e m e9 中盼底物与苄基、烯丙基g 姆a r d 试剂( 或锂试剂) 进行1 ，2 一加成，在 b f 3 e t 2 0 的催化下环合芳构化，可合成具有生物活性的多取代咔唑、毗啶并吲哚类【3 2 1 、 萘1 3 3 】等化合物： 。r 、 、r s m e s m e 2 ) b f 3e t 2 0 ，( ；1 1 6 o m e 1 ) a m g 崎 o m c 2 ) b f 3 e t 2 0 ，c 6 凰 一 ”咖g “g s m eo m e ( 碜r b 河 6 s m e m e r r = c h 3 - ( c h 2 ) 3 。 2 7 m c a r 1 = m e b r 1 = h b f 3 e t 2 0 r 1 c 6 1 1 6 a ，r = m e ，x = s m e b ，r = h ，x = s m e c ，r = m e ，x = h d r = x = h e ，r 1 = m ex = - s ( ( h 2 ) 3 s h 从其反应机理( s c h e m e l o ) 中，我们可以看出，反应具有区域选择性。首先，利用 不同的金属试剂对不同的二硫缩烯酮底物的加成取向不同，可选择性的构筑芳环， j 岫j a p p a 小组针对不同的苄基金属( 镁、锂、酮) 试剂的加成取向作了系统研究刚。其 次，在取代一环合芳构化反应中，水、一元醇、硫酚、硫醇等均可作为亲核体被引入所 构建芳环的特定位置上。 s i r ，l m 毋 却 r r h h 一r 、r r 3 在实验中我们发现f 1 7 1 9 ，2 8 ，3 5 3 6 州，当缩醛基为五员环时只能得到脱水产物，为六员 环时环合芳构化和取代一环合芳构化反应都可发生，为七员环时只发生环合芳构化反应。 根据已有的实验结果1 1 ，1 7 ，四，蚓，可以得出结论；当取代基s r 不同时，环合芳构化反应 的活性为s c h 3 ，s c h 3 s ( c h 2 ) 3 s s ( c h 2 ) 2 s ；取代一环合芳构化反应的活性为s ( c h 2 ) 3 s s ( c h 2 ) 2 s ) s c h 3 ，s c h 3 。 口一羰基二硫缩烯酮3 1 与2 ( 3 ) 一乙氰基噻吩进行 3 c + 3 c 加成反应再环合得化合物 7 奠一 厂。h卜ii卜 d c等 1j 城 3 2 a 和3 2 b f 3 8 l 。 r l r z s m o n c 卿 n a h ，d m f r 1 s d 扯m e l l t s 0 h - - - - - - c 6 h 6 迅 c 6 1 6 r c n 3 2 a c n o h 锄b a m n 等人最近又发现一应用口一羰基二硫缩烯酮进行的芳构化的新型反应。 在此之前的芳构化反应主要是上述的 3 c + 3 c 的环合芳构化反应，而这种新的环合芳构 化反应是应用口一羰基二甲硫缩烯酮底物与亚甲基酮化合物3 3 进行 4 c + 2 c 的环合芳构 化反应，合成取代酚类化合物3 4 和3 5 【3 9 1 。 n i 从一个脂肪族酮类化合物出发合成多取代芳烃，且取代基的位置可由底物事先修 饰，口一羰基二硫缩烯酮的这一反应特点已使其在杂环化合物的合成中得到了广泛关注。 3 、环合反应 化合物3 6 用硼氢化钠还原或与g r i g n a r d 试剂加成生成醇3 7 ，3 7 因其r 1 ，r 2 及n 的变化，在不同的反应条件下可生成多种五元碳环化合物i 删。化合物3 8 及其还原产物 8 p。l 3 9 由于r 1 的不同，在s n c l 4 催化下得到不同产物：r 1 = h 时，生成环戊烯类化合物； r 1 ：c m 时，生成桥环化合物。在s n c l 4 催化下，化合物4 0 则转化为螺环化合物4 1 。 0 3 7 3 8 3 9 4 0 s c h e m e1 3 s c h 3 s c h 3 ( 四) 口羰基二硫缩烯酮类化合物在合成杂环中的反应 口一羰基二硫缩烯酮作为1 ，3 一亲电试剂，可以与肼【1 4 1 ，羟胺，胍，脒【1 5 r 1 ”，烯胺，二 胺，等一系列杂原子亲核体反应构建五元、六元杂环化合物。 上世纪六十年代初，g o m p p e r 和t 0 p e l 报道了烯酮二甲硫缩醛与二胺反应制备口一 羰基_ ，- 缩烯酮类化合物，x y 为吸电予基时，反应效果较好。 耋比x 一 化合物4 4 和4 6 与吡唑啉酮反应合成吡啶并吡唑啉酮化合物4 5 和4 7 h 3 1 。 x _ = 涮3 + n cs c h l x = c n x = c 0 2 c 2 h 5 4 4 9 o p h 最近，j 衄j a p p a 等开发了1 ，1 二甲氧基4 ，4 二甲硫基一3 一丁烯，2 酮4 8 【删作为三碳合 成子与杂原子双亲核体( 肼、羟胺、胍等) ，在区域专一性的合成五员、六员杂芳醛( 或 潜在的醛基) 方面的应用( s c h e m e1 6 ) 。这一方法解决了以往芳环直接酰化时遇到的区 域异构体分离困难、产率低、条件苛刻等问题。 m c 。书尝霉 o 3 m c i h d r 1 n h ， 9 h r 1 ；m m e 0 鼬m 1 2 r 1 4 s 曲 5 2 5 1 a n 2 h 4 h 2 叩t 0 时 h 脯八x h 2 n x c a q a c o h 篙。啪 4 97 k 与矿| | r 2n 5 3 o rh 2 n o h h a 脚h ，p h = 7 r o h 瓜o n 毫 d o 4 nh a ，e t 0 h s c h 岫e 1 6 h 5 4 朱再明等从口，口- 二羰基环二硫缩烯酮出发与乙二胺反应成功地合成了口，n 。二羰 基环，一烯酮【4 5 1 ，在以上工作基础上，赵梅欣合成了口肉桂酰基啦，一苯乙酰基环 。 缩烯酮5 5 ，化合物5 5 在t b u o n a 催化下发生分子内m i c h l 加成反应，生成吡啶并嘧 啶类化合物5 6 【蛔( s c h e m e1 7 ) 。 t - b h o h a r s 曲目n e l 7 1 0 近期，毕锡和等实施了在质子酸的条件下的m i c h a e l 加成反应，实现了氧亲核体对 碳碳双键的加成，高产率地合成了特窗酸类化合物5 7 【”，吡啶的强吸电子作用是促使 氧向口碳进攻的主要原因( s c h e i m 1 8 ) 。 m - p y o h d m f - - - - - - - _ 一 稀h a m = l ，2 = 1 ，2 s d 地m e l 8 赵玉龙实现了在三氟化硼的催化下烷硫基活化的双炔化合物5 8 和芳胺类化合物的 胺化反应，得到一类苯并1 ，4 一氮杂卓类化合物5 9 ( s c h 蛐e1 9 ) h 2 n + h 2 n r 里垦：曼2 q c 2 h 5 0 h s c h 哪e 1 9 孙绍光等人f 删利用链状的口羰基二硫缩烯酮化合物进行了v i l 锄e i e r - h a a c k 反应， 一锅法合成了取代吡啶类化合物砷( s c h e m e 加) 。 0 s d 惦m e 2 0 最近，我们课题组成功实施了肉桂酰基二硫缩烯酮和二胺类化合物的多米诺反应 由于烷硫基的调控作用，高效地合成了并环的化合物6 l 刈( s c h e m e 2 1 ) 。 竺婴旦 n a o h a r 厂弋“ h 2 n n h 2 s d 址m e 2 1 n ( 五) 口羰基二硫缩烯酮的官能化反应 口羰基二硫缩烯酮的研究主要是在l ，3 一位发生反应，在2 位上的反应研究较少， j u n j a p p a 等合成了4 芳甲酰基哪溴代二硫缩烯酮6 2 ，6 2 中2 - 位上的溴原子可以被亲 核试剂取代( s c l l e m e2 2 ) ，拓宽了口羰基二硫缩烯酮的应用。 o + 加8 隅- n r s 八s c 4 n o + m h r s s r e t o h ， h 我们课题组在长期从事口羰基二硫缩烯酮化学研究基础上提出了对口羰基二硫缩 烯酮的口官能化的概念，即对口羰基二硫缩烯酮的口位进行修饰，改变其所连官能团的 类型，以期进一步扩展该类化合物在有机合成中的应用。王芒【5 锄、杨晓霞【5 3 l 、徐显秀( 5 4 】 等利用口一羧基二硫缩烯酮类化合物分另和碘( 溴) 或重氮盐反应，高产率得到了相应的 脱羧取代的产物6 3 ，6 4 ，硌( s c h e m e2 3 ) 。 x v n = n a r 殳兰 r 5 八s r1 f 斋矿 o r 。篇 r s 火s r 一 6 3 斛 x = b i s c h e m e 2 3 o r ，x r s 入姆 6 5 赵玉龙等以口- 羰基二硫缩烯酮类化合物为底物，在不同的反应条件下分别实现了这 类化合物的口一溴代【5 5 】、n 。硝化1 5 6 以及酸催化下的脱乙酰基1 州反应，得到相应的产物6 6 6 7 ，6 8 ( s c h e m e2 4 ) 。 r l b r 坠，垫r 1坠亟“ s r h n 0 3 ，h 2 s o r l - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 c h 2 c 1 2 c h 2 c 1 2 r 1 n 0 2 s r 根据以上实验事实，我们认为这是一类h u n s d j c k e r 型反应，经历了一个原位加成 消除历程( s c l l e m e2 5 ) 。 r 1 r 2 + 产r 1 r 2 一r 1 0 x s 对口羰基二硫缩烯酮类化合物口。位的修饰后使其在性质上呈现多样性，例如：在口一 位引入卤原子实现了口碳的极性翻转，由原来的亲核中心变为亲电中心，卤原子可被其 它的亲核试剂所取代；引入含氮原子的基团如硝基等，为合成多样性的杂环化合物提供 前体；口一位引入偶氮基，可能会使口一羰基二硫缩烯酮类化合物具有特殊而重要的光电性 质。 ( 六) 口羰基二硫缩烯酮作为无味、无毒的代硫醇试剂在羰基保护及其它反应中的应用 口一羰基= 硫缩烯酮化学发展近百年来，烷硫基一直仅作为活化和离去基团，反应后 生成的硫醇衙生物被作为副产物扔掉。刘群课题组的近期研究结果则改变了人们这一惯 有的思维模式，他们在研究4 ，4 - 双乙酰基环二硫缩烯酮6 9 的n 一位烯卤化反应时，发 1 3 现生成的双烯卤7 0 在和醛或酮反应时生成了缩醛7 l ，并且产率相当高。在捕捉到几个 关键中间体7 2 ，7 3 和7 4 的基础上，我们提出了可能的反应机制如下：( s c h e m e 2 6 ) oo p 0 a ， = + d m f 傍70 ，。三n 9 邋贷t 7 0 上o + 。岽 拭) r 2 7 r e n “ m 、删。叉， + 中+ 等峰 慨 v 0 2 n 7 27 37 4 h + 刘群及其合作者随后的研究迸一步证明了上述机理。当他们用最初的底物n ，口一双 乙酰基环二硫缩烯酮6 9 与醛酮在酸催化下也高产率地得到了缩醛7 l 和7 l ，除此以外， 研究还发现若环二硫缩烯酮的一个乙酰基换成其它的吸电子基团也可以发生同样的羰 捣 。ru占 g t 卺 。盒 一 x 一 基保护反应，这些吸电子基团包括c o o h ，c n ，c o n h 2 和c o o e t 等【5 8 】( s c h 哪e 2 7 ) 。 r = c o c h 3 ，c n ， 0 0 n h 2 ，c 0 0 e t + 。 x i 。 7 1 n = 1 7 2n = 2 刘群课题组在使该羰基保护反应向绿色化学方向发展方面取得重大进展，发现用乙 醇等无毒的质子性溶剂代替甲醇，该反应也可以顺利地进行，更吸引人的是，当使用催 化量的表面活性剂d b s a 时。该反应可以在水中进行( s c h e m e2 8 ) 。 r l d 脚吗o 6 9+ ) = 2 0 ，7 1 r 2 715 8 0h 除了羰基保护反应，刘群课题组又研究了1 作为硫醇替代品在其它反应中的应用， 发现在酸或碱催化条件下，l 能与极化的乙烯发生m i c h a d 加成反应生成硫醚类化合物 7 3 【5 9 】( s c h e m e2 9 ) 。 l + e w g ：n 0 2 ，r c o 二、v i ls m e i e r 试剂在有机合成中的应用 1 9 2 7 年，l s m e i e r 等人首先用d m f 和p 0 a 3 对芳香胺进行甲酰化获得成功，其中 所用的d m f 和p o a 3 被台称为v i l s m e i c rr c a g e n t ( 以下简称t ) 。之后，h a a c k ，a m o l d 等人对该反应进行了改进和扩充，因此，l 反应又被称为v l 弘( s m e i e r h a a c k 抽1 0 l d ) 反应。目前，v r 反应已被广泛的应用于有机合成的各个领域，合成了许多在医药、农 药及染料等方面非常有用的化合物。本文将对近年来v r 的典型反应及其在有机合成中 的应用做一简要总结。 ( 一) v r 的结构 现在，人们通常认为v r 是由取代酰胺与卤化试剂组成的复合试剂。取代酰胺可用 通式r c o n r l 来表示( r = h ，低烃基，取代苯基；r l ，r 2 为低烃基，取代苯基；r 1 r 2 n 为o ( c h 2 c h 2 ) 2 n ，( c h 2 ) n n 等) ，常用的酰胺有d m f ，m f a ：和n e a 。常用的卤化试剂有 p o a 3 ，s o c l 2 ，p c l 5 ，p c i 3 等。有时也用p c i 5 或金属卤化物、酸酐等f 6 l l 。 以d m f 和p o c l 3 为例，实际参与反应的是它们形成的亚胺盐活性中间体，其机理 可由s c h 嘲e 3 0 所示： k 一。( 堂嗍吻瑚删一 7 4 和7 5 两种结构何者参与反应尚有争议，经1 h 和3 1 pn 蹦r 光谱数据证实，参与 反应的可能是结构7 | ，置它的反应活性要比7 5 高1 6 2 1 。r o m e s hc b o m a h 等人在探讨其 d a 反应时也提到了有关v r 的结构，认为不同的结构有利于不同的反应i 吲。 无论v r 以何种结构参与反应，作为一种亚胺盐，它的结构特点决定了它既具有亲 核性( a 一) 又具有亲电性( 亚胺盐正离子) 。因此，利用其亲电取代或亲核取代反应可 向反应物中引入新的c c 键或卤原子，且v r 反应条件温和( 0 1 0 0 ) ，试剂价格低廉， 易得，反应步骤简单，因此越来越得到有机合成工作者的青睐。 ( 二) v r 的典型反应 对v r 反应的研究最初只局限于对活泼芳核或双键的酰化上，随着研究的深入，人 们发现v r 还可以发生氯化、氯化甲酰化、芳香化、成环、脱水等多种类型的反应。很 多文献都对此做了详细总纠，她鲫。 l 、酰化反应 以r c o n r l r 2 ，p o a 3 为例，v r 的酰化反应可用s c h 酬盹3 l 表示： r 3 h+ r c o n r l r ? p o c l 3 -r 3 r + r 1 r 2 n h s c h 锄e 3 l 这类反应是按亲电取代反应历程进行的，所以高电子云密度有利于反应的进行。可 以发生酰化反应的化合物有：含供电子基的芳香( 杂) 环化合物：含c = c h 、n = c h 双 键的活泼烯烃、烯醚、烯胺等化合物；活泼( 亚) 甲基化合物；醇，胺，醛腙等化合物。 以芳香( 杂) 环化合物为例，其反应历程f 6 1 】如s c h 伽e 3 2 所示： r + 【m e 2 n = c h o p 0 c l2 】+ a 。 x 7 4 一r q 看锄当r 公如 活泼的亚甲基化合物7 6 与t 反应，可以在( 亚) 甲基上引入甲酰基，有些活泼 甲基上可以引入两个甲酰基( s c h 蛐e3 3 ) ，这是合成丙二醛衍生物的重要方法。 ( 旷( 7 6 ( r x 三( r 嚣 三一( 吒2 。r ( 吒叫 舯8 1 s c h e m e3 3 二吡咯甲烷8 2 在过量的t 的作用下酰化，酰化产物7 7 可用于合成卟啉衍生物7 8 i 删 ( s c h 锄e3 4 ) 。 s c h e m e3 4 v r 的酰化反应产率通常很高，反应条件温和，是一种较好的酰化试剂。与 f r i e d e l c h f t e s 酰基化试剂相比，v r 具有更高的区域选择性。如：六氢吡咯并中氮茚8 5 在f c 条件下只能得到双酰化产物8 6 c ，而在v r 反应条件下却高产率的得到了单酰化 簪攀段 r 人 一 产物8 6 a ，8 6 b ，反应中未发现双酰化产物的生成，酰化位置倾向靠近六员环( s c h e m e3 5 ) 【明。 r ，几嘁 p 0 a 3 “q t i i v r 2 、卤化反应 v r 的卤化反应是指化合物中的0 h 、0 r ，羰基氧或其它杂原子在v r 的作用下， 被卤素亲核取代的反应。醇、酚、酸及只含有一个口一h 或空阻较大的羰基化合物都可发 生此类反应，d m f 的用量一般为催化量，在反应中起催化剂的作用。反应通式如下： +h r o h + c l h c ：裔m e 意l c 厂 + r 一9 一年一n m e 2 卜 r c l hc l s d 糖l i 砖3 6 有时，在反应中用p 2 0 5 和z n x 2 代替p c i 5 、p o c b 或p o b r 3 进行反应，这是一种改 良方法。如s c h 咖e3 7 ：取代苯酚8 7 的2 ，4 或6 位有吸电子基团时有利于亲核取代反应 的进行【醴】。 r n 0 2 8 7 n 0 2 r 里坠垦凸：型互 ( x = c i ，b r i ) 黯 s c h e m e3 7 r = h ，x = a7 8 r = n 0 2 ，x = a ，b r ，1 3 2 一9 3 用v r 作为氯化试剂有很多优点，例如，用此方法制各酰卤，可以避免分子间的相 互缔合，反应过程安全，且简化了反应步骤。 3 、卤化甲酰化反应 卤化甲酰化反应是指反应物分子中某部位有两种性质的反应中心，一个具有亲电 性，可以发生卤化反应，另一个具有亲核性，可以发生甲酰化反应，因此被合称为卤化 甲酰化反应。 含有口一h 的羰基化合物、具有烯醇结构( 一h c = c o 卜) 的杂环化合物、炔，烯基 1 8 a 审 硅基醚都可发生卤化甲酰化反应( 其中以含口一h 的羰基化合物的卤化甲酰化反应最为典 型，将在下节中详细说明) 。反应产物一般为卢一卤代丙烯醛。 如s c h e m e3 8 ：7 羟基5 一甲基三唑并嘧啶8 9 与v r 反应，可得到相应的氯化甲酰化 产物9 0 【删： v r 4 、芳香化 一些不饱和非芳香环化合物，在v r 的作用下，转变成芳香环化合物的过程称为芳 香化，在此过程中，v r 被假设具有氧化作用。能发生芳香化的化合物有：环己二烯衍 生物、环己烯酮衍生物、环己二酮衍生物等e 如s c h e m e 3 9 ：l ，3 环己二酮9 l 与3e q v r 作用，可芳香化成苯环9 5 【6 9 】。 d m f _ p o a 3 - - - - - - - - - - - - 3 e q a 乩粤1 u h 孵 a c h o n m c 2 s 、成环反应 若分子中同时具有两个亲核性基团( 如n h ，o h ，p 体系) ，或潜在的亲核性基团 ( 如活泼( 亚) 甲基) ，只要在空间允许的条件下，一个亲核性基团与v r 作用形成亚 胺盐之后，能继续与另一个亲核性基团反应，形成环状化合物。 例如s c h e m e4 0 ：五个碳以上的口，声不饱和酮或1 ，3 - 二酮与v r 反应，可以形成芳 烃。 c i 1 7 利用此反应可构建许多结构复杂的( 杂) 环化合物，这已成为其在有机合成中的重 要应用。 6 、其它反应 v r 与含p h 键的五或四配位磷化合物的反应是合成双膦酰基化合物盼种好方 法；以【为催化剂可催化b c c k m 蛐重排反应的发生：多员羧酸或酰胺与v r ( d m f 催化量) 反应，可发生脱水反应，生成相应的酸酐或氰基化合物i 刚。 ( 三) 羰基化合物的反应机理探讨 从反应类型看：v r 能和含有c = 0 键的化合物发生卤化、卤化甲酰化、芳香化及成 环等多种类型的反应；从反应机理看：两者反应的中间体一卤化亚胺盐正离子是赋予其 化学反应多样性的根本原因。本节主要以酮类化合物为例，对羰基化合物的v r 反应机 理进行探讨。 2 0 世纪5 0 年代末期a r n o l d 等人报导了连有一c h 3 或- c h 2 的酮的t 反应，并指出 了这是制备芦氯代丙烯醛的好方法( s 幽e m e4 1 ) 【一。 o 么 d l 岍，o a 3 - - - - - - - - - - - - - l c h o a m o l d 认为，反应过程是先甲酰化再氯化的烯醇式反应机制【删。酮是以烯醇式进行 反应的，因为只有强的亲核性烯烃才能被v r 甲酰化。v r 对1 咐的羰基氧的亲电进攻 提供了在整个反应过程中起重要催化作用的h c l ，它维持着化合物l 咐和烯醇式化合物 1 0 5 之间的平衡。随着h a 浓度的增大，观察到反应自催化速度加快。反应过程中分离 得到了化合物l 嘶和1 0 7 ( s c h e m e4 2 ) 。 人 r ，几r ，足一一 d m f r i a r 2 1 0 9 + h a 硎o 坐唑r 1 a q a r 2 1 0 8 o r 2 删e ，a 一尘。r 1 s c h e m e 4 2 n m e 2 l 晰 d m f _ p o c l 3 r 2 1 0 7 n m e 2 a 一 然而，对此机理长期以来一直存在着争议，很多人认为反应是先经氯化再甲酰化。 近年来已有许多实验事实证明：羰基鼻一位取代基的空间效应和电子效应及v r 的用量都 会影响口一位的酰化，这为后者提供了有利证据。 例如s c h e m e4 3 ：苯并吡喃4 一酮n 0 的c 2 上有两个甲基时，羰基部位只能发生氯 化反应；如c 2 上没有取代基，则相同条件下发生氯化甲酰化反应1 7 1 】。 m e o 1 1 0 r d l 恻p o c l 3 r l l l r r = m c r 、= h r = h r 、= c h 0 当羰基的伊位上只有一个取代基，产物要受到t 用量的影响。例如s c h e m e 4 4 ： 1 当量的v r 在温和条件下，可将2 ，3 一二氢吡啶酮衍生物1 1 2 转化为4 氯二氢啦啶酮衍 生物1 1 4 ( 8 3 9 6 ) ，如t 过量则高产率的得到氯化甲酰化产物1 1 3 f 7 2 | 。 屯 丁 严v 舻 入 a d 2 a 2 p h 1 1 3 v r e x c e s s o c l l c 0 2 c h 2 p h 1 1 4 羧酸、酰胺和酯与t 的反应和酮类似，但由于羰基碳上所连官能团的不同，反应 机制也各有不同。m a 嚣在综述中做了详细介绍。无论v r 反应以何种机理迸行，羰基 化合物都是以烯醇式参与反应的，因此只有含口一h 的羰基化合物能发生v r 反应。 ( 四) 亚胺盐正离子在合成杂环中的应用 v r 反应的中间体一亚胺盐正离子经水解可得到，氯代丙烯醛，在水解前，若体系 中存在另一亲核中心，在空间条件允许的条件下即可成环。因此亚胺盐正离子是合成杂 环的重要中间体，这也是近十年来t 反应的研究热点。 以喹啉衍生物的合成为例：从邻氨基( 或叠氮基) 苯丙酮、2 氨基查尔酮、n 一芳基 乙酰胺【7 4 l 、2 - 苯胺基2 - 丁烯酸酯出发均可合成喹啉衍生物。 邻氨基苯丙酮1 1 5 的氨基作为亲核基团进攻亚胺盐正离子可合成喹啉环1 1 8 ( s c h e m e4 5 ) 。 日ppp 2 d ：鲥瞄d 撬一8d 了 七rr r 2 s d 地m e 4 ； n 芳基乙酰胺1 1 尊分子中的两个亲核基团分别是p 体系和活泼亚