（有机化学专业论文）偶氮基碳正离子在新型124三唑衍生物合成中的应用.pdf

摘要 ( 偶氮基碳正离子是一种新颖的正离子型l ，3 一偶极体，已被广泛地用于构建毗 唑、1 2 , 4 一三唑等五员杂环及稠杂环。与传统的1 ，3 偶极子相比，它的加成反应 具有逆需电子的特点，能够与多种亲偶极体发生环加成反应，且加成速度快，反 应选择性好，产物单一。 本论文主要是围绕苯并噻吩酮衍生的偶氮基碳正离子与腈发生环加成重排 反应而展开的。偶氮基碳正离子能与腈发生 3 + + 2 环加成反应，加成产物随之发 生芳香( 噻吩) 基向六隅中心氮的1 ，2 一迁移扩环反应，导致氮插入到碳环的骨架 中，从而形成噻吩并一1 ，2 , 4 三唑并氮杂卓类 5 7 5 1 三环系杂环。义 论文的第一章重点介绍了偶氮基碳正离子作为新的构建三唑环的1 ，3 偶极 子在合成1 ，2 , 4 一三唑类衍生物中的应用，并且介绍了一些噻吩并合的稠杂环体系。 论文的第二章是l ，2 - 二取代5 ，6 二氢一4 _ 噻吩并【2 ，3 一f 】一1 ，2 ，4 一三唑并 1 ，5 - a 】氮 杂卓盐的合成。纵氯代试剂、氯代条件、氯代方式等方面着手，将6 , 7 二氢苯并 b 】噻吩一4 ( 5 功一酮的芳腙氯代，再将该一氯代偶氮化合物所衍生的偶氮基碳正离 子与腈发生环加成重排扩环反应，合成了这类新的三唑并合的【5 7 5 三环系稠杂 环，并对产物的结构和重排的机理进行了讨论。吱 论文的第三章介绍了中性噻吩并 5 7 5 三环系杂环化合物的合成。线之 是以乙氧羰基腙所衍生的偶氮基碳正离子作为合成砌块，与腈发生环加成反应， 产物经碱水解得到了中性2 - 取代- 5 ，6 一二氢4 肛噻吩并【2 ，3 f 】1 ，2 ，4 一三唑并【l ，5 a 1 氮杂卓化合物。路线之二是腙与异氰酸的加成产物经氧化、酸催化关环、重排等 反应，最终合成中性的 5 7 5 - 唑酮类衍生物。虽未能达到预期目标，但对进 步探讨反应机理有一定意义。、l 论文的第四章重点讨论了将由偶氮基碳正离子的环加成反应所构建的枝状 化合物作为多齿配体，尝试了其与一系列金属的络合，探索其在配位化学中的应 用前景。 第五章为实验部分，分别对应了前四章所提到的化合物的具体合成方法及其 数据表征。 关键词： 苯并噻吩酮j 偶氮基碳正离子1 ，3 偶极环加成反应 1 ，2 迁移噻吩并1 ，2 ，4 三唑并氮杂卓、 ， ， a b s t r a c t b e i n gak i n do fp o s i t i v e l yc h a r g e d1 , 3 - d i p o l e ，a z oc a r b e n i u mi o n sh a v eb e e n w i d e l yu s e df o rt h ec o n s t r u c t i o no ff i v e m e m b e r e dh e t e r o c y c l e s ，s u c ha sp y r a z o l e ， 1 , 2 ，4 一t r i a z o l e ，a n dt h ef u s e dh e t e r o c y c l e s c o m p a r e dw i t h t h ec o m m o nn e u t r a l 1 , 3 一d i p o l e s ，t h ec h a r g e d1 , 3 - d i p o l e su n d e r g oc y c l o a d d i t i o nw i t h r e v e r s ee l e c t r o n d e m a n da n dh i g hs e l e c t i v i t y , w h i c hm a k et h e mi d e a lp a r t n e r sf o rm a n yk i n d so f d i p o l a r o p h i l e sh a v i n ge i t h e re l e c t r o n w i t h d r a w i n go re l e c t r o n d o n a t i n gs u b s t i t u e n t s t h ep r e s e n tt h e s i sw a sc o n c e n t r a t e do nt h ec y c l o a d d i t i o no fa z oc a r b e n i u mi o n s d e r i v e df r o m6 , 7 - d i h y d r o b e n z o b t h i o p h e n 一4 ( 5 t ) 一o n et ot h et r i p l eb o n do fn i t r i l e s i t i sf o u n dt h a tt h ea l l e n e l i k ec a t i o n sc a nu n d e r g os m o o t h 3 + + 2 c y c l o a d d i t i o nt ot h e t r i p l eb o n do fn i t r i l e sa tl o wt e m p e r a t u r e s t h ei n i t i a l l yf o r m e da d d u c t sa r eg e n e r a l l y u n s t a b l ea n de x p e r i e n c ef u r t h e r1 , 2 一s h i f t r e a r r a n g e m e n tw i t hs i m u l t a n e o u sr i n g e n l a r g e m e n ta n di n s e r t i o no ft h en i t r o g e na t o mi n t o t h ec a r b o ns k e l e t o n ，t h u s p r o v i d i n gn o v e lt h i e n o 一1 ，2 , 4 一t r i a z o l o a z e p i n ed e r i v a t i v e s t h ef i r s tc h a p t e rs e r v e sa sab r i e ft r e a t i s eo nt h ew i d ea p p l i c a t i o no fa z o c a r b e n i u mi o n sf o rt h es y n t h e s i so f1 ，2 , 4 一t r i a z o l ed e r i v a t i v e s t h er e l a t e dt r i a z o l o f u s e d 5 - 7 5 h e t e r o c y c l e sd e r i v e df r o mt h i o p h e n eh a v ea l s ob e e nd e s c r i b e d t h es e c o n dc h a p t e ri sa b o u tt h es y n t h e s i so f1 ，2 - d i s u b s t i t u t e d - 5 ，6 一d i h y d r o 4 h t h i e n o 2 ，3 一f 】一1 ，2 ，4 - t r i a z o l o 1 ，5 一a a z e p i n i u ms a l t s b a s e do nt h er e a c t i o nc o n c e r n i n g r i n ge n l a r g e m e n t ，w ec h o s eh y d r a z o n e so f6 , 7 一d i h y d r o - b e n z o b t h i o p h e n 一4 ( 5 肋- o n e a ss t a r t i n gm a t e r i a l sf o rt h es y n t h e s i so ft h e s en o v e lt r i c y c l i ch e t e r o c y c l e s f r o mt h r e e a s p e c t sw er e s e a r c h e dt h ep r e p a r a t i o no f0 【一c h l o r oa z oc o m p o u n d s ：c h l o r i n a t i o n r e a g e n t s ；c h l o r i n a t i o nc o n d i t i o na n dc h l o r i n a t i o nm o d e t h es t r u c t u r eo fp r o d u c t sa n d t h em e c h a n i s mo f r e a r r a n g e m e n tw e r ea l s od i s c u s s e d t h et h i r dc h a p t e ra i m sa tt h es y n t h e s i so fn e u t r a l1 , 2 ，4 - t r i a z o l o 5 - 7 5 t r i c y c l i c c o m p o u n d s o no n eh a n d ，w eu s ea z oc a r b e n i u mi o n sd e r i v e df r o me t h o x yc a r b o n y l h y d r a z o n e sa sb u i l d i n gb l o c k s ，f o l l o w e db yc y c l o a d d i t i o n ，r e a r r a n g e m e n ta n d h y d r o l y s i s ，t og e t as e r i e so fn e u t r a i 2 - s u b s t i t u t e d 一5 ，6 一d i h y d r o ，4 h - t h i e n o 2 ，3 一f 】 2 一1 , 2 ，4 t r i a z o l o 【l ，5 一a a z e p i n e o n t h eo t h e r h a n d ，u t i l i z i n gt h eq c l o a d d i t i o no f i s o c y a n i ca c i dw i t ha r y l h y d r a z o n e ，f o l l o w e db yo x i d a t i o n ，a c i d - i n d u c e dr i n gc l o s u r e a n dr e a r r a n g e m e n t ，w ec o u l d n ta c h i e v et h e s y n t h e s i s o ft h e t a r g e t t f i a z o l o n e c o m p o u n d s i nc h a p t e rf o u rw ed i s c u s st h ea p p l i c a t i o no fn e u t r a lp o l y t r i a z o l ec o m p o u n d sa s p o l y d e n t a t el i g a n d s ，b a s e do nt h ec y c l o a d d i t i o no fa z oc a r b e n i u mi o n sd e r i v e df r o m p i n a c o l o n ea n dc o m p o u n d sc o n t a i n i n gf o u rc y a n i d eg r o u p s t h i sk i n do fd e n d r i t i c c o m p o u n d sh a v eb e e ns h o w n t op o s s e s sh i g hp o t e n t i a li nc o o r d i n a t i o nc h e m i s t r y t h ec h a p t e rf i v ei sm a i n l ya b o u tt h ee x p e r i m e n t a ls e c t i o n ，w h i c hc o r r e s p o n d st o t h es y n t h e s i so ft h ec o m p o u n d sm e n t i o n e di nt h ef o r m e rc h a p t e r s f t u t h e r m o r e ，t h e s p e c t r ad a t ah a v ea l s ob e e np r e s e n t e d k e y w o r d s ： 6 ，7 - d i h y d r o b e n z o b t h i o p h e n - 4 ( 5 ) 一o n e ，a z oc a r b e n i u mi o n s 1 , 2 。s h i f t ，1 , 3 一d i p o l a rc y c l o a d d i t i o n ，t h i e n o - 1 ，2 ，4 一t r i a z o l o a z e p i n e 3 复垦基璺巫茎焦硷圭 一一 一_ j 薹= 茎j & 主 第一章前言 1 1 杂环化合物的重要性 杂环化合物是有机化合物中最庞大的一类化合物。据统计，在现今已知的有 机化合物中，杂环化合物的数量，占总数的6 5 以上。因此，杂环化合物在有机 化学的各个研究领域中都占有极其重要的地位。 近代，人们从模拟、改造活性天然杂环化合物进而提出根据需要设计一些具 有特别功能和用途的杂环化合物，称为功能性杂环化合物。其所涉及的领域十分 广泛，大致可分为下列诸类： ( 1 ) 药物：已合成的杂环药物几乎涉及到各种结构类型的杂环化合物，应 用于各种疾病和医疗领域。 ( 2 ) 生物模拟材料：如模拟合成酶及代血浆的合成等。 ( 3 ) 有机导体和超导材料：现在已经发现的有机导体中，绝大多数都是杂 环化合物。第一个有机导体就是四硫代富瓦烯1 2 ”；第一个有机超导材料是四硒化 合物川( 图1 ) 。 ( 滓 四硫代富瓦烯 双四甲基四硒富瓦烯 图1 ( 4 ) 贮能材料：通过某些杂环分子的扩环和缩环反应，将太阳能贮存起来， 这是近代发现的杂环化合物的一个重要新用途。例如吡唑衍生物在光照下发生缩 环反应，生成环丙烷取代的重氮化合物，后者可贮能8 3 2j g i 3 ( 图2 ) 。近年发 现的有机太阳能电池所用的贮能材料，大多是些含杂环的大共轭体系。 4 限 。叫刈 父汉 近 匿 复呈基生巫堂焦硷立 一一爿三童- 自主 卧价咄 ，n n c h 3 h v 图2 c h 3 = = n ( 5 ) 工程高分子材料：从6 0 年代开始，人们从聚酰亚胺得到启发，相继合 成了各种各样的杂环高分子材料。其中多数都具有优良的耐高温、耐酸碱、耐氟 化物和电绝缘性能，可以广泛用作工程材料1 4 l 。 ( 6 ) 杂环染料：最普通的含杂环的染料是阴丹士林r s n ，这是种多环还 原染料。它是由两分子的蒽醌和一分子的二氢毗嗪并合而成的分子。常用染料靛 蓝是两分子0 一羰基吲哚通过双键连接起来的对称结构( 图3 ) 。 阴丹士林r s n 。 图3 h 靛蓝 0 ( 7 ) 有机发光材料：近年来，有机非线性光学材料的研究是个非常活跃 的领域，其中一个重要原因是某些有机材料具有比无机材料大得多的二阶非线性 系数。在激光的倍频、集成光学和光学通信等方面有着潜在的应用前景【5 1 。 综上所述，杂环化合物不但类型多、数量大，而且在自然界中的分布也十分 广泛。各种类型的人工合成杂环化合物更是千变万化，有着各自特殊的性质和重 要用途。杂环化合物的合成方法可谓不胜枚举，但就构建五员杂环来说，1 ，3 一偶 极坏加成反应备受瞩目，已成为构建五员杂环骨架极其重要和有效的途径。 复星盘茔塑堂焦硷童 一j 生= = 垂监 1 21 , 3 一偶极环加成反应 1 , 3 一偶极环加成反应，是由h u i s g e n 教授等 6 j 在研究重氮烷烃的加成反应中 首次提出的。它是基于三原子4 兀电子的3 轨道偶极体系7 】( 即1 , 3 一偶极体) 与亲 偶极的重键2 兀电子的2 轨道体系，发生分子内或分子问 3 + 2 环加成反应，形成 五员杂环化合物。其通式如下( 图4 ) 。 l ，3 - d i p0iedznedipolarophile一仑 d d ( b 色d 耶d i p 删o l a p o l r o p 。h i l e 套一仑崖 d e a 一衫。 矗一e ，7 图4 该环加成反应速率不受溶剂的介电常数及极性的影响【8 】，且反应容易进行， 具有较负的活化熵a s 9 1 ，同时具有立体、区域、非对映专一性和选择性。l ，3 偶极环加成反应的独特性使其在杂环和天然产物的合成上迅猛发展，新方法、新 策略不断出现。1 ，3 - 偶极环加成反应的内容也目益丰富多彩。非电中性的1 ，3 偶 极环加成反应便是其中的一种。 所谓“1 ，3 ，偶极体”就是具有两性离子结构且符合八隅体结构规则的一类化 合物。其共同特征之一是它们都有一个烯丙型负离子而4 体系】。若在垂直于此 烯丙型负离子的分子轨道上还有一个轨道，此时的1 ，3 偶极体便以线性的丙二 烯型1 ，3 一偶极形式存在( 图5 ) 。 中性的1 ，3 一偶极体一般表现为亲核性，易与贫电子的亲偶极体反应，而与富 电子的亲偶极体反应则较为困难，从而使它的应用受到很大限制。随着研究的深 入，化学家们发现了一类离子型的偶极体系与亲偶极体的环加成反应，s c h m i d t 称其为极化环加成反应( p o l a rc y c l o a d d i t i o n s ) 1 2 1以区别于传统的中性l ，3 一偶 极环加成反应。这类偶极体系包括带正电荷的l ，3 ，偶极子和带负电荷的l ，3 偶极 子( p o s i t i v e l yo rn e g a t i v e l yc h a r g e dl ，3 - d i p o l e s ) ，通过电荷离域而稳定。它们易与 6 复星盘堂筮生焦硷童良= 至蓝主 富电子的亲偶极体反应，也能与贫电子的亲偶极体反应，而且在环加成反应时 表现出许多特有的性质，为杂环化合物的合成开创了新路。 烯丙型 g b 二 a o i n 4 尢 图5 l 一3 偶氮基碳正离子的研究概况 丙二烯炔丙型 正三三b _ 1 ： a - - - b 司 宁材 4 7 c 各种电中性1 ，3 - 偶极子已广泛用于有机合成i l ”。有关带正电荷的三中心四电 子的1 ，3 一偶极子报道较少。p a s s m o r e 等 1 4 - 1 6 报道了s = n + = s 的制备和应用； s h a t z m i l l e r 等1 7 1 报道t c t _ c = n - 的环加成反应：w a n g 等于19 9 2 年发现了偶 氮基取代的碳正离子 c _ n + = n 一。 偶氮基碳正离子( a z oc a r b e n i u mi o n s ) 是杂累积烯烃正离子中的一种，它能 够发生极化的环加成反应。我们课题组的王全瑞老师发现氯代偶氮化合物在低 温下与l e w i s 酸作用，能方便地制得偶氮基碳正离子 c = n + = n j ”】。它是一种很 活泼的反应中间体，能与多种亲偶极体发生环加成反应，例如腈类1 1 9 、炔烃l 砌、 碳化二亚胺【2 1 1 、异氰酸酯u 2 2 1 等。偶氮基碳正离子的l ，3 偶极环加成具有如下一些 特点：( a ) 偶极环加成过程具有逆需电子的特征，反应速度快，逆反应趋势小， 反应完全彻底；( b ) 环加成具有高度的选择性：( c ) 涉及一类独特的重排反应， 能够生成具有独特取代模式的杂环化合物。 7 复呈盘堂塑兰焦硷支基= 童蛊 这种新颖的1 , 3 偶极体己被作为新的三唑环构建方法，应用于各类新型 1 , 2 4 三唑衍生物的合成。对此，我们课题组已相继做了一系列合成研究工作。 刘现军合成了含c f 3 的偶氮基碳正离子，并应用于合成含c f 3 的杂环【2 3 】( 图6 ) 。 此外，他还利用环酮衍生的偶氮基碳正离子的环加成反应，通过迁移扩环来合成 特殊结构的稠杂环( 图7 ) ：1 , 2 ，4 。三唑并 3 ，2 一d 1 ，5 一苯并氧氮杂卓类化合物陋2 6 1 r 、1 lh l r 1 r z 之f 2 一，。嚣c r ：上h 。i o o 、 f 3 c # 斟 ! “弋夕n r 2 。 女3 s b c k 。 i t - b u o c l ； i i12e q u i v s b c l s ，- 1 0 。c ； i i i 16e q u i v r 3 c n ，1 0 3 0 。c ，3 h 图6 甜h 贷刊1上q x 上 o s b c l e i t - b u o c l i i 12e q u i v s b c l 5 ，- 5 0 。c ； 札1 6e q u i v r 2 c n ，5 0 3 5 。c ，3 h 图7 s b c f r o 队么 t k l ) n q 工c p x = o s s o “、嘶 复星盘兰题茎焦硷塞益二继 c 艮r t 。n h n 缈h 2 删厂p + 轴；宅第邺| 2 厂 m e ，i - p r e t ，p h m e 等等。 r 2 r 2 r 夺求一r 夺求 mr ，1r ，2 卜一妒 h f ，6 3 1 g + 图2 1 一般情况下，1 ，2 , 4 一三唑中的n 一4 比n 一2 的碱性稍大，一个游离的烷基正离 子主要与n 一4 作用得到n 一4 烷基化的三唑盐。k r o e m e r 等【8 7 】的计算结果表明：迁 移基团有部分碳正离子的特性，但在迁移过程中并没有自由的迁移基团正离子存 在，可见迁移的方向与n 一2 或n 一4 的碱性无关。 一个合理的解释是迁移通过分子内的7 c 络合过渡态8 u 【8 9 ”1 的方式进行f 图 2 2 ) 。重排是分子内的，即迁移的起点和终点都在同一分子内，迁移基在整个重排 图2 2 一一 一 n h 刷 、 t r r _1 复呈盘鲎殛堂焦硷主笠三至 过程中始终没有和分子的其余部分相脱离，迁移基团重排到n 一2 上，而不是迁移 到n 4 上。因为按照后一机理迁移到n 4 上需要经历一个能量上极为不利的有 正负电荷分离的络合物8 1 3 ( 图2 2 ) 。 我们组选择最简单的体系即全部取代基均为氢的l ，3 ，3 ，5 一四取代3 h - 1 ，2 ，4 一三 唑盐中间体重排生成1 , 2 ，3 ，5 一四取代一i h - 1 ，2 ，4 一三唑盐的过程进行了模拟计算f 图 2 3 1 。 曳h妙 h h r s 2 赢卜、。 b 3 l y p ，6 3 1 g 一 图2 3 h _ 菇h h 、，h 一 ( h 飞川 h t s l 和t s 2 分别对应了迁移终点为n 一2 、n 4 的过渡态中间体，其反应的能 量变化图如下( 图2 4 ) 。 图2 4 拍1 2 佃o o加锄加 二oe|叮u)|、x6joc山宝m芷 复星基茔殛堂焦诠塞 一美三童 根据以上计算结果可以推得，该1 ，2 迁移重排很可能是一个动力学控制反应 过程，虽然氢迁移到n 2 上的产物相对于n 。4 上的能量高，但是由于前者过渡态 能量低，即活化能低，故优先生成。 综上所述，对于我们所获得的噻吩并一l ，2 ，4 一三唑并氮杂卓体系，其反应过程 经历了1 3 。偶极环加成反应和1 ，2 一迁移重排。迁移基团表现出了部分正电性，迁 移优先顺序与迁移基团的碳正离子的稳定性相一致，即是噻吩基发生了迁移，而 不是烷基的迁移。迁移终点为缺电子的六隅中心n 2 ，而不是n 一4 。迁移具有一 定的亲电特征，是通过分子内的n 络合过渡态的方式进行的。 2 6 小结 1 ：采用简便的方法合成了特殊的前体一6 ，7 二氢苯并 b 噻吩，4 ( 5 加酮。 2 ：从该酮出发高产率地合成了其芳腙化合物。 3 ：探索了不同氯代试剂以合成q 氯代偶氮化合物，最终确定t - b u o c 为最 佳选择；并且试验了系列反应条件和反应方式，高产率地得到了较纯的氯代产 物。 4 ：将苯并噻吩酮腙衍生的偶氮基碳正离子作为1 ，3 一偶极子与腈发生环加成 反应，环加成的中间体经噻吩环的迁移扩环，最终合成了1 ，2 二取代一5 ，6 一二氢4 肝 噻吩并 2 ，3 一f 一1 ，2 ，4 一三唑并 1 ，5 一a 氮杂卓的六氯化锑盐。并通过元素分析、1 h n m r 、”cn m r 等方法确定了该【5 - 7 。5 三环系的分子结构，探讨了反应机理。 复里盘茔筮差焦硷主 一蔓盈 第三章 3 1 引言 中性噻吩并 5 7 5 三环系 杂环化合物的合成 上一章中所得到的噻吩并5 7 5 - - 环系杂环化合物均为六氯化锑盐的形式， 对其生物活性的测试是不利的。我们试图探索有效的方法来合成中性的噻吩并 f 5 7 5 】三环系杂环化合物。 方法一：改变苯并噻吩酮腙的结构，采用特殊的乙氧羰基腙为前体化合物， 按上章的反应方法，再经过碱水解等步骤，成功制备了中性的2 一取代一5 ，6 一二氢 4 h - 噻吩并【2 ，3 一q 1 ，2 ，4 一三唑并 1 ，5 一a 】氮杂卓化合物。 方法二：根据s c h i l d k n e c h t 和h a t z m a n n 对异氰酸与腙的加成反应的报道【8 8 】， 采用类似的方法，经历k n c o 参与的环加成反应、氧化、酸催化关环、重排等 步骤，以期合成中性三唑酮类化合物。 3 2 乙氧羰基腙为前体的中性2 一取代一5 ，6 二氢一4 弘噻吩并 f 2 ，3 一f 1 1 ，2 ，4 一三唑并【1 ，5 一a 】氮杂卓类化合物的合成 由水合肼和碳酸二乙酯反应可以方便地制得乙氧羰基肼9 。在醋酸催化下 9 与噻吩并环己烯- 4 酮3 缩合得到相应的乙氧羰基腙1 0 ( 图2 5 ) 。 h 2 n n h 2 h 2 0 + c o ( o e t ) 2 + h 2 n n f i c 0 2 e t 9 h + + h a n n h c 0 2 e t - a 39 图2 5 , n h c 0 2 e t 1 0 曲必 复里基生盟茔焦硷奎 一_ 簋三童 乙氧羰基腙1 0 与t - b u o c l 在1 0 。c 时按1 ：1 投料反应，可以得到橙红色油状 的q 氯代偶氮化合物1 1 。1 1 在s b c l 5 的作用下可原位制备偶氮基碳正离子，再与 腈在5 0o c 3 5o c 反应3 5 小时，得到环加成扩环产物1 4 。其形成机理与8 相似， 也经历了偶氮基碳正离子1 2 与3 一螺取代的1 ，2 , 4 一三唑盐1 3 。1 4 直接用2 n 的 n a o h 溶液水解脱羧，得到中性噻吩并i ，2 , 4 三唑并氮杂卓类化合物1 5 。由于产 物1 s 为粘稠的油状物，为了便于产物的纯化及结构分柝，我们在油状物中加入 苦味酸的甲醇饱和溶液，将1 5 分别转化为相应的苦味酸盐1 6 a e ( 图2 6 ) 。 ，n h c 0 2 e tn , c 0 2 e t 一影5 呲k 1 1 0 i i i - - - - - - e 1 3 s b c l 6 v 1 2 1 4 s b c l 6 1 5 i 1 0e q u i v t - b u o c i c h 2 c 1 2 ，- 1 0o c ，l h ； i i 1 2e q u i v s b c l 5 c h 2 c 1 2 ，- 5 0o c ，2 h ； i i i 1 5e q u i v r c n c h 2 c 1 2 ，- 5 0o c 3 5o c ，3 h ； i v 2 na q u e o u ss o d i u mh y d r o x i d e ，0 。c ，o 5 h ； v 12e q u i v p i c r i ca c i d m e o h 图2 6 1 6 复呈盘茎亟茎焦盆主筮三童 为了便于产物的纯化分析，尽量避免苦昧酸的干扰，可对产物1 5 先进行柱 层析提纯，而后再加入苦味酸，再经重结晶后可得到纯净的产物1 6 ，结果列于 表九。 表九中性噻吩并1 ，2 ，4 一三唑并氮杂卓三环系1 6 的合成 垡盒塑叠呈 垦垦廛盟! 型( 生主圣垡) 昼盛( ：9 1 6 a m e 38 11 7 8 1 8 2 1 6 b e t47 9 2 0 4 2 0 6 1 6 c n - p r4 7 61 6 2 - 1 6 4 1 6 d p h57 61 6 6 1 6 8 1 堑 里竖鱼i 堑! ! ! ：! ! ! 通过对化合物8 和化合物1 6 的谱图分析比较，可以看出二者的hn m r 谱 图有以下特征，见表十。而二者的”cn m r 在低场均有l o 个芳香环上的碳吸收 峰。i r 谱图均有c = n ，n = n 在1 5 4 0 c m 。处的吸收峰。此外，化合物1 6 的i r 还有c o 的强吸收峰( 1 3 2 0 c m “) 和n 0 2 的吸收峰( 1 4 2 0 c m 1 ) 。化合物1 6 的形成机理与8 类似，也经历了噻吩基的l ，2 一迁移重排，迁移终点为缺电子的六 隅中心n 一2 ，重排导致n 2 插入到碳环的骨架中，从而形成了中性的噻吩并一1 ，2 , 4 三唑并氮杂卓类化合物。 表十化合物8 和化合物1 6 的1 h n m r 谱图比较 复里盘生殖鲎焦逾主 一笠三童 这里我们认为化合物1 6 的形成机理与上一章相似，也经历了偶氮基碳正离 子1 2 与3 螺取代的1 ，2 , 4 一三唑盐1 3 。迁移基团表现出了部分正电性，迁移优先 顺序与迁移基团的碳正离子的稳定性相一致，即是噻吩基发生了迁移，而不是烷 基的迁移。迁移终点为缺电子的六隅中心n - 2 ，而不是n 一4 。迁移具有一定的亲 电特征，是通过分子内的兀络合过渡态的方式进行的。 我们虽已对合成的三环系化合物进行了一些结构表征( i r ，1 hn m r ，”c n m r ，e a ) ，为了进一步证实产物结构，我们培养了化合物1 6 a 的单晶。并通过 x 射线单晶衍射，证实了反应机理与我们的分析结果是相符的。 晶体是用m o k c ( k = 0 7 1 0 6 9 a ) 辐射测定的，晶体数据见表十一。图2 7 为化 合物1 6 a 的单晶图，图2 8 为化合物1 6 a 的晶胞图。表十二为选值键长，表十三 为选值键角。 表十一c r y s t a ld a t aa n ds t r u c t u r er e f i n e m e n tf o r1 6 a 、 e m p i r i c a lf o r m u l a c 1 6 h 1 4n 6 0 7s f o r m u l aw e i g h t4 3 43 9 t e m p e r a t u r e2 9 3 ( 2 ) k w a v e l e n g t h 0 710 7 3a c r y s t a ls y s t e m ，s p a c eg r o u p u n i tc e l ld i m e n s i o n s v o t u m e z ，c a l c u l a t e dd e n s i t y a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t f ( 0 0 0 ) t h e t ar a n g ef o rd a t ac o l l e c t i o n l i m i t i n gi n d i c e s r e f l e c t i o n sc o l l e c t e d u n i q u e c o m p l e t e n e s st ot h e t a = 2 7 1 2 r e f i n e m e n tm e t h o d d a t a r e s t r a i n t s p a r a m e t e r s g o o d n e s s o f - f i to nf 2 l r i c l i n i c ，p l a2 8 1 3 6 ( 7 ) a a l p h a = 7 5 1 7 1 ( 1 0 ) d e g b 。8 6 9 2 ( 7 ) a b e t a28 4 31 4 ( 9 ) d e g c 2 1 4 1 5 8 ( 1 1 ) ag a m m a 27 2 0 9 8 ( 1 1 1d e g 9 2 0 7 ( 1 3 ) a “3 2 ，1 5 6 7m g m “3 0 2 3 2m m “1 4 4 8 2 5 4t o2 7 1 2d e g - 1 0 = h = 1 0 ，一i o = k = 6 ，一1 7 p h 4 - c i c 6 h 4 3 ，4 c 1 2 c 6 h 3 4 - m e o c 6 h a ( 由易到难) ：而由1 9 到2 0 的反应中，a r = 4 - n 0 2 c 6 h 2 时却摄难实 3 2 时 慧伯 默 复星基茔殛圭鲎焦硷基 笸三童 现。 鉴于此我们设想将此方法应用于苯并噻吩酮腙4 。对于三氯苯腙4 a ，在类似 条件下，未能得到预期的与k n c o 的加成产物。改变反应条件，如采取不同的 反应温度、反应时间及物料比等( 见表十四) ，仍未能取得满意结果。我们推测 可能是因为三氯苯基位阻太大的缘故。于是改用位阻较小的苯腙反应，则成功实 现了与k n c o 的加成产物2 3 ( a r = - p h ) 的合成，氧化后产物2 4 的i r 谱中也有 2 2 0 0 c m 。( n = c = o ) 特征峰的存在。但经酸催化关环、重排及水解反应后未能得 到经过中间体2 5 及重排产物2 6 的中性三唑酮产物2 7 ，却得到了较纯的最初的 原料苯并噻吩酮3 ( 图3 0 ) 。 4 v z 7 k n c o ，a c o h ； i q v l n 0 4 ( 2 ) ； 5 0 a q h b f 4 e t 2 0 ，0o c ，5 m i n ； m e c n ，8 0o c ，1 0 1 5m i n ； n a o h 图3 0 n a r n v n 。c 2 0 h b f 4 3 3 盔星盘堂巫鲎焦硷主 差三童 表十四k n c o 与4 a 的反应试验 未得到预期产物 该合成方法中第一步反应是基于异氰酸钾与冰乙酸在原位制备的异氰酸与 芳腙的1 ，3 一偶极环加成反应。第二步是高锰酸钾的氧化开环反应。之后为质子酸 催化的关环反应，而后经c 一3 上的取代基的1 ，2 一迁移重排反应，得到最终产物。 对我们所选取的体系而言，这一方法未能取得满意结果。但通过对其机理的研究 发现，该体系与上一章中化合物8 的合成机理相类似，即也经历了1 ，2 ，迁移重排 的机理( 图3 1 ) 。 r 2 r 2 r z 黔裂笔三r 蛩r r 弹一r r r 2 - n n 【刚一n 图3 1 r 1r 2 j 广n h 州v 卅r 0 k r o e m e r 等一6 1 进行的从头算法的结果表明：该1 , 2 一迁移重排的终点为缺电子 的n 一2 ，迁移基团在三中心过渡态中表现出部分正电性，迁移优先顺序与其碳正 离子的稳定性相一致，例如：e t m e ，i - p r e t ，p h m e 等等。迁移到n 一4 上 的产物尽管相对更稳定一些，但需经历更高的活化能，故没有此类产物生成。这 与第二章的结果是相一致的。 囝 一 ， 复呈基堂殛圭兰焦硷耋 一 一一篮三童 3 4 小结 采用腙与异氰酸直接加成，再经氧化、酸催化关环、重排这一路线未能得到 预期的中性三唑化合物，但对在新体系下研究重排机理有一定意义。 由特殊的苯并噻吩酮腙一乙氧羰基腙出发，合成偶氮基碳正离子，并由此 成功地合成了中性2 取代一5 ，6 一二氢4 球噻吩并 2 ，3 f l 一1 ，2 , 4 一三唑并 1 ，5 - a 氮杂卓 化合物，产物经元素分析、”cn m r 、1 hn m r 、x 一单晶衍射等得到表征。并确 定了迁移取向：是噻吩基发生了迁移，且迁移终点为n 2 。 复呈盘茔巫茎焦盆塞 一一j i 皿 第四章多三唑环化合物在配位化学中的应用 4 1 引言 偶氮基碳正离子具有很好的反应性能，已被用作构建正离子型三唑的有效合 成砌块。在以频哪酮为前体的相应的极性环加成反应中，利用反应中特殊的重排 消去过程，能够得到中性的三唑化合物。基于此，刘毅合成了一系列中性的1 ，3 ，5 三取代一1 ，2