（有机化学专业论文）偶氮基碳正离子的制备及在124三唑衍生物合成中的应用.pdf

复旦大学硕士学位论文 摘要 ( ，l ，3 偶极子的环加成反应是生成五员杂环的有效手段。1 , 2 一二氮杂丙二烯正离 子作为一种正离子型的1 , 3 一偶极子，在反应历程和合成应用上有着独特之处。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 体发生反应，且加成速度快，反应选择性好，产物单一矿一 一一 本论文主要是围绕1 ，2 二氮杂丙二烯正离于与腈发生环加成重排反应而展开 、一一一一 的。l ，2 一二氮杂丙二烯正离子能与腈发生 3 + + 2 】环加成反应，加成的产物随之发 生烷基向六隅中心氮的1 ，2 迁移重排，形成季铵化的三唑杂环。 ， 论文的第一章重点介绍了1 ，2 二氮杂丙二烯正离子与各种亲偶极体，如腈、 、 炔烃、异氰酸酯、碳化二亚胺等发生的环加成反应。 论文第二章介绍了此正离子型的偶极子的环加成反应在合成中性三唑化合 物中的应用。我们利用叔丁基迁移时脱去一分子异丁烯的特点，从频哪酮的腙出 发，经氯代、加成、重排、水解，合成了一系列1 ，3 ，5 三取代的中性三唑化合物。 这些化合物具有或可能具有良好的非线性光学性质。 我们在第三章中讨论了1 ，2 二氮杂丙二烯正离子的环加成反应在构建枝状 、化合物和合成新型配体中的应用。多腈基化合物如5 ，5 二( 4 腈基2 氧杂丁基) 1 , 9 二腈基一3 ，7 二氧杂壬烷或三( 腈乙基) 硝基甲烷与1 , 2 二氮杂丙二烯正离子 以摩尔比1 ：4 或1 ：3 加成，生成具有正离子型枝状结构特征的化合物。产物的 结构经x _ 单晶衍射法确定。此外，从频哪酮或醛前体出发，制得了中性的枝状结 构多三唑化合物。利用2 , 4 ，6 - 三肼基1 ，3 ，5 均三嗪与l ，3 二羰基的缩合反应，得到 、 了类三联吡啶结构的新型配体。广卜一一 复旦大学硕士学位论文 a b s t r a c t 1 3 - d i p o l a rc y c l o a d d i t i o ni s au s e f u lt o o lf 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 d h e t e r o c y c l e s b e i n g ak i n do fp o s i t i v e l y c h a r g e d1 3 - d i p o l e ，1 - a z a 一2 - a z o n i a a l l e n e c a t i o n ss h o ws p e c i a lc h a r a c t e r sb o t hi nr e a c t i o nm e c h a n i s ma n ds y n t h e t i ca p p l i c a t i o n 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 hr e v e r s ee l e c t r o l ad e m a n d t h i s h a sm a d et h e mi d e a l p a r t n e r s f o r m a n y k i n d so f d i p o l a r o p h i l eh a v i n g e i t h e r e l e c t r o n w i t h d r a w i n g o r e 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 sf o c u s e do nt h ep r e p a r a t i o no ft h em o r es o p h i s t i c a t e d l a z a - 2 a z o n i a a l l e n es a l t sa n dt h e i rc y c l o a d d i t i o nt ot h et r i p l eb o n do fan u m b e ro f n i t r i l e s i ti 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 r l u 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 n t ot h e t r i p l e b o n do fn i t r i l e s t h ei n i t i a l l yf o r m e df i v e m e m b e r e d h e t e r o c y c l e sa r eg e n e r a l l yu n s t a b l ea n du n d e r g o1 , 2 一s h i f t so f as u b s t i t u e n ta tc 一3t o t h ee l e c t r o n - d e f i c i e n tn - 2u n d e rm i l d c o n d i t i o n s ，l e a d i n g t o1 , 2 ，4 - t r i a z o l i u ms a l t s t h ef i r s t c h a p t e rs e r v e sa sa 妊e f t r e a t i s eo n1 , 3 一d i p o l a r c y c l o a d d i t i o n s w i t h e m p h a s i so n1 - a z a - 2 一a z o n i a a l l e n ec a t i o n sa n d t h e i rc y c l o a d d i t i o nt om u l t i p l eb o n d so f d i p o l a r o p h i l e ，i n c l u d i n gn i t r i l e s ，a c e t y l e n e s ，c a r b o d i i m i d e sa n di s o c y a n a t e s 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 fn e u r a l 1 , 2 ，4 t r i a z o l ed e r i v a t i v e s u t i l i z i n gt h ec y c l o a d d i t i o no f1 - 一a z a - 2 - a z o n i a a l l e n ec a t i o n s 、 r i t l ln i t r i l e s s t a r t i n gf r o m t h eh y d r a z o n e so f p i n a c o l o n e ，f o l l o w e db y c h l o r i n a t i o n ，c y c l o a d d i t i o n ，r e a r r a n g e m e n t a n d h y d r o l y s i s ，w eg o t as e r i e so f1 , 3 ，5 - t r i s u b s t i m t e dn e u r a l1 - - 1 ，2 ，4 - t r i a z o l e sw h i c h a r ee x p e c t e dt oe x h i b i tg o o dn o n - l i n e a r o p t i c a lp r o p e r t i e s i n c h a p t e r t h r e ew ed i s c u s st h e a p p l i c a t i o n o ft h e c y c l o a d d i t i o n o f 1 - a z a - 2 a z o n i a a l l e n ec a t i o n si nt h ec o n s t r u c t i o no fd e n d r i m e r sa n d s y n t h e s i so fn o v e l l i g a n d s c o m p o u n d sc o n t a i n i n g f o u ro rt h r e e c y a n i d eg r o u p s s u c ha s 5 ，5 - b i s ( 4 - c y a n o - 2 o x a b u t y l ) - 1 ，9 - d i c y a n o - 3 ，7 - d i o x a n o n a n e a n d t r i s ( c y a n o e t h y l e n e ) n i t r o m e t h a n e r e a c t s t o i c h i o m e t r i c a l l y w i t l l1 - a z a - 2 一a z o n i a a l l e n e c a t i o n s t h es t r u c t u r eo fo n ep r o d u c ti sc o n f n r n e db y x r a yd i f f r a c t i o n ，w h i c hs h o w s t h ef e a t u r e so fc a t i o n i c d e n d r i m e r s a i s o ，w ew e r ea b l e t o s y n t h e s i z en e u t r a l p o l y t r i a z o l ec o m p o u n d sh a v i n gd e n d r i t i cs t r u c t u r e sf r o mp i n a c o l o n eo ra l d e h y d e s f u r t h e r m o r e ，b yu s i n gt h ec o n d e n s a t i o nr e a c t i o no f2 , 4 ，6 - t r i h y d r a z i n o - l ，3 ，5 一t r i a z i n e w i t h1 ，3 一d i o n ec o m p o u n d s ，t w on o v e lt e r p y r i d i n e l i k el i g a n d sh a v eb e e np r o v i d e d o n eo f w h i c he x h i b i t sg o o de l e c _ t r o l u m i n e s c e n c e p r o p e r t y 复旦大学硕士学位论文 第一章 第一章前言 含氮杂环化合物与我们的日常生活息息相关。它既可广泛地用作医药、农药、 染料、香料、表面活性剂等精细化学品或相关的中间体，也可用作有机超导材料、 功能高分子、导电材料和有机发光材料等。虽然杂环化合物的合成方法数不胜数， 但就五员杂环来说，1 ，3 偶极环加成反应仍然是构建五员杂环骨架最有效的途径。 1 1 中性1 , 3 偶极体的环加成反应 h u i s g e n 教授等在研究重氮烷烃的加成反应中首次提出“1 ，3 。偶极环加成反 应”的概念。所谓“1 ，3 偶极子”被定义为具有两性离子结构且符合八隅体规则 的一类化合物。它与具有多重键的亲偶极化合物进行1 ，3 环加成，并生成五元环 化合物的反应就称为“1 ，3 偶极环加成反应”。在加成反应中，形式电荷消失，形 成中性化合物( 图1 ) 。 d p 0 i e 窃一少。念 d i p o l a r o p h i l e i d l e b ； 图1 1 ，3 - 偶极子的一个共同特征是它们都有一个烯丙型负离子n3 4 体系引。如果 在垂直于此烯丙型负离子的分子轨道上还有一个n 轨道，此时的1 ，3 偶极子便以 线性的丙二烯型1 ，3 - 偶极形式存在( 图2 ) 。 复旦大学硕士学位论文 第一章 烯丙型 。乒i l i 古c 丙二烯炔丙型 a = = ：b c t a = = b 2 c h 4 “ 图2 4 “ i ，3 一偶极子种类很多，就第二周期元素( c 、n 、o ) 来说，形成的常见偶极 子就有十几种。我们比较熟悉的一些用于l ，3 - 偶极环加成反应的偶极体系有： 腈内锚盐( n i t r i l ey l i d e s ) 偶极体系 重氮烷( d i a z o a l k a n e s ) 偶极体系 叠氮烃( a z i d e s ) 偶极体系 腈亚胺( n i t r i l e m i n e s ) 偶极体系 硝酮( n i t r o n e s ) 偶极体系 r c = n c h ， n = n c h ， n = n n h l 卜c = n n h ) c = 章一6 i 腈氧化物( n i t r i l eo x i d e s ) 偶极体系r _ 古：n 一6 此外还有甲亚胺内锚盐( a z o m e t h i n ey l i d e s ) 偶极体系，甲亚胺亚胺( a z o m e t h i n e m i n e s ) 偶极体系等。此外，某些含有高周期性元素如s 、p 的1 ，3 - 偶极子也已发 现，它们的制备及合成应用同样显示出良好的前景。 从加成机理来看，h u i s g e n 等认为1 ，3 偶极环加成的反应是一步的协同反应 3 1 ，但随后f i r e s t o n e 却提出了分步、双游离基机理或偶极中间体等反应历程【4 】，从 复旦大学硕士学位论文 第一辛 而引起了有关反应机理的讨论，并对反应机理进行了深入的理论计算。大量研究 结果表明，1 1 3 一偶极环加成主要是按协同机理进行的”“1 。 在已报道的l ，3 一偶极体中，绝大多数为活泼的化合物，它们很不稳定，不易 纯化，多半用它们的溶液与亲偶极体进行加成，更多的是在亲偶极体的存在下原 位制备偶极体。环加成的反应速率不受溶剂的介电常数及极性的影响【9 】，且反应 容易进行，具有较负的活化熵z x s l l 0 】，同时具有立体、区域、非对映专一性和选择 性【1 1 1 。 鉴于l ，3 一偶极环加成反应的特点，1 ，3 - 偶极环加成反应在杂环和天然产物的 合成上获得了惊人的发展。新方法，新策略不断出现，1 ，3 一偶极环加成反应的内 容也日益丰富多彩。非电中性的1 ，3 一偶极环加成反应便是其中的一种。 1 2 带电荷的1 , 3 偶极体的环加成反应 以上所列举的1 ，3 偶极子虽具有偶极形式，但整个偶极子是电中性的。整体 上表现为亲核性，即易与贫电子的亲偶极子反应，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，一类离子型的四电 子三中心的化合物与多重键的环加成反应引起了化学家们的注意，并被称为极化 环加成反应【1 2 】，以区别于传统的中性1 ，3 偶极环加成反应。这类偶极体系带有正 电荷或负电荷，通过电荷离域而稳定。它们既易与贫电子的亲偶极体反应，又易 与富电子的亲偶极体反应，而且在环加成反应时表现出了许多特有的性质。 带电荷偶极子的环加成反应种类很多，主要的类型有【4 + + 2 ， 3 + + 2 ， 3 + + 4 ， 2 + 十2 ， 2 + + 4 ， 1 + + 2 】，【1 + + 4 】， 3 1 1 2 】，【4 + 2 】等。早期的一些工作s c h m i d t 【1 3 】已有综 述。其中【4 + + 2 】和【3 + + 2 环加成反应最具代表性，如洳氯代化合物在l e w i s 酸作用 下产生的正离子型偶极体，可以和炔烃发生环加成反应生成喹啉 1 4 1 ，与腈发生 【4 + + 2 】环加成反应生成喹唑啉【”】( 图3 ) 。 复旦大学硕士学位论文 第一章 箨高一r r 夕 拶卫b 图3 c c 卤代酮在l e w i s 酸的作用下除去卤离子得到正离子型偶极子，能与腈发生 【3 + + 2 】环加成反应( 图4 ) 1 1 6 1 。同样c 【- 羟基酮、o r - 偶氮酮在质子酸的作用下也能发 生类似的反应。 r 丫 j r l 丫h 坚 r 0 妒氐o r 图4 极化环加成反应与偶极环加成反应相比较，主要有两方面的特征：1 具有 较强的亲电性或亲核性，可以较容易地与烯、炔烃或杂多重键发生环加成反应； 2 反应具有离子性的特点，分子内可逆环加成反应的趋势比偶极环加成反应要 弱得多。 1 3 累积烯烃类正离子的环加成反应 杂累积烯烃正离子是一种新型的合成子，它能够发生极性的环加成反应，且 加成反应具有逆需电子的特征，可用于杂环化合物的合成。通常它们是一类相当 一 十阳火 复旦大学硕士学位论文 第一辛 活泼的中间体，不能分离得到1 7 1 ，但可以被带有孤对电子的杂原子如o 、n 、s 或卤素以烯丙基共振结构1 8 1 所稳定。主要类型有：烯酮亚胺正离子偶极体系、2 氮丙二烯型正离子偶极体系、二硫氮正离子偶极体系、1 ，3 一二氮2 一氮正离子偶极 体系、1 , 2 二氮杂丙二烯正离子偶极体系等。下面分别举例说明它们的环加成反 应： r 2 + ，r 4 c = c = n r 1 7 r 3 r 2 十，r 4 r 1 c = n = c , , r 3 s = n = s k e t e n i i n i n i u mi o n s 2 - a z o r t i a a u e n i u mi o n s d i t h i o n i t r o n i u mi o n s 一汹一醇 芦一r 。 1 , 3 - d i a z a - 2 - a z o n i a a l l e n i u mi o n s 1 - a z a - 2 一a z o n i a a l l e n i u mi o n s 1 3 1 烯酮亚胺正离子( k e t e n i m i n i u mi o n s ) g h o s e z 1 9 也1 】在合成新的单环和双环d 内酰胺抗生素的过程中，报道了丙二 烯型烯酮亚胺离子的制备及反应性能。丙二烯型正离子1 与亚胺发生 2 + 2 】环加 一 醋r t acoj(ch2)tr-cn l 。恕卜艇争 r 1 ，矾r 2 m 。烈沪f 婚一礤 缸c 抄) n h o v | c h 2 ) n 广r 2 + lr ；温i lj 8 上 图1 1 高 墅三k n a o hr r 3 r 5 1 3 与传统的l ，3 偶极予相反，这类正离子更容易与富电子炔烃反应，即环加成 具有“逆需电子”的特点，与丁炔二酸二酯则未能实现其相应的加成反应。 一 复旦大学硕士学位论文第一章 1 3 5 3 与碳化二亚胺的环加成反应 l ，2 二氮杂丙二烯正离子不仅能与三重键发生环加成反应，也能与二重键反 应。如与碳化二亚胺的反应 3 0 】。半经验的方法( a m l ) 计算表明，环加成是分步进 行的( 图1 2 ) 。 一隆刁 1 wn k oi 一。懑n - - r 3 丝型k 0 逋r 。 一可n 麓嘛。一一盏、 “- m c r 5 “ i ! 爨t 医槲一隧一卜 撬一罐。，。 磕 复旦大学硕士学位论文 第一章 能够生成具有独特取代模式的化合物。 1 4结语 1 3 偶极环加成反应为五员杂环提供了有效的合成手段。而近年来报道的1 ，2 一 二氮杂丙二烯正离子等带电荷的1 ，3 偶极子的加成反应，不仅在概念上拓宽了偶 极加成的范畴，同时也丰富了杂环的合成策略。但其加成机理及重排机理还未研 究得十分透彻，在合成上的应用也还需进一步探索。 1 2 二氮杂丙二烯正离子的偶极加成反应产物多为杂环部分带电荷的盐类化 合物，因此需要寻求方便适用的路线以得到中性的杂环化合物。本文从特殊结构 的酮前体出发，旨在实现中性三唑化合物的合成，由此合成了一系列特殊取代模 式的唑类杂环化合物。此外还尝试将l ，2 一二氮杂丙二烯正离子的偶极加成反应应 用到枝状结构分子的构建和新型配体的合成中去，力图从适用范围和合成应用等 方面对此反应进行较为系统完整的研究。 参考文献 1 ( a ) h u i s g e n ，r a n g e w c h e m 1 9 6 3 ，7 5 ，6 0 4 ；a n g e w c h e m ，i n t e d e n 9 1 1 9 6 3 ，2 ，5 6 5 ( b ) h u i s g e n ，r a n g e w c h e m 1 9 6 3 ，7 5 ，7 4 2 ：a n g e w c h e m ，i n t e d e n 9 1 1 9 6 3 ，2 ，6 3 3 2 f u k u i ，k l o w d i n ，eq ，p u l l m a n ，b ，“i nm o l e c u l a ro r b i t a l si r lc h e m i s t r y , p h y s i c sa n d b i o l o g y ”，e d s ；a c a d e m i cp r e s s ：n e wy o r k ，1 6 4 3 ( a ) h u i s g e n ，r ，o r g c h e m 1 9 6 8 ，3 3 ，2 2 9 1 ( b ) h u i s g e n ，r j ：o r g c h e m 1 9 7 6 ，4 1 ，4 0 3 4 ( a ) f i r e s t o n e ，r a o r g c h e m 1 9 6 8 ，3 3 ，2 2 8 5 ( b ) f i r e s t o n e ，r a ，o r g c h e m1 9 7 2 ，3 7 2 1 8 1 ( c ) f i r e s t o n e ，r a t e t r a h e d r o n1 9 7 7 ，3 3 ，3 0 0 9 ( d ) f i r e s t o n e ，r a c h e ms o c a 】 1 9 7 0 ，1 5 7 0 5 p o p p i n g e r , d ，a m c h e m s o c 1 9 7 5 ，9 7 , 7 4 8 6 6 c a r a m e l l a , p ；h o u k , k m ；d o m e l s m i t h ，l n j ：a m c h ms o c 1 9 7 7 ，9 9 4 51 1 7 k o m o m i c k i ，a ；g o d d a r d ，j d ；s c h a e f e r , h ej ：a m c h e m s o c 1 9 8 0 。1 0 2 1 7 6 3 8 m c d o u a l l ，j j w ；r o b b ，m a ；n i a z i ，u ；b e m a r d i ，f ；s c h l e g e l ，h b ，a m c h e ms o c 1 9 8 7 ，1 0 9 ，4 6 4 2 9 ( a ) h u i s g e n ，r ；s t a n g l ，h ；s t u r m ，h j ；w a g e n h o f e r , h a n g e w c h e m 1 9 6 1 ，7 3 ，1 7 0 ( b ) h u i s g e n ，r ；s z e i m i e s ，g ；m o b i u s ，l c h e r t l b e r 1 9 6 7 ，o d ，2 4 9 4 1 0 h u i s g e n ，r ；m o b i u s ，l ；m u l l e r , g ；s t a n g ，h ；s z e i m i e s ，g ；v e r n o n ，j m c h e r t lb e r 1 9 6 5 9 8 ，3 9 9 2 复旦大学硕士学位论文第一章 11 ( a ) h u i s g e n r ；c o t t h a r d t ，h ；c r a s h e y , r c h e mb e r 1 9 6 8 ，1 0 1 ，5 3 6 ( b ) c h r i s t i ，m h u i s g e n r t e t r a h e d r o nl e t t 1 9 6 8 ，5 2 0 9 s c h m i d t ，r r t e t r a h e d r o nl e f t1 9 6 8 ，3 4 4 3 s c h m i d t r r a n g e w c h e m 1 9 7 3 ，8 3 ，2 3 5 ：a n g e mc h e m i n t e de n 9 1 1 9 7 3 ，1 2 3 ) ，2 1 2 s c h m i d t r r a n g e w c h e m 1 9 6 4 ，7 6 ，9 9 1 ；a n g e w c h e m ，i n t e d 勘9 1 1 9 6 5 ，3 ，8 0 4 m e e r w e i n ，h ：l a a s c h ，p ；m e r s c h ，r ；n e n t w i g ，j c h e m b e r1 9 5 6 ，8 9 ，2 2 4 ( a ) l o r a ，t a m a y o ，m ；m a d r o n e r o ，r ：g r a c i a n ，d ；g o m e z p a r r a ，vt e t r a h e d r o ns u p p l 1 9 6 6 8 ，3 0 5 ( b ) l o r a - t a m a y o ，m ；m a d r o n e r o ，r ；l e i p p r a n d ，h c h e mb e r 1 9 6 4 ，9 7 ，2 2 3 0 m a r c h j “a d v a n c e d o r g a n i c c h e m i s t r y ”，4 t he d ，w i l e y , n e w y o r k ，1 9 9 2 ，p 1 4 l - 1 4 9 h o f f m a n h m r a n g e w c h e m 1 9 8 4 ，9 6 , 2 9 ：a n g e w c h e m ，i n t e de n 9 1 1 9 8 4 ，2 3 1 g h o s e z ，l ；m a r c h a n d - b r y n a e r t ，j a 如o r g c h e m 1 9 7 6 ，9 4 2 l _ g h o s e z ，l ；g e n i c o t ，c ；g o u v e m e u r , vp u r e a p p l c h e m 1 9 9 2 ，甜，l8 4 9 g h o s e z ，l ：b o g d a n ，s ；c e r e s i a t ，m ；f r y d r y c h ，c ；m a r c h a n d - b r y n a e r t ，j ；p o r t u g u e z ，m m h u b e l1 p u r e a p p l c h e m 1 9 8 7 ，5 9 ，3 9 3 s c h l e i m e r , r ；h o m i g ，k ；m o i l e r , m h ；w u r t h w e i n ，e 一u e mb e r 1 9 9 3 ，1 2 6 ，1 3 3 p a s s m o r e ，j ；s u n ，x ；p a r s o n s ，s c a nj = c h e m 1 9 9 2 ，7 0 ，2 9 7 2 p a r s o n s ，s ；p a s s m o r e ，j ；s c h r i v e r ，m j ；s u n ，x i n o r g c h e m 1 9 9 1 ，3 0 ，3 3 4 2 w i r s e h u n ，w ；j o e h i m s ，j c s y n t h e s i s1 9 9 7 ，2 3 3 w i r s c h u n ，w ：；m a i e lg 4 以；j o e h i m s ，j c t e t r a h e d r o n1 9 9 7 ，5 3 ，5 7 5 5 w a n g ，q ；j o e h i m s ，j c ；k o h l b r a n d t , s ；d a h l e n b u r g ，l ；a l 一1 u i b ，m ；h a m e d ，a ；i s m a i l ，a e s e n t h e s i s1 9 9 2 ，7 1 0 a l - m a s o u d i ，n ；a l s o u d ，ya ；g e y e r a t e t r a h e d r o n1 9 9 9 ，5 5 ，7 5 1 w a n g ，q ；a l 一训i b ，m ；j o c h i m s ，j c c h e m b e r 1 9 9 4 ，1 2 7 , 5 4 1 w a n g ，q ；a m e r , a ；1 b l l ，c ；f i s c h e r ，h ；j o c h i m s ，j c c h e r a b e r 1 9 9 3 ，1 2 6 ，2 5 1 9 w a n g ，q ；m o 虹s ；j o e h i m s ，j c c h e m b e r 1 9 9 4 ，1 2 7 ，9 4 7 1 4 - 坦b h m 掩拇加引 控m 西拍 勰凹” 复旦大学硕士学位论文第= 章 第二章多取代1 , 2 ，4 三唑的合成 2 1 引言 1 ，2 ，4 三唑类化合物具有广泛的生物活性，如抗菌忆消炎 2 1 ，抗癌等。 c a t h e v q 指出，含有c c n - n 骨架的有机分子对植物有促进生长作用，而三唑类 化合物及其c 核苷在医药等领域已得到了广泛的应用【5 1 口由于非核苷类化合物具 有较低的毒性及很好的疗效，近年来科学家已开始将目光转向对非核苷类化合物 的研究。带有1 ，2 ，4 三唑的非核苷类化合物因具有较强的抗病毒性【6 罐】，可用于治 疗肿瘤和艾滋病而成为抗病毒药物研究的重点1 8 】。 近年来，有机非线性光学材料的研究是一个非常活跃的领域，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【9 】。最近又发现，某些1 ，3 ，5 三 取代。1 ，2 ，4 三唑具有优异的非线性光学性质。其中具代表性的化合物如3 ，5 - 二甲 基1 一( 4 一硝基苯基) 1 h - 1 ，2 ，4 三唑( d m n t ) 1 1 0 - 1 3 1 。以d m n t 为给体，可获得 较高的透明性光学非线性性能比( t n l ) ，非线性系数d 3 3 为2 9 + 4 p m v 。要深 入探讨这类杂环化合物的非线性光学性质以有目的地进行有机二阶非线性光学 材料的分子设计，这就对l ，2 ，4 三唑的合成及三唑环上取代模式的实现提出了相 应的要求。1 ，3 ，5 三取代1 ，2 ，4 三唑便是其中具有独特取代模式的一类化合物。 苯肼与二酰基胺在弱酸催化下的缩合反应( e i n h o m - b r u r m e r 反应) f 1 4 ：5 是较 早应用于制备1 ，3 ，5 - 三取代i ，2 ，4 一三唑的方法( 图1 4 ) 。 a r n i - i n h 2 掣刚妞酩 再雨丁 一7 k r 2 此后，相类似的缩合反应便成为制备此类三取代一1 ，2 ，4 三唑的方法。比如1 一 复旦大学硕士学位论文 第= 章 苯基酰胺腙与醋酐作用环化1 7 】，或者经由与醛缩合形成三唑啉再经高锰酸钾的 醋酸溶液氧化制得相应取代三唑( 图1 5 ) 。 ，n h 2 p h c 弋 、n n h p h a c 2 0 g = a l k y l ，p h ，3 - c 5 h 4 n p h 、卜n h | n 产r n p h 图1 5 k m n 0 4 p h 犷n h n 尸r p h 在此期间，h u i s g e n 发展了1 ，3 - 偶极环加成反应，并将之广泛地应用于杂环 合成中去。从腈亚胺这种偶极子出发，可得较高产率的1 ，3 ，5 三芳基、1 烷基3 ，5 二芳基、5 烷基1 ，3 二芳基取代的1 h - 1 ，2 ，4 - 三唑 1 蛐“。2 ，5 - 二取代四唑的热解产 生腈亚胺，随之原位与各种多重键化合物进行环加成反应。例如，于1 6 0 下加 热2 5 二苯基四唑和对氯苯腈的混合物可得相应加成产物【2 0 1 。类似的，与苯氧 基乙腈的加成反应可得1 ，3 二苯基- 5 - 苯氧基三唑( 图1 6 ) 。 i 6 0 ，n ， p h c 三n n p h 图1 6 p h 广繇 n 卜c 6 1 - 1 4 - 4 _ c l n p h p h 、 广 n 尸c h 2 0 p h n p h 与此同时，h u i s g e n 在较低温度下，以醛腙为前体，同样得到了腈亚胺偶极 - 1 6 - 复旦大学硕士学位论文第= 章 子。苯甲醛的苯腙经a 一氯代后得到a 一氯苯甲酰苯腙，在三乙胺 2 0 , 2 1 1 或路易斯酸 如a i c l 3 作用下，生成的腈亚胺可与醛肟反应生成三唑啉经脱水得到中性的取 代三唑【2 1 】( 图1 7 ) 。 c i 坠型 p h c 三蠢如h p h c = n n h p h l “”j ：旦8 0 丝- p h 、弋厂2 - c 5 h 4 n| | n n 2 - c s h 4 n c h = n o h 图1 7 o h p h n 2 c 5 h 4 n 心 n n p h 但此类1 ，3 偶极加成反应通常要求亲偶极子具有一定的亲核性，也就是亲偶 极子的多重键邻位带有吸电子基的底物较容易反应，因此对取代基的电子性能有 一定的要求。 此外，由于三唑环上n 原子的亲核性，由取代三唑直接烷基化亦可得1 ，3 ，5 一 三取代一l ，2 ，4 三唑。如3 ，5 二甲基s 三唑与重氮甲烷的甲醇溶液或碘甲烷与甲醇 钠的反应可得1 位甲基化的产物f ”2 4 1 。 以上的各种制备取代三唑的方法中，1 ，3 - 偶极加成反应由于其原料易得，反 应方便无疑是最为有效的手段。我们在研究1 ，2 - 二氮杂丙二烯正离子这一新型的 偶极子的反应时，同样希望能得到中性的化合物，从而能将此类反应广泛应用于 合成中去。在以频哪酮为前体的相应极性环加成反应中，我们发现利用反应中特 殊的重排消去过程，能够得到中性的1 ，3 ，5 - 三取代1 ，2 ，4 - 三唑。本章对此制备方 法进行了探讨，合成了一系列1 ，3 ，5 三取代一i ，2 ，4 三唑，并提供了一条方便快捷、 产率较高的路径。 复旦大学硕士学位论文第= 章 2 2 1 , 3 ，5 三取代- 1 - 1 ，2 ，4 一三唑的合成i 双压鳓；? 如图1 8 所示，频哪酮的芳腙1 6 经次氯酸叔丁酯氧化生成q 一氯代偶氮化合 物1 7 ，后者在l e w is 酸如$ b c l i 或a i c l ，的作用下，离去c 1 ”而生成活泼的中间 体1 ，2 一= 氮杂丙二烯正离子盐1 8 。1 8 可被腈类化合物俘获，通过环加成反应生 成l ，3 ，3 ，5 四取代3 - 1 ，2 ，4 三唑盐1 9 。由于化合物1 9 的n ( 2 ) 具有六隅体n + 共 振结构，所以在室温条件下，c ( 3 ) 上的取代基可迸一步发生i ，2 一迁移重排。在取 代基迁移的竞争过程中，由于叔丁基碳正离子比甲基碳正离子稳定得多，因此叔 丁基的迁移为主要反应。从得到的反应产物的谱图来看，没有甲基迁移的产物， 这是预期之中的，但同时叔丁基消失了，低场出现了活泼氢的信号，且在红外谱 图中可观察到约3 3 0 0 处有一吸收峰，清楚地表明了n h 键的存在。因此我们认 为叔丁基不仅发生了迁移，而且在迁移过程中失去了一分子异丁烯，生成了质子 化的1 ，2 ，4 三唑2 0 。在冰浴冷却下，此质子化的三唑盐再经n a o h 水解可容易地 得到中性三唑2 1 。 ch3tbuocl t - b u 。多仁卜舭1 瓦i c l v0 瓦芦 7 c h ，。3 h 1 6 c 1 ls b c l 5 钮广c i - - 。n 刊咄1 面再 8 u p 仁矧等 r ，c h 3 r z 鹚罩r i is b c l 6 。心 r l 1 9 1 8 r 1 ；c 6 h 4 n 0 2 1 , 2 迁移 + - h 2 c 2 c ( c h 3 h n 彬娼 图 复旦大学硕士学位论文 第= 章 在有机非线性光学材料的研究中，在大量实验数据和理论计算的基础上提出 了所谓“电荷转移理论”，“分子工程”和“晶本工程”【25 】等概念，用以指导化合 物的设计和合成。作为非线性分子材料设计的基本要求，需使分子的最大吸收蓝 移，同时要有较高的超极化值( 0 ) 。有机分子具有高非线性光学系数、响应快速 等特点，符合工程设计的需要，但另一方面，具有高b 值和同时具有较好的透明 性( t ) 却是相互对立的。有机分子的b 值与它的共轭波长和分子间电荷转移能 力相关。b 值的增加，会引起分子的吸收波长红移。许多理论和试验的研究结果 表明，分子中同时拥有电荷给体和受体官能团的多芳环化合物往往具有较高的 t n l 值。为此要求，1 ) 分子应具有尽可能大的p 电子共轭体系；2 ) 在n l o 功 能团两端分别引入推拉电子基团以强化去诱导的电荷转移程度。我们发现，利用 图1 8 ，选取对硝基苯肼和乙腈为反应物可以方便地制得d m n t 。只要对d m n t 的三唑环进行修饰，改变l 、3 、5 位取代基团的电子性质，就可能会得到符合要 求的光学性能良好的化合物。根据d e w a r 规则，在苯环的邻对位引入吸电子基， 可使吸收蓝移。因此我们有目的地在三唑的1 位引入三氯苯基，合成了一系列1 位为2 , 4 ，6 三氯苯基取代的l ，2 ，4 三唑。此外，选取不同的含腈基的化合物与之 加成，可以得到5 位不同r 基取代的三唑( 如表1 ) 。 表1多取代三哇的制备 复旦大学硕士学位论文 第= 章 2 3 重排消去机理探讨 加成产物1 9 在发生重排时叔丁基优先迁移，并脱去一分子异丁烯得到质子 化的取代三唑盐2 0 。反应中没有分离到叔丁基未消去的产物。此重排过程具有 w a g n e r m e e r w e i n 重排反应的特征，即r 基团( 可以是烷基或芳基) 带电荷迁移 到邻位的正电荷中心，引起碳架的改变，形成异构化正离子。但两者又有着不同 之处。在形式上，后者的迁移终点通常为碳正离子，而前者为六隅体结构的n + 原子；在过程上，后者在迁移时，r 基是带着孤对电子迁移到相邻的缺电子中心 的，即为亲核性的迁移，而特殊的r 基迁移能力序列表明，前者的迁移过程为 亲电性的迁移。 w a n g 等指出，r 基的迁移能力序列依次为氢 叔丁基 异丙基 乙基 甲基 三氟甲基，烷基 芳基，总体上表现为能够生成稳定碳正离子的取代基优先迁移， 这与w a g n e r m e e r w e i n 重排的迁移能力序列恰好相反。这些事实表明，r 基在迁 移时，有可能是以碳正离子的形式迁移到邻位的旷上。 与叔丁基迁移时脱去一分子异丁烯相比，异丙基在迁移时则没有发生消去反 应 2 6 1 ，仅生成n 2 位异丙基取代的三唑盐。两者的差异引起了我们的注意。我们 感兴趣的是：叔丁基重排消去的实质是什么? 是否类似结构的季碳原子在发生迁 移时都会伴随着消去反应? 为了便于检测消去反应所产生的烯烃，我们选取了两个a ，a 一二取代的环 酮，即2 ，2 一二甲基环己酮和螺 4 ，5 癸一6 一酮。与频哪酮的结构相似，这两种取 代环己酮的羰基a 位碳皆为季碳原子。如果它们也能发生类似的重排消去反应生 成烯烃，则可利用环酮母体中的碳链将产生的烯烃拉住，从而检测到相应的双键 信号。 2 3 1 取代环己甯的制备 按照文献制法【2 7 】，a