（有机化学专业论文）联烯的自由基反应和缺电子联烯的亲核加成反应.pdf

浙江大学理学博士论文 摘要 本论文主要研究了三乙酸锰参与的联烯与丙二酸二甲酯、氰基乙酸乙酯的自 由基反应，联烯二苯基氧膦、联烯亚砜的碲( 硒、硫) 化反应以及炔基二苯基氧 膦的碳铜化反应。全文共分三个部分。 一、 研究了三乙酸锰参与的联烯与丙二酸酯、氰基乙酸乙酯的自由基反应。 ( 1 ) 在三乙酸锰的作用下，丙二酸酯、氰基乙酸乙酯自由基与1 一烷基苯基联 烯的中间碳发生分子间的自由基加成反应，最终生成5 一烷基一4 一甲基一3 一 甲氧羰基( 氰基) 一5 一苯基丁烯酸内酯化合物。( 2 ) 在三乙酸锰的作用下，丙 二酸酯与芳基联烯发生分子间的自由基加成反应，并最终生成2 一( 1 一甲基一2 一羰基一2 一芳基一亚甲基) 一丙二酸二甲酯化合物。( 3 ) 我们对三乙酸锰参与 的丙二酸酯与联烯的分子内反应也进行了探讨，通过把丙二酸酯和联烯结构单元 构建于同一个分子之内，在三乙酸锰的作用下，生成具有环外双键的五元碳环化 合物。 二、 主要研究了b 一有机碲( 硒、硫) 取代的烯丙基二苯基氧膦、烯丙基亚 砜的合成及其在有机合成中的应用。通过有机碲( 硒、硫) 钠试剂对联烯二苯基 氯瞵、联烯亚砜的区域选择性加成，以较好的产率生成b 一有机碲( 硒、硫) 取代的烯丙基二苯基氧膦、烯丙基亚砜化合物。同时还研究了b 一有机碲取代 的烯丙基二苯基氧膦、烯丙基亚砜与末端炔烃的偶联反应。 三、研究了二烷基铜试剂与炔基氧膦的碳铜化反应，反应中生成的二苯基氧 膦烯基铜中间体，可以与多种亲电试剂如j ：，p h s e b r ，p h t e l ，烯丙基溴反应， 合成了f l 一官能化的烯基二苯基氧膦和取代的l ，4 - 二烯。这为多取代烯基二苯 基氧膦的立体及区域选择地合成提供了一条新的途径。 浙江大学理学博士论文 a b s t r a c t i i i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h em n ( o a c ) 3 m e d i a t e dr a d i c a lr e a c t i o no fa l l e n e sw i t h d i m e t h y lm a n o l a t ea n de t h y lc y a n o a c e t a t e ；t h eh y d r o c h a l c o g e n a t i o nr e a c t i o n o f a l l e n y ld i p h e n y lp h o s p h i n eo x i d e sa n da l l e n y ls u l f o x i d e s ；a n dt h ec a r b o c u p r a t i o no f a c e t y l e n i cp h o s p h i n eo x i d e sw e r ei n v e s t i g a t e d f i r s t l y , t h em n ( o a c ) 3 一m e d i a t e dr a d i c a l r e a c t i o no fa l l e n e sw i t hd i m e t h y l m a n 0 1 a t ea n de t h y lc y a n o a c e t a t ew a si n v e s t i g a t e d ( 1 ) t h er a d i c a li n t e r m e d i a t e s ， g e n e r a t e df r o md i m e t h y lm a l o n a t ea n de t h y lc y a n o a c e t a t ei nt h ep r e s e n to fm n ( o a c ) 3 ， t a k eai n t e r m o l e c u l a rc e n t r a la t t a c kt o 1 - a l k y lp h e n y l a l l e n e s t o g i v e a d d i t i o n i n t e r m e d i a t e s ，w h i c hw e r ec o v e r t e dt o5 一a l k y l - 4 - m e t h y l 2 一o x o 一5 - p h e n y l 一2 5 - d i h y d r o f u r a n 一3 一c a r b o x y l i ca c i dm e t h y le s t e r ( o re a r b o n i t r i l e ) f i n a l l y ；( 2 ) t h er a d i c a l i n t e r m e d i a t e s ，g e n e r a t e df r o md i m e t h y lm a l o n a t ei nt h ep r e s e n to fm n ( o a c ) 3 ，t a k ea i n t e r m o l e c u l a rc e n t r a la t t a c kt oa r y l a l l e n e st og i v ea d d i t i o ni n t e r m e d i a t e s ，w h i c hw e r e c o v e r t e dt o2 - r 1 - m e t h y l - 2 - o x o 2 a r y l e t h y l i d e n e ) 一m a l o n i ca c i dd i m e t h y le s t e rf i n a l l y ； ( 3 ) b yb u i l d i n g t h eu n i t eo fm a n o l a t ea n d a l l e n y l i n t oo n em o l e c u l e ，t h e m n ( o a c ) 3 一m e d i a t e di n t r a m o l e c u l a rr e a c t i o nw a sa l s oi n v e s t i g a t e d s e c o n d l y ，t h es y n t h e s i so fb - o g a n o c h a l c o g e n y ta l i y lp h o s p h i n eo x i d e s ， g - o g a n o c h a l c o g e n y la l l y lp h e n y l s u l f o x i d e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o ni no r g a n i cs y n t h e s i s w a si n v e s t i g a t e d t h r o u g ht h er e g i o s e l e c t i v ea d d i t i o no fo r g a n y lt h i o l a t e ，s e l e n o l a t eo r t e l l u r o l a t ea n i o n st o a l l e n y lp h o s p h i n e o x i d e sa n d a l l e n y ls u l f o x i d e s ，t h e 8 - o g a n o c h a l c o g e n y la l l y lp h o s p h i n eo x i d e s a n d 8 - o g a n o c h a l c o g e n y la l l y l p h e n y l s u l f o x i d e s w e r eo b t a i n e di n g o o dy i e l d s t h ec o u p l i n g r e a c t i o no f1 3 一 p h e n y l t e l l u ma l l y lp h o s p h i n eo x i d ea n db - p h e n y l t e l t u r na l t y ls u l f o x i d ew i t ht e r m i n a l a l k y n e sw e r ea l s os t u d i e da tt h es a m et i m e t h k d l y ，c a r b o c u p r a t i o no fa c e t y l e n i cp h o s p h i n eo x i d ew a si n v e s t i g a t e d t h e v i n y l c o p p e ri n t e r m e d i a t e ss t a b i l i z e db yt h ea - d i p h e n y lp h o s p h i n eo x i d er e a c tw i t h e l e c t r o p h i l e s ，s u c ha sh ，p h s e b r , p h t e la n da l l y lb r o m i d et og i v ea f u n c t i o n a l i z e d v i n y lp h o s p h i n eo x i d e sa n d1 , 4 一d i e n e s 浙江大学理学博士论文 前言 联烯是指一类舍有1 ，2 一丙二烯官能团的化合物，本身就有独特的结构。 联烯官能团的三个碳原子中末端的两个s p 2 杂化的碳原子以剩下的未杂化的p 轨 道与中间的s p 杂化的碳原子的两个相互垂直的p 轨道交盖形成两个相互垂直的 p 轨道，这一方面使这三个碳原子上有着不同的电子云密度，同时当联烯带有其 他基团时，由于取代基的立体、电子等因素影响，更赋予了这类化合物具有特殊 的反应性能“l 。 如今，随着化学家不断的探索和研究，人们发现联烯在化学反应中扮演着重 要角色，联烯可作为染料、药物、添加剂等合成的中间体，也可将它的聚台物和 共聚物应用于油漆、纤维等行业。联烯独特的结构及其化学性能吸引着越来越多 化学家的注意，联烯化学正逐渐成为一个热门研究课题。本论文的前言部分就联 烯的自由基反应、联烯的亲核加成反应作一回顾。 1 联烯的自由基反应 联烯由于是含脊h2 一丙= 烯官能团的化台物，具有很黼的反应活性。联 臻缀餐鬓遘毒亍錾盘麓瓣链热戒反斑，蠢壹基砖联菇浆燕或嚣哥以菱生在中心谈纛 予上，也可以发生弦末端碳原子上，分别生成不同产物。自国旗对联烯的加成是 中间谶攻还是末端进攻取决于形成的足见中间体的稳定性( s c h e m e1 ) “。“。困 既，一羧试舞交予燎涎基塞由萋熬稳定瞧裹于己题羹謇由鏊，瓤滋叁塞基对袋鳝 的加成多为中间进攻，但实际情况并不如此简单，取决于多种因素。 浙江大学理学博士语文 中问进攻 末端进攻 r x ， = - 一 ) ( 一旦 = = 一 垒： s c h e m e1 r 、c h 2 y h 只x r h c y x h 、 c m y r 只x ry = = h h 。x b o l t 等研究发现( n o 。c h b r 在光照条件下与取代联烯的加成主要得到末 端进攻的产物( s c h e m e2 ) 娜。 b r c h ( c n ) 2 卫, c h ( c n ) 2 + r r 户i r 形r ir 3 r 4 + r 黔心刚b h 绺艮+ 渺2 c h ( c n ) 2c h ( c n ) 2 。 l + b r c h ( c n ) 2 + 1 , c h ( c n ) 2 j + b r c h ( c n ) 2 c h ( c n ) 2 ； b 耕r 1r 3 心+ r r 1r 3 b r ：h 擀_ r 1r 3 r 4 + r 1 r 3 2 c h ( c n ) 2 c h ( c n ) 2b 。r b r 2 掣x 掣x 气x 刘x 茂 至j k一 至i i & 一 _ 浙江大学理学博士论文 b y r d 等研究发现砜基自由基与联烯的反应以末端进攻为主，与取代较多的 联烯反应则多得到中间进攻产物( s c h e m e3 ) “1 。 s e a l e dl u b e1 0 2 p h 2 0 0 w ，6 4 l s o 。p hl s o z p h 8 0 2 0 s e a l e dt u b e 声0 2 p h 。+ p h s 0 2 1 2 0 0 w 一, 7 3 = l i 、一i | s e a l e d t u b e f s 0 2 p h 户一舱刨2 0 0 w , 9 9 、l 7 k l 研究的比较多的是以a i 矾或三丁基锡化氢为弓i 发荆引发的自由基与联烯的 加成反应。例如，c o n t e l l s 、k a n g 等“”研究发现，当联烯取代基上带有自由基 受体时，可以接受三丁基锡自由基和砜基自由基的进攻，从而最终生成环烯化合 物( s c h e m e4 ) 。 二一净逛州 艮户f 7 。n y y = o m e ，n m e 2 ，夕夕 ) ( 飞 + p t s 7 蒜a i b n ( 面c a 丽t ) 一 x ；n p h n t s oy = b r s e p h y ，”+ h t o 器l u e n e , 9 0 h 飞 。u ，4 h i s r 搿 + t 1 6 6 i s c r a n d a l l 和a y e r s 发现联烯上的取代基带有i 时，与b u 。s n h 形成自由基从 而进攻联烯生成少量烯基环丙烷产物，反之主要生成还原产物，原因可能是不太 容易生成三元环( s c h e m e5 ) 1 。在同类底物中p ( o ) p h ，s o p h 和s o 。p h 的引入 可以促进联烯上中心碳原子的自由基反应得到换状化合物( s c h e m e6 ) “。”1 簿 s 浙江大学理学博士论文 ，一benzene3h,reflu。rr广1bu3snh(14equtv)benzene 3 hr e f l u 。弋，+ 入7 ，= 弋一。；+ 、k 。 隧。、ir 一r 、7 a ：r 1 = n c 3 h 7 ，r 2 = h b ：r = r 2 2 c h 3 一。一一畚_ 一h阶l 咻肾h z = h p ( o ) p h ，s o p h ，s 0 2 p h 、z 恻，4 t s e 式! p 惭n - 1 ： 。 2 妒一妊 。x _ ￥ t ! 一罩龇， z 奄 长： 一门n _ 1 然而，人们对过渡金属参与的联烯的自由基化学研究的不多。文献中仅有 几例报道。例如h s l e m a n n 等研究发现，在s m i 。引发下，含羰基化合物可以和 联烯进行自由基反应。对1 ，3 一二苯基联烯进行加成时，采取中间进攻的方式： 对甲氧基联烯醚加成时，采取末端进攻方式( s c h e m e7 ) “。 p h o r 火r + 一飞m 。 s m t 2 ，h m p a t - b u o h t h f r t 1 6 h s m l 2 。t b u o h s c h e m e7 早汀_ 厂 rb h 0 m e 6 i u m a n n “”、酣o l a n d e r “。也发现用s m l 2 引发的类似反应( s c h e m e8 ) 4 气p 弋 。凸 浙江大学理学博士论文 h 3 c o o o 【l ，1 h 旦邺。摁 i i! 2 联烯的亲核加成反应 s m l 2 缺电子联烯是一类重要的联烯化台物，人们对其进行了众多的研究。缺电子 联烯的联烯部分具有独特的累积双键结构，o t 碳和7 碳采取s p 2 杂化，而中间碳 原子采取s p 杂化，理，口一碳碳可键与霹，1 一碳碳丌键相互处于垂直位置，并不 共轭。当联烯部分与吸电子基团相连时，联烯部分的电子云分布会发生改变。o t ， 口一碳碳7 r 键由于受到吸电子基团的影响，容易受到亲核试剂的进攻；而口，7 一 碳碳百键受到吸电子基团的影响较d - , t h l 。因此，吸电子基团的引入从理论上来 讲能控制反应的区域选择性，既d ，口碳碳双键发生反应，而犀，7 一碳碳双键 不受影响( s c h e m e 93 。然而，事实并非如此，这于反应的多种因素有关，如反 应的温度、溶剂、反应时间等。 口fy g w e s c h e m e 9 碳负离子具有较强的亲核能力，很容易和缺电子联烯发生亲核加成反应。例 如，丙二酸酯的钠盐与联烯亚砜的反应，丙二酸酯负离子进攻联烯的口一碳得到 亚砜0 f 一碳负离子，经氢转移又生成n - 酸酯负离子，烷基化后脱去亚磺酰基后 分子内酯化得到内酯化合物( s c h e m e1 0 ) “”。 0 c 3 h + 每 h ， 汐 浙江大学理学博士论文 n a c h ( c 0 2 c h 3 ) 2 r ：一。( c 0 2 c h 3 ) 2r 3 x r ：户r 3 ( c 0 2 c h 3 ) 2 r 2 、一s o r r j 一s o r ，、， 导掣。暑 一屺啦竺一婚叩h 。 丽酩佘一一r 黼2 洲3 活性亚甲基化合物在碳酸钾的催化下可以对联烯酮发生m ic h a e l 加成，进攻 碳碳双键的迁移一内酯化过程最终生成毗喃酮( s c h e m e1 1 ) n 8 1 。 r 己少一+ 小一堕旦j f+一- _ j 聋、r 3 e w g r 2 r 3 一一弋，r 4 g w 。j o 具有碳负性的亚胺能方便的与联烯砜进行亲核加成反应，同时会有双键位移 产物，加入n a h 会全部生成双键位移产物( s c h e m e1 2 ) “。 s o 。r = 2 1 d + h 杂原子亲核试剂亦可对缺电子联烯发生加成反应。例如，氮原子亲核试剂可 以对缺电子联烯进行亲核加成。例如，用麻黄碱为试剂，氮进攻联烯砜的口一碳 后，发生双键重排，得到a ，口一不饱和砜，分子内的羟基迸一步发生进攻形成 环状化合物( s c h 鲫e1 3 ) 20 1 。 r 1 ：铲+ 畦如一肿念抟呼带 i = - 十h n c c p h - n r 3k 1 山e 山e 6 h“憎j m f 确 享蝴 十+ 誊统l 詈 c z i q 浙江太学理学博士论文 醇在强碱醇钠的催化下，可以对联烯砜的口一碳进攻得到烯基醚【2 ”，如果反 应时间过长，双键会发生位移( s c h e m e1 4 ) 1 2 2 1 。 r 警? 0 2 r + 酬旦坠r 0 2 s = 二 r 2、r 3 r 2、x e w g = c 0 2 r ，c 0 2 h ，c n c o r ， s 0 2 p h ，s o p h ，c o n h r 联烯酸酯还可以在d a b c o 或者d m a p 作用下与醛反应，发生氮杂b a y i s h i l l m a n 反应，生成具有氮杂环的环状化合物( s c h e m e1 7 ) 口“。 浙江大学理学博士论文 0 0 2 e t - +a r c h = n t s d a b c o 斜2 日 a r - - 。 n ，a r t s 从上面的文献回顾中我们可阻看到人们对联烯的自由基化学进行了大量的 研究，对其反应性能有了一定程度的了解。在过去的几十年中，随着有机合成的 发展和技术手段的进步，过渡金属参与的自出基化学得到迅猛的发展。然而，人 们对过渡金属参与的联烯的自由基化学的研究相对较少，有些领域甚至是从未涉 及。三乙酸锰参与的活性亚甲基化合物与不饱和体系如，烯烃、炔烃等的自由基 反应一直是研究得热点之一，然而，有关三乙酸锰参与的活性亚甲基化合物与联 烯的自由基反应却极少有研究。因此，本论文在我们课题组研究的基础上，主要 研究了以下主要内容：1 ，三乙酸锰参与的联烯与丙二酸二甲酯、氰基乙酸乙酯 的自由基反应；在三乙酸锰的作用下，丙二酸酯、氰基乙酸乙酯自由基与l 一烷 基苯基联烯发生分子间的自由基加成反应，生成在合成上非常有用的5 烷基 4 一甲基一3 一甲氧羰基( 氰基) - 5 一苯基丁烯酸内酯化合物，而当丙= 酸酯 自由基与芳基联烯发生分子间的自由基加成反应，则生成2 一( 1 一甲基一2 羰 基一2 一芳基一亚甲基) 丙二酸二甲酯化合物；我们通过把丙二酸酯和联烯结 构单元构建于同一个分子之内，把该分子问反应扩展到分子内反应，对这类反应 也进行了初步的探讨。2 ，通过联烯二苯基氧膦、联烯亚砜的碲( 硒、硫) 氢化 反应，合成了$ 一有机碲( 硒、硫) 取代的烯丙基二苯基氧膦和母一有机碲( 硒、 硫) 取代的烯丙基亚砜，同时我们对疗有机碲取代的烯丙基二苯基氧膦和烯丽 基亚砜在p d c l 2 c u i 催化下与末端炔烃的偶联反应也进行了研究。3 ，通过二炕 基铜试剂对炔基二苯基氧瞵的碳铜化反应，区域及立体选择性地合成了伢二苯基 氧膦烯基铜试剂，该试剂与碘，苯基硒溴、苯基碲碘、烯丙基溴反应，合成了各 种官能化的烯基二苯基氧膦化含物和1 ，4 二烯。 啭 c h 肿 浙江大学理学博士论文 第一章( i i i ) 参与的联烯与丙二酸- - n 醅酯、氰基乙酸乙酯的 自由基反应 有机合成的最根本任务是构建新的碳碳键并用于合成简单或复杂的有机化 合物。在现代有机合成中，自由基反应构建碳碳键，受到人们的广泛关注。生 成自由基的各种方法有化学法、电化学、光化学1 等等。其中，用具有稳定 的氧化态的金属盐或者它们的氧化物，如m n ( , i i i ) 、c o ( i i ) 、c u ( i i ) 、f e ( i i i ) 、 v ( v ) 等“3 1 , 3 2 氧化产生自由基的方法颇受人们的关注。这种方法和传统的产 生自由基的方法相比，区别主要在于所使用的金属氧化物在化学反应中扮演双重 角色。例如金属盐或者它们的氧化物氧化羰基化合物产生一种亲电性的碳自由 基，其不容易被氧化但是能与富电子烯烃发生加成反应；而加成反应所生成的自 由基很容易被氧化成正离子中间体，能够被分子间或分子内的亲核试剂捕捉生成 产物：也可以失去一个质子生成烯烃。“。 在各种单电子金属氧化剂中，三乙酸锰参与的自由基反应占有独特的地位。 在过去的二十年中，人们对这类反应进行了详细的研究，提供了很多合成各种不 同类型化合物的方法，同时也加深了对该反应的实质的理解。在本章的引言部分 对这类反应作一回顾。 引言 三乙酸锰参与的三组分反应除了金属氧化剂，还包括：至少含有一个不饱和 键的底物1 ，含有d c h 键的羰基化合物2 。在金属氧化剂的作用下，羰基化 合物2 被氧化成亲电性的“一羰基烷基自由基3 ，3 与体系中的不饱和底物1 发 生加成反应生成亲核性的自由基4 ，4 通过夺氢、氧化脱质子、取代或分子内环 化等反应转化为最终产物( s c h e m e1 ) 。“。 浙江大学理学博士论文 + o a t ) 3 4 s c h e m e1 例如，在1 9 6 8 年，j b b u s h 小组和e i h e i b a 小组同时报道了 三乙酸锰在乙酸中，加热回流的温度下，可以便乙酸生成自由基，该自由基 可以进攻烯烃，生成y 一丁内酯( 即四氢呋喃酮) ，收率照好( s c h e m e2 ) ”“。 一户+ 一mn(oac)3ch 几 一+ 3 c o o h 百又o r = a i 时i a r y l s c h e m e2 口一二羰化合物的亚甲基可以被m n ( i i i ) 区域选择性地氧化，在烯烃 如苯乙烯、o c 一甲基苯乙烯或2 一甲基戊烯的存在下，发生先加成，后环化 反应生成2 ，3 一二氢呋喃化合物( s c h e m e3 ) ”。 r l0 f 0 i | m n ( o a c ) 3 r ，b + 八八丽石蒜 丙酮在( i i ) 的氧化下亦可与炔烃发生加成，生成烯基自由基中间体 从溶剂中夺取一个氢原子生成口，7 - - 不饱和酮( s c h e m e4 ) 1 3 6 】。 r = + o 型塑虫 r + 八1 吾 o ， 一r 、少，k 琳 o k ：m ok。冷卜。 从 r 浙江大学理学博士论文 d 一羰基烷基自由基与炔烃加成生成的烯基自由基中间体还可以被c o 捕 捉，发生羰基化反应( s c h e m e5 ) ”。 r n 一+ e t c h ( c 0 2 e t ) 2 + c 。嚣h 。：即 m n ( i ) 参与的非共轭的二烯3 ，7 - - 二甲基一l ，6 - - 辛二烯与羰基化台物 的反应，其区域选择性与羰基化合物有关( s c h e m e6 ) 【3 8 】。 在m n ( ) 的促进下，j 3 一二羰化合物与1 ，3 一共轭二烯的反应生成三取 代或四取代2 ，3 一二氢呋喃化合物( s c h e m e7 ) “3 。 0 矿0 k m n ( o a c ) 3 ，h o a c 6 5 0 c 1 5 m i n 浙江大学理学博士论文 m n ( ) 参与的烯炔类化合物与口一二羰化合物的反应，其区域及立体选 择性与烯炔的取代情况有关( s c h e m e8 ) 。 r 1 r 1 c ( 1 ) - a t t a c k r 1 0 r 1 0 r 1 在m n ( i ) 存在下，二烯类化合物与母一二羰化合物的反应，分子中的两 个三键都可以参与反应，分别生成烯基自由基最终转化为呋喃和二呋喃化合物 ( s c h e m e9 ) 1 。 r 一 i 。 r r 1 r 1 r o 0 r 1 l r o o 哎 p r 蝣j 啦 浙江大学理肇博士论文 s c h e m e9 在在m n ( 1 1 1 ) 促进下d 一羰基烷基自由基能亦可以与芳香化合物发生反应。 例如呋喃及其衍生物与a 一羰基烷基自由基反应，反应区域选择性地发生在杂环 的a 一碳上，生成2 ，5 - - 二取代呋喃化合物( s c h e m e1 0 ) 【4 2 】。 r 切+ 叉足燮br 足 r + ，k 八型竺pr 文。多八 在m n ( i l i ) 的作用下，碳碳重键与具有d 一氢的羰基化合物的反应亦可 在分子内发生。该方法被广泛用于合成复杂的天然产物。美国b r a n d i e s 大学的 s n i _ d e r 【4 3 、香港大学的杨丹等研究小组均进行过较多研究。例如：s n i d e r 小组 把一个碳碳双键和活性亚甲基化合物构建与一个分子之内，在m n ( i i i ) 的作用 下，台成环己酮化合物( s c h e m e1 1 ) 。 e m n ( o 贴) 3 o s c h e m e1 1 0 把活性亚甲基化合物和不饱和结构( u n s t a t u r a t e d f r a g m e n t ) 构建在同分 子内；根据活性亚甲基化合物的不同，变化不饱和结构在支链的位置，使反应在 整体上具有丰富的选择。以下几种类型得到深入研究( s c h e m e1 2 ) ：口一酮酯类 ( a ，b ，c ) ；环状或非环状j 8 一二酮类( d ，e ) ；丙二酸酯类( f ，g ) ：口一酰 胺类( h ) 。 浙江大学理学博士论文 o a e 。r 登。 fg s c h e m e1 2 。d 。 够j f h m n ( i ) 参与的t a n d e m 环化反应也得到深入广泛的研究。例如；s n i d e r 小组把两个碳碳双键和活性亚甲基化合物构建与一个分子之内，在m n ( i i i ) 的 作用下，以8 6 的产率一步合成双环化合物( s c h e m e1 3 ) 1 4 3 * 。这种t a n d e m 环 化反应根据底物类型不同，根据底物类型不同，可以分为以下四种类型：d d - m o d e ( d o u b l eb o n d d o u b l eb o n d ) ；d b m o d e ( d o u b l e b o a d - b e n z e n et i n 曲；t d - m o d e ( t i p l e b o n d - d o u b l eb o n d ) ；d e m o d e ( d o u b l eb o n d c a r b a l k o x y c a r b o x yg r o u p ) ( s c h e m e1 4 ) 。 o m n ( o a c ) 3 0 s c h e m e1 3 o e c。s 、2一一 、|飞。 、o儿、|沁 一 竺 一， 乱 l 心磊。舔 _l_l 浙江大学理学博士论文 o0 0o oo o 八八0 r l o 薅 s c h e m e1 4 第一节m n ( i i i ) 参与的联烯与丙二酸二甲酯酯、氰基乙酸乙酯 的分子间自由基反应 从三乙酸锰参与的活性亚甲基化合物与不饱和体系的自由基反应回顾中，我 们可以看到：人们对不饱和底物1 ( s c h e m e1 ) 类型进行了广泛深入的研究，可 从简单的烯烃、炔烃扩展到二烯、烯炔、l ，3 一二炔。近来，我们课题组周宏伟 博士研究了三价锰参与的亚甲基环丙烷化合物与丙二酸二乙酯的自由基反应，一 步合成了比较难于合成的并环化合物2 - ( 3 ，4 一= 氢萘基) 丙二酸二乙酯( s c h e m e 】5 ) 1 4 6 。 c o o e t 、c o o e t f - - 。+ e 1 0 s c h e m e1 5 考虑到联烯是一必食蠢1 ，2 一涎二烯官能团的化台物。由于其独特的结构丽 其有黪辣的反痖洼能。嚣筵，我稻考虑嚣三乙酸锾产生的嚣二黢酝鑫由萋，采进 攻联烯化合物，从而探讨它们会采取什么的进攻方式，中间进攻还是末端进敬? 加成厝嫩成的自由基又会以何种方式中止，最终嶷成什么产物( s c h e m e1 6 ) ? 这 应该楚链褥研究戆漾戆。 浙江大学理学博士论文 c 。2 m e +m n 2 h ，o 一 c 0 2 m e + m n ( o a c ) 2+ hoac(oac)3 +m n - 2 h 2 0 c 一e 川n 【u a c 2 c o 9 m e 。v 2 i v l 5 据文献中报道，三乙酸锰氧化丙二酸二甲酯产生的丙二酸酯自由基魁一种 亲电性的自由基“，所以我们考虑用于考察该反应的联烯应该是电予云密度比较 丰富。我们首先选用原料易得、稳定性好的l 一乙基苯基联烯1 a 作为底物来研究 这个反应；文献中关于三乙酸锰的自由基反应通常用乙酸作为反应介质，我们初 步选用乙酸作为溶剂；文献中反应温度从2 5 8 5 。c 各有不同，我们首先选用了8 5 。c 作为反应温度；由于不知道反应要消耗几个当量的三乙酸锰，我们初步定下投料 比为底物：丙二酸酯：三乙酸锰= 1 ：l ：1 。整个反应是如下( s c h e m e1 7 ) ： 1 a c 0 2 m e c o ，m e m n ( o a c ) 3 h o a c 8 5 0 c 在n ：条件下，反应4 h 以后，三乙酸锰溶液的深红色完全退去，生成大量乙 酸锰沉淀，t l c 显示，有新点生成，原料还有剩余。分离后得到一个油状液体， 同时回收原料5 2 。油状液体经过结构鉴定为5 乙基- - 4 - 甲基一3 一甲氧羰基 一5 一苯基丁烯酸内酯，产率为2 3 ( s c h e m e1 8 ) 。 p h e t 1 a c 0 2 m e +( c 0 2 m e m n ( o a c ) 3 h o a c 8 5 0 c 得到了初步的结果后，我们对溶剂的种类、反应温度、三乙酸锰的用量、 7 j 眈q g ， 。太 浙江大学理学博士论文 投料比等条件进行了优化。结果见表l ( t a b l e1 ) 。 从表l 可以看到：当三乙酸锰的用量是2 0 e q 时，在乙酸中8 5 ”c 反应8 h ，产 率提高n 4 0 ，同时有1 0 的原料回收；当三乙酸锰的用量是2 5 e q 时，在乙酸 中8 5 。c 反应9 h ，原料全部反应完全，产率提高到4 5 ；该反应对溶剂的选择特别 重要，在l ，4 一二：氧六环和d m f 中，则没有反应发生，绝大部分原料回收；在乙 腈和乙醇中，只有很少的产物生成；降低反应温度，延长反应的时间，同时把投 料比定为：l a ：丙二酸二甲酯：三乙酸锰= l ：】5 ：2 5 ，可以以6 2 的产率拿 到产物。 t a b l e1 三乙酸锰爨n n l - 乙基苯基联烯与丙二酸二甲酯的反应 e n t r y s o l v e n t t ( 。c )m n ( o a c ) 32 h 2 0 t i m e ( h ) y i e l d ( ) “ 1 h o a c8 5 1 0 e q m v 4 2 3 8 2h o a c 8 5 2 。0 e q u t v 84 0 0 3h o a c8 5 2 5e q m v 94 5 31 4 d i o x a n er e f l u x 2 ，5e q u l v 1 2n r 4d m f 7 02 5 e a u i v1 2 n r 5c h l c n r e n u x 2 5 e q m v 1 21 0 6e t o hr e f l u ) ( 2 5 e q m v 1 2t r a c e 7 h o a c 6 5 2 5 e q m v 1 26 2 。 3 5 3 m a t e r i a lr e c l a i m e d b 1 0 m a t e r i a lr e c l a i m e d 6 l a ：d i m e l l l y l m n 删e ：m n ( o a c ) 32 h 2 0 = 1 ：1 5 ：25 根据该反应的最佳条件，我们合成了一系列1 一烷基取代苯基联烯，在三乙 酸锰存在下与n 2 酸二甲酯的反应，反应结果j i l t 表2 ( t a b l e2 ) ： t a b l e2 三乙酸锰参与的l 一烷基基苯基联烯与丙二酸二甲酯的反应 c 0 2 m e c 0 2 m e m n ( o a c ) a h 2 0 + d h o a c 6 5 0 c ，1 2 h 2 e 泰 毒r 浙江大学理学博士论文 从表2 可以看到：r 基团可以是异丙基，正丁基，异丁基，正己基，基团的 大小对该反应没有明显的影响。反应的收率中等，这可能是由于自由基反应比较 活泼易于发生副反应，从而造成了主反应的收率不高。当用1 ，l 一二烷基取代联 烯来进行上述反应时，生成较多结构上难以确定的化合物( s c h e m e1 9 ) 。 ，、 = = c _ _ ，c 0 2 m e c 0 2 m e u n i d e n t i f i e dm i x t u r e 同时我们也对三乙酸锰参与的氰基乙酸乙酯与联烯的反应情况进行了研 究。实验结果表明，当与l 一烷基苯基联烯反应时，可以生成5 一烷基一4 一甲基 一3 一氰基一5 一苯基丁烯酸内酯。反应结果列于表3 ( t a b l e3 ) ： t a b l e3 三乙酸锰参与的1 烷基基苯基联烯与氰基乙酸乙酯的反应 ，c n m n ( o a c ) 3 h 2 0l = ( +赢4zb-c02me n 卧。 h o a c 6 5 。c ，1 2 ho u 慧 浙江大学理学博士论文 r 基团的大小对该反应没有明显的影响。本反应的收率尚可。我们也考察了 其他活性亚甲基化合物如乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、l ，3 一环己二酮等与1 a 反 应情况，反应很不理想，只有很少的产物生成，同时伴有较多结构难以确定的化 合物生成。 然而，令人意想不到的是：当我们用三乙酸锰参与的丙二酸二甲酯与对甲基 苯基联烯4 a 反应时( s c h e m e2 0 ) ，生成的不是丁烯酸内酯类化合物，根据其1 h - - n m r ，”c n m r ，t r 和质谱分析，得到的是2 ( 1 一甲基一2 一羰基2 一刘甲 苯基一亚甲基) 一丙二酸二甲酯5 a 。x r a y 逃步确定了其结构( f i g u r et ) 。 实验表明，单芳基取代联烯与丙二酸酯的反应需要消耗更多的三乙酸锰， l 当 量的联烯需要4 5 当量的三乙酸锰才能反应完全，这表明该反应可能与l 一烷基 苯基联烯的反应有智完全不同的反应途径。其详细的反应机理在第三节讨论。 p + 1 3 c - p h + ，c 0 2 m e 塑竺! 旦垒! b ：! 旦2 旦， 、c 0 2 m e h o a c ，6 5 。c ，12 h 4 a f i g u r e1 t h e0 p t e pd r a w i n go f5 a 5 a 浙江大学理学博士论文 我们合成了一系列单芳基取代联烯来进行上述反应，反应结果列于( t a b l e4 ) 。 t a b l e4 三乙酸锰参与的芳基联烯与丙二酸酯的反应 a r ，c 0 2 m e 、= 二+ 2 一： m e 0 2 c c 0 2 m e ：，3 mc h a c ( o a # c 3 咻：一一生型坠一c 3 h 7 ：4 气 一。h 喊眦0 2 h k c 0 2 e t l 、h c b r 4 ，p p h 3 c 3 嘶 f c h 2 ( c 0 2 m e ) 2 n a hc 3 h 7 k 弋 、，一卜c 0 2 m 。b ro u 2 “懵 m e o o c a c o ； a 、c 0 2 m 。而m n ( o 鬲a c ) 3 域 m e 0 2 c 卜2 帅扼1 2 h 7 0 0 。- m e u 一2 令c 0 2 m e 。 u v z 。 8 ay i e l d = 6 2 a c o 岛坼气竺! 些生c 。h ，小 卜c 0 2 m e 1 2 h a c , 7 批 m 。0 2 ( 3 k , c 0 2 m e m e 0 2 c 。 7 a s c h e m e2 1 9 a y i e l d = 5 8 浙江大学理学博士论文 第三节三乙酸锰参与的联烯与丙二酸酯、氰基乙酸乙酯自由基反 应机理讨论 自由基与联烯的发生加成反应，自由基可以进攻联烯的末端碳原j 了，也 可以进攻联烯的中间碳原子，其区域选择性取决于多种因素。根据前人有关三乙 酸锰参与的反应研究和我们的实验结果，我们认为该反应可能经历了如下过程 ( s c h e m e2 2 ) ： y+mn(oac)32h20-hoa一哂mi一-ey叫。+mnoac)2co2 m em n ( 1 1 1 ) o 。 yco+：专一一2me r 广 b m h 2 0 m e o h 。h + m n ( o a c ) 3 翁。 ：。 a r h s c h e m e2 2 a r # r 气i 7 7 m e 0 c y p a t h a r = a f k y lo ra r m n ( o a c ) 3 a r + 、r 丫i m e 0 2 d 、y f一 “2 0 7 名8 f hb ，r = h y ：c 0 2 m e 首先，丙二酸酯或氰基乙酸乙酯三乙酸锰形成烯醇式的复合物a ，a 快速失 客。 一 m 接 旷 呦 器麓 浙江大学理学博士论文 去一个电子生成自由基中间体b 。在联烯存在下，自由基中间体b 进攻联烯的巾 问碳原子生成烯丙基自由基中间体c “，c 发生分子内的h 原子转移生成更稳定 的烯丙基自由基中间体d “，e 可能是烯丙基自由基中问体d 最稳定的存在方式， 在反应体系中它被另一当量三乙酸锰氧化成烯丙基正离子中间体f 。当l 一烷基 苯基联烯作为反应底物时，烯丙基正离子中间体f 是稳定的叔碳正离子，它可以 被分子内的羰基氧进攻形成中间体g ，然后脱去一分子甲醇和氢正离子生成丁烯 酸内酯化合物2 a 一2 e ，4 a 一4 f ”。然而，当r = h 时，即当芳基联烯作为反应 底物，烯丙基正离子f 与水反应的速度可能快与分子内的羰基氧进攻，生成了r ， 问体h ，现场被三乙酸锰氧化成产物5 a 一5 f ，这一过程在理论上需要消耗两当帚 三乙酸锰，所以从整个反应来看，一共至少需要消耗4 当量的三乙酸锰。这与我 们实验中三乙酸锰的用量大体相当( 在实验中，需要4 5 当量的三乙酸锰j 能使 原料全部反应完全) 。 当把丙二酸酯和联烯结构单元构建于同一个分子内，研究其分子内反应时， 海二酸酯自由基与联烯发生加成反应后生成的自由基中问体，其中止的方式与其 分子l 可不同。其反应机理如下图所示( s c h e m e2 3 ) ：以化合物8 a 为例，首先底物 7 a 在三乙酸锰的氧化下生成丙二酸酯自由基中间体a ，这个中问体与分子内存 在的联烯累积双键发生自由基加成反应，反应区域选择性的发生在联烯的中间碳 上，生成中间体b ，b 被另一分子氧化成正离子中间体c ，此正离子被乙酸捕捉 反应生成产物4 。 j q lm 。( 。a 。) 3 k