（有机化学专业论文）铵叶立德在有机合成中的反应研究.pdf

中文摘要 本论文主要研究了铵盐作为起始原料通过铵叶立德途径参与的两种类型的反 应，全文共包括三个部分： 一、氮叶立德化学研究概述( 综述) 对氮叶立德化学的历史进行了概述，并重点介绍了氮叶立德家族成员中较为多 见的铵叶立德、吡啶叶立德、甲亚胺叶立德和氮亚胺及部分具有类似氮叶立德性质 的重氮化合物。内容涉及到近些年来常见的氮叶立德参与的环化、重排等反应。随 着对多组分反应的研究，氮叶立德作为原位产生的反应中间体也有很出色的表现， 这些反应在有机合成中发挥了重要的作用，本论文对此类反应也进行了相应的介绍。 二、铵叶立德途径合成环丙烷类化合物 介绍了叶立德参与立体选择性环丙烷化反应研究进展，并对进行环丙烷化反应 的铵叶立德进行拓展。将二茂铁基团作为取代基引入到铵盐中，在碱性条件下，通 过铵叶立德途径高产率高立体选择性地合成了一系列取代的环丙烷化合物。所有的 新化合物结构均经过了1 h - n m r 、”c - n m r 、f a b 、i r 等进行鉴定。化台物2 5 3 a x 射线衍射确定了相对构型。 三、铵叶立德途径制各t r a n s p 一取代- t 一二茂铁基- t 一丁内酯类化合物 对常见的制备取代y 丁内酯类化合物的方法进行了简单的介绍，报道了铵盐作 为起始原料制备l r a n s p 取代吖二茂铁基吖丁内酯类化合物的合成路径，对所有的 新化合物进行了结构鉴定并提出了溶剂中的微量水分参与反应的机理：铵盐通过铵 叶立德中间体进攻缺点子烯烃，得到环丙烷中间体，此中间体与水结合后脱去一分 子c 0 2 和一分子丙酮。形成t r a n s 艮t 二取代中丁内酯。该路径具有条件温和、无 需过渡金属参与、原料易得、操作简便、产率较高、立体选择性高等特点。 a b s t r a c t t h i st h e s i sc o n t a i n st h es t u d i e so nt w o t y p e so fo r g a n i cs y n t h e s i si nw h i c h a m m o n i u ms a l t sw e r e u s e d s t a r t i n gm a t e r i a l s t h et h e s i sm a i n l yc o n s i s t so f t h ef o l l o w i n g t h r e ep a n s ： i n i t r o g e ny l i d ec h e m i s t r y ( r e v i e w ) t h i sr e v i e ws u m m a r i z e st h eh i s t o r yo fn i t r o g e ny l i d ec h e m i s t r ya n df o c u s e sm a i n l yo nt h e c o m m o nm e m b e r so ft h en i t r o g e ny l i d ef a m i l y t h em e m b e r si n c l u d et h ea m m o n i u my l i d e ，t h e p y r i d i n i u my l i d e ，t h ea z o m e t h i n ey l i d e ，t h en i t r o g e ni m i n ea n ds o m e d i a z oc o m p o u n d sw i t ha n a l o g o u s c h a r a c t e r st ot h en i t r o g e ny l i d e t h er e v i e wi n t r o d u c e st h er e g u l a rr e a c t i o n si nw h i c hn i t r o g e ny l i d e s w e r ei n v o l v e di nr e c e n ty e a r s ，s u c ha sr i n g - f o r m e dr e a c t i o n ，r e a r r a n g e m e n tr e a c t i o n ，e ta 1 2 h i g hs t e r e o s e l e c t i v es y n t h e s i so fc y c l o p r o p a n e s b a s e do nt h ea m m o n i u my l i d e t h es e c o n dp a r to ft h i st h e s i si n t r o d u c e st h es t e r e o s e l e c t i v es y n t h e s e so fc y c l o p r o p a n e sf r o m y l i d e sa n de l a b o r a t e st h ea p p l i c a t i o no f an e w f e r r o c e n y la m m o n i u m s a l ti nc y c l o p r o p a n a t i o n as e r i e s o fs u b s t i t u t e dc y c l o p r o p a n e sw e r eo b t a i n e dw i t hg o o dy i e l da n dh i g hs t e r e o s e l e c t i v i t yv i aa m m o n i u m y l i d e a l lo f t h en e wc o m p o u n d sw e r ea i r - s t a b l ea n dw e r ec h a r a c t e r i z e db y1 h - n m r ，”c - n m r ，f a b m a s sa n di rs p e c t r a t h ec o n f i g u r a t i o no ft h ep r o d u c t2 - 5 3 aw a sa s s i g n e do nt h eb a s i so ft h ex 。r a y s t r u c t u r a la n a l y s i s 3 s t e r e o s e l e c t i v es y n t h e s i so ft r a n s b - s u b s t i t u t e d - ) f e r r o c e n y l - y - b u t y r o l a c t o n e sv i aa m m o n i u m y l i d e s t h et h i r dp a r to ft h et h e s i sb r i e f l yd e s c r i b e st h es t e r e o s e l e c t i v es y n t h e s i so ft r a n s 。p s u b s t i t u t e d t f a r r o c e n y l 吖b u t y r o l a c t o n e s u s i n ga m m o n i u m s a l t sa ss t a r t i n gm a t e r i a l s ，s u b s t i t u t e d7 - b u t y r o l a c t o n e s w e r eo b t a i n e dv i aa m m o n i u my l i d e s b o t ht h ey i e l da n dt h es t e r e o s e l e c t i v i t y w e r es a t i s f y i n g a p o s s i b l em e c h a n i s m t h a tt r a c ew a t e rw a si n v o l v e di nt h er e a c t i o nw a ss u b m i t t e d t h i ss t r a t e g yf o rt h e s y n t h e s i so f f e r r o c e n y lb u t y r o l a c t o n e s h a san u m b e ro f a d v a n t a g e so v e rc o m m o nm e t h o d so f g e n e r a t i n gp ， y 1 r a n s d i s u b s t i t u t e d7 - b u t y r o l a c t o n e s ：t h e r ea l en ot r a n s i t i o nm e t a l si n v o l v e di nt h er e a c t i o n ，a n d t h es t a r t i n gm a t e r i a l sa r er e a d i l ya v a i l a b l ea n dc o n v e n i e n t l yh a n d l e d t i 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 望坠 日 期 硝、r 、) o 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：建立导师签名：整鱼日期：上塑坚王，2 口 日u舌 叶立德( y 1 i d e ) ，或称内蹿盐，是指含有结构为女一i + e h 蠡c h 2 p h b - 1 9 4 7 年w i t t i g 等人4 重新研究五价氮化合物，他们试图从四甲基铵盐制取五甲 基氮，甚至还想从四甲基卤化铵与苯基锂制得四甲基苯基氮。然而这些设想都未实 现，得到的是铵盐失去一个质子的产物1 - 5 ( e q 1 1 ) ，称之为氮叶立德( n - y l i d e ) 。 m e 茹c h 3 a - + p h l i 卜m e 茹云h 2 l i b r + p h h e q 1 1 1 - 5 虽然w i t t i g 原来的设想被证明是错误的，但他得到了新的一类化合物，可以说 这是w i t t i g 反应产生的先兆，w i t t i g 等人以锲而不舍的精神将这一概念扩大到鳞盐 之后，发现了著名的w i t t i g 反应并使它在有机合成中发挥了巨大的作用。 随着对氮叶立德的研究的发展，氮叶立德家族成员在不断地增新，较为多见的 有铵叶立德、吡啶叶立德、甲亚胺叶立德等。利用氮叶立德的消去反应，可以在烯 化、环化等反应中合成非胺类化合物。利用氮叶立德自身的重排反应，则可以合成 兰州大学博士论文 多取代的有机胺类化合物。近年来，随着对多组分反应的研究，氮叶立德作为原位 产生的反应中间体也有很出色的表现，同样受到了化学家们更多的关注。在此，我 们就近些年来几种常见氮叶立德参与的主要反应综述如下。 一、铵叶立德( a m m o n i u my l i d e ) 1 9 4 7 年w i t t i g 锝到的氮叶立德复合物1 - 5 不溶于乙醚面溶于四氢呋喃，具有典 型的亲核性，可与水、碘、碘甲烷以及二苯酮分别生成四甲基氢氧化铵，碘甲基三 甲基碘化铵，乙基三甲基碘化铵，2 羟基- 2 ，2 二苯基乙基三甲基演化铵，所有这些 性质都说明了l 5 的结构( s c h e m e1 2 ) 。 m 。抵1 1 。+ 一 罗赫】马m 凶一 。- 少 l - 5 “2 c 0 4 - 6 【m e 3 n 啦c h 3 i f m 西一c h 2 - l p h 2 l i a 9 2 0 l h b r m 。州+ 叫2 。c 啦 求h 2 c p h 2 b r 铵叶立德与溴化锂的复合物1 s 在溶剂中时，溶剂与溴化锂形成复合物，若将 游离的铵叶立德l 石以苯基锂在溶剂中处理一段时间，生成胺和聚亚甲基( c h 2 ) n ( e q 1 2 ) 。 此产物的比例随所用的溶剂而异5 。若用乙醇二甲醚，聚亚甲基收率则为7 4 ，说明 后一溶剂与溴化锂形成复合物的能力比与铵叶立德形成复合物的能力要强得多。若 用苯基纳代替苯基锂作碱，( c h 2 ) 仅为5 3 ，这一结果说明溴化钠与铵叶立德复合 的能力比溴化锂要弱得多。上述结果都说明当铵叶立德与溴化锂( 或钠) 生成复合 物时是稳定的，一旦成为游离的叶立德1 - 6 便很快分解成胺与碳烯。后者聚合成聚 亚甲基( c h 2 ) 。 m e 3 n c h 2 * l i b r 溶剂 m e 3 n + ；h 2 + 溶剂l i b r e q 1 2 1 6 呻i 鬯 兰州大学博- 论文 关于铵叶立德以碱处理生成亚甲基的证1 月还有其它的报道”7 。 w i t t i g 等8 在研究中还发现四甲基溴化蜚与两个摩尔的苯基锂生成的乙醚浆状 物，在与二苯酮反应并以氢溴酸处理后生成1 89 6 的单加成物1 7 与双加成物 1 8 ( s c h e m e1 3 ) ，他们发现不溶于乙醚的部j 。、含有溴化锂复合物1 - 9 ，而溶于乙醚的 部分则必然是双叶立德1 1 0 。若在加入二苯酮之前，延长苯基锂与铵盐的接触时间， 则会降低1 7 的量。此现象也表明了单叶立德是在逐渐转化为双叶立德。 m e d n b 一厂坐 簪 ( c h 3 ) 2 n 二 l 广 一1 1 n n 【c h 2 c ( o h ) p h 2 b b 1 8 s c h e m ei 3 后来他们又制得了四氢吡咯衍生物的双叶立德( s c h e m e1 4 ) 9 ：n 一甲基一n 溴甲 基四氢吡咯溴化铵盐用丁基锂处理并与二苯酮反应，在室温时生成双叶立德的加成 物1 1 l ，但在- - 7 0 仅生成单叶立德的加成物1 1 2 ，这说明生成双叶立德是一个需 要较高能量的过程。对于如何在反应中控制单、双叶立德的形成也是当今化学家研 究的一个重要问题。0 。 ( 7 2 ) l 一+ 、c c h h ：2 c c 。( 。o 聊h ) p 芝h b r - 厂_ 高蹦 n r l ”、c h 2 c ( o h ) p h 2 1 1 2 游离的铵叶立德1 - 6 能与很多试剂发生酰化作用( s c h e m e1 5 ) ：与二氧化碳反应 兰州大学博士论文 并以h b r 处理后，得到元酸或者二元酸的铵盐，与苄腈或苯甲酸乙酯反应生成三 甲基苯甲酰甲基溴化铵1 1 3 ，与苯甲酰氯、乙酰氯左右分别得到1 1 4 ，1 1 5 ；1 - 6 和1 1 3 与苯甲酰氯在碳酸钠存在下的产物一致。 m c l n c h 1 6 1 1 3些! 鱼旦，1 1 4 n a 2 c 0 3 。 b l _ e 1 2 0 2 h b r 1 p h c o c l+ 一 1 而j 而m 。3 n c h 2 0 0 m 。b p h 4 i 1 5 s c h e m e1 5 c o o h ) 2 上述酰化反应都是含碳亲核试剂典型的性质，化合物1 - 1 3 在弱碱的作用下就能 去质子生成1 1 4 ，表明碳负离子中间体的稳定性，其原因主要是由于烯醇酯的特性 所致。 氮叶立德同膦、硫、胂等叶立德一样，能够有效地提供在有机合成中需要的亲 核中心，即亲核碳原子。 早在1 9 2 9 年，i n g o l d 等“，用9 芴基三甲溴化铵1 - 1 6 以氧化银处理得到了深 紫色溶液，在与稀酸作用后颜色消失，加热至1 7 0 0 c ，则生成三甲铵与联芴( e q 1 3 ) 。 反应被认为是生成了中间体铵叶立德i - 1 7 ，后者通过生成卡宾，而形成联芴。用苯 基锂的乙醚溶液处理铵盐i - 1 6 也可以分离出1 1 7 ，水解后得到相应的氢氧化季铵箍， 1 1 7 以溴化氢处理得原来得铵盐1 - 1 6 。 b r i 1 6 + m e 3 n e q 1 3 4 兰州大学博士论文 1 9 5 6 年d a n b e n 等1 2 ，分离出一种粉红色的铵叶立德1 - 1 8 ( e q 1 4 ) ，它在去氧的 水溶液中稳定，并能在氮气流下短期稳定存在。 + 今n m e 3 1 汹- 一等 降高 e q 1 4 较稳定的叶立德1 - 1 9 能在水及氧存在下稳定一段时间，熔点1 5 3 。c 。稳定的原 因除铵基的静电作用外，还在于两个氰基对碳负离子上的一对孤电子的离域作用。 + 一 ( c h 3 ) 3 n - - c ( c n ) 2 1 - 1 9 由上可知，铵叶立德与膦叶立德在下列两个方面有很大差异。一是铵叶立德对 热、化学反应较为敏感，二是铵叶立德仅具有正常的碳负离子的反应，而不是叶立 德碳的特有反应，氮原子除提供稳定碳负离子的作用外，没有其他作用。铵叶立德 作为提供亲核中心的有效试剂，近些年来在有机合成中得到了大量的应用。 1 铵叶立德参与的成环反应 1 9 8 2 年，i l a 等b 首次报道了腈甲基三甲基碘化铵在四氢呋喃溶液中氢化钠作用 下通过铵叶立德途径与查尔酮、丙烯酸乙酯、肉桂酸乙酯反应生成环丙烷衍生物 ( s c h e m e1 6 ) 。虽然反应的立体选择性不是很好，但是这为合成具有生物活性的环丙 烷衍生物提供了新的方法。 h 3 c l n c h 2 一c n 旦蔓二o( h 3 c 小一c h 广c n h ，c 7广 匝h ，c ) 茹一函一咖 0 r i - c h = c h - g r 2 醛+ 磷 1 9 9 9 年，j o f i c z y k 等1 4 报道了铵盐在碱性条件下分别与亲电烯烃、醛和卤代烃 反应，依次生成了官能化的环丙烷、环氧乙烷和烯烃( s c h e m e1 7 ) 。文章中所报道的 各种反应都取得了较好的收率，但是遗憾的是，这篇文章中对环丙烷化反应的立体 选择性并没有进行说明。 n m e l r _ x c n a ：5 0 a qn a o hc h 2 c 1 2 o r b ：p o w d e r e dk 2 c 0 3 c h 2 c 1 2 ( d m s o ) 一2 2 a b - r 。= 2 一c 4 h 3 s x = c 0 4 2 2 a c r i t m e 2 c = c h ，x = m e s 0 4 乞三 二j 竺 + 。一畏r 。肥r 2 c n y n m c l r 7 一 c n l - 2 2 b 一8 泫2 一 n c 7 x 一8 痔m s。n c 罾。” w d - 8 净r 2 】。s n c # = = ：k r 1 - 2 3 a ，z = c n 1 - 2 4 a a r = c 6 h 5 1 - 2 5 a ，r 2 = c h 2 = c h ，y = b r i 2 3 b ，z = c 0 2 m e l - 2 4 b ，a r = 4 - m e c 6 h 4 1 - 2 5 b ，r 2 = m e 2 c = c h ，y = b r ! - 2 3 c ，j 。粤2 二t 蛳 1 - 2 4 c ，a r = 4 - c | c 6 d 4 1 - 2 5 c ，r 2 ；p h c h = c h ，y = c i 卜2 3 d z 吒h o l - 2 5 ir 2：phy：br12 3 - ez = c o m e一。“ l 2 3 f , z = c o p h 1 - 2 3 9z 2 s 0 2 p h 近几年来，g a u n t 等人对铵叶立德参与的环丙烷化反应进行了深入的研究。在 他们的报道中，化学计量的亲核性的三级胺通过形成铵叶立德参与环丙烷化反应。 他们又将反应进一步优化，最终做到了有机催化的分子内非对映选择性的环丙烷化 反应( e q 1 5 ) ，该反应同样是通过生成铵叶立德的途径进行的”。一个以底物1 - 2 7 为例的循环催化的反应机理如图所示( s c h e m e1 8 ) ：首先，底物l 一2 7 与三级胺反应 形成的季铵盐在n a 2 c 0 3 作用下生成铵叶立德，叶立德中的碳负离子进攻底物分子中 与吸电子基团相连的碳碳双键，继而发生环丙烷化反应，与此同时三级胺离去。 e q 1 5 洲 墓1 兰型查兰堡主堡墨 汝：厂。紫、弋蝴 o 。溉o 。n r ，c t且v 溉l 弋，乙c o rl v c o r s c h e m e1 8 2 0 0 5 年，j o f i c z y k 等”又描述了一个用季铵盐与亲电烯烃、烷基化试剂和芳香醛 在碱性的两相体系中作用，高产率得到环丙烷衍生物、氰基烯烃和氰基环氧乙烷的 反应( s c h e m e1 9 ) 。 z 。，l n ，n 2 z m e s 0 4 n 1 人二：旦n r 2 1 2 91 1 1 1 1 竺垒：里， r ”垒唑：步洚尘生 f “ 鲨堡竺垒1 - 2 9 + 1 - 2 9 一 乏面r 一 ”壁全兰一骂n r 3 l 小j i p2 = ，r z r 2 r 2 m e n c 1 0 4 + 1 3 l “协r 3 品 7 v 净 + n r ：人 兰州大学博士论文 s v s t e ma z = c n 1 2 9 + 一 r 4 c 6 h 4 c h o ，1 - 3 4 、 一r 2 r 2 m e n r d c c n 6 h 节洚 2 铵叶立德参与的非成环反应 2 0 0 2 年，j o c z y k 等1 3 报道了一个季铵盐在碱性条件下与硝基芳烃的反应( s c h e m e 1 1 0 ) 。这个间接亲核取代反应( v i c a r i o u sn u c l e o p h i l i cs u b s t i t u t i o n ，v n s ) p a 铵叶立德 作为反应中间体与3 硝基嘧啶、2 噻吩等不同硝基芳烃作用，生成相应的产物。反 应说明了铵叶立德在通过v n s 反应制各官能化硝基芳烃时是一种非常重要的中间体。 b - h y + h s c h e m e1 1 0 g 多组分反应( m u l t i c o m p o n e n tr e a c t i o n ，m c r ) 是指3 个或3 个以上的起始原料进入 反应，用一锅煮( o n e p o tp r o c e d u r e ) 的方法最终生成个终产物，在终产物结构中含 有所有原料的片断的合成方法。由于m c r 可以实现快速大量地合成具有结构多样性 和复杂性的化合物和建立相应的化舍物库，引起了药物化学家的关注。通过原位生 成氮叶立德作为反应中间体，并进一步与其它化合物反应合成有机分子的多组分反 应作为一种新的合成方法，在相关文献中被多次报道。 2 0 0 3 年，d o y e l 等k 1 9 首次报道了以铵叶立德为中间体，非对映选择性合成1 ，2 - 二 胺的反应( e q 1 6o 用苯基重氦乙酸甲酯i - 3 s 丰d 芳胺以及亚胺1 3 9 在r h 2 ( o a c ) 4 存在 时反应，得到赤式非对映异构体1 4 1 。报道同时对该反应机理做了阐述( s c h e m e1 1 1 ) ： 竽羚 义i ! 兰州尢学博士论文 苯基重氮乙酸甲酯和芳胺反应形成铵叶立德，此叶立德对亚胺亲核加成后通过一个 血元环过渡态生成1 ，2 - 二胺。 a r n 0 2 n o 譬旬 兰! 茎旦垒! 丛- c h 2 c 1 2 如辐i 、一遂c o o c h 3 d h ： 0 一 4 ， h 叶- d i o f e q 1 6 c t ：，o c l g m + * w = = h + 阱椭 c h | m 抻 i 4 l e r , t h r o 9 0 0 c u 3 h + n h a r = = = h h 忖+ h c n 0 1 - 4 i t h r e o 2 0 0 4 匀e ，h u 等2 0 首次报道了一个r h ( i i ) 催化的、偶氮二甲酸酯作为亲电试剂、 通过铵叶立德途径形成新的碳一氮键的三组分反应。在这个反应中。重氮化合物1 - 4 2 在r h ( i i ) 催化下与芳胺形成铵叶立德，叶立德与偶氮二甲酸酯进一步反应高产率地 得到不对称胺化产物( s c h e m e1 1 2 ) 。 r o n ：人c 。； 1 4 2 坠婴。 + c h 2 c 1 2 a r n h 2 1 - 4 3 r 3 0 2 一。n ，c 0 2 一 1 4 4 s c h e m e1 1 2 r t 。c 梦h 、a ， r 3 0 2 c ，n 、n h 6 0 ，r 3 l - 4 5 9 雾一 弋州 雠 a 蹑 r_llj 啦 州 +y一 l 3 铵叶立德参与的重排和降解反应 通过氮叶立德发生的重排，主要有s t e v e n s 重排和s o m m e l e t 重排。s t e v e n s 1 ，2 卜1 5 重排主要被应用于c 【氨基酸衍生物和六氢吡啶类化台物“，而s o m m e l e t 【2 ，3 1 一。一重 排则主要应用于多取代苄胺类化合物，通过后者，也可以实现氮杂环的扩环反应”。 a ) s t e v e n s 重排1 9 2 8 年s t e v e n s 等发现溴化苯甲酰甲基苄基二甲铵，以碱处 理得到( 1 一苯甲酰2 苯基) 乙基二甲铵玎，苄基上的吸电子基，有利于重排。s t e v e n s 等认为反应首先是苯甲酰甲基上的去质子，接着苄基以负离子形式离去并形成碳氨 双键，然后苄基负离子进攻双键碳生成产物( s c h e m e1 1 3 ) 。 p h c o c h 2 蠢( m e ) 2 一c h 2 p h 旦旦二 1p h c o c h 一南( m e ) 2 一c h 2 p hl 【p h c o c 一：讯州c o c w 篡 i - 4 6 后来发现苄基、苯甲酰甲基、烯丙基、炔丙基2 4 - 2 5 ，都可以进行上述重排，氨、 有机锂、氢氧化物、烷氧化物等都可以作为碱来催化此重排，所用碱的强度，取决 于铵盐的酸度。例如溴化苄基三甲铵的重排需用苯基锂作碱2 6 ( e q 1 7 ) 。 惭骂 ：2 ，坼 若迁移基为手性的，重排后仍保持其不对称性。光活性的溴化苯甲酰甲基二甲基( 】一 苯基乙基) 铵生成光活性的二甲基( 1 苯甲酰甲基一2 一苯丙基) 胺，故可认为重排既是分 子内的又是协同进行的( e q 1 8 ) 。 盹c 唰：一卜m c 。i 壁一 h 一6 l m e i h 孙c 。一6 一n m e ： p h c o c n m e 2 h c m e i p h e q 1 8 根据迁移基光学活性不变以及取代苄基铵盐的重排 目对速率，w i t t i g 等a 2 6 认为 兰州大学博士论文 反应是通过形成铵叶立德，然后碳负离子进攻迁移基而完成整个过程的( e q i 9 ) 。 删c i13一r对卜n如ch-ci：th3c 划铒 l 。，1c 。，f 汹小 1 9 9 3 年w e s t 等2 7 首次报道了一条由铵叶立德发生【1 ，2 1 小重排生成取代哌啶酮的 方法。室温下，在二氯甲烷溶液中用r h 2 ( o a c ) 4 作催化剂，分解预先制得的重氮化合 物，形成一个环状中间体铵叶立德，再经过一次【1 2 1 o 重排，使氮原予上的取代基 迁移到相邻碳原予上，从而获得取代哌啶酮。此反应无需将体系稀释或通过减缓加料 速度来降低胺与二聚体催化剂的络合2 8 。反应产物的收率从4 0 到9 9 不等( e q 1 1 0 ) 。 r 2 r 1 5 3 e q 1 1 0 重氮化合物在过渡金属催化下通过螺环铵叶立德的s t e v e n s 重排反应2 9 可以构筑 q u i n o l i z i d i n e ，i n d o l i z i d i n e 和p y r r o l i z i d i n e 的双环亚胺化合物，这就意味着有可能通过 这种途径合成生物活性的i n d o l i z i d i n e 和p y r r o l i z i d i n e 生物碱及其非天然产物类似物3 0 。 2 0 0 3 年，s a b a 3 在文献中报道了重氮化合物l - 5 4 在回流的甲苯溶液中，c u ( a c a c ) 2 存在的条件下，分解成螺环铵叶立德。后者通过【l ，2 】- o 重排得到单一的非对映异构 体1 5 5 。此异构体再依次经过l i a i h 4 还原开环和酯交换反应，可以得到非常纯净的 吡咯烷和3 p r o l i n o n e 双环半缩醛( e q 1 1 1 ) 。 一l 卧、 詈 。n 一 ， 呈! n ，r 八 p 1 1 ，r ，o 、o m 、l 。，j 。 u v e q 1 1 l b ) s o m m e l e t 重排 1 9 3 7 年s o m m e l e t 等人3 2 发现溴化二苯甲基三甲铵1 5 6 在浓碱( 氢氧化物) 存 在- f 加热转化为邻- 苄基二甲胺1 - 5 7 ，后来w i l t i g 等人3 3 发现溴化二苄基二甲铵1 - 5 8 ， 以苯基锂处理得到两种胺，1 ，2 一二苯乙基二甲胺1 5 9 和邻甲基二苯甲基二甲胺1 6 0 ， 前者为s t e v e n s 重排产物，后者则是s o m m e l e t 重排( s c h e m e1 1 4 1 。 鼬一+ ( c h 3 ) 3 b c h n ( c hb r 型二 一 = ： p h j b ij ! ! ! o p h f “一n 岭h 3 “+ p h c h 2 n ( c h 3 ) 2 p h c h l - 5 9i - 6 0 s c h e m e1 1 4 此重排的历程，s o m m e l e t 认为是首先形成一铵叶立德1 6 l ，其亲核中心进攻芳 环的邻位而不是进攻与氮相连的碳原子( s c h e m e1 i s ) 。 拽吼廓三q p h c h 3 1 6 l ：2 一聪2 善- 一 顶 c c k 黜 。 州 明 卧 卟 。砹 兰州大学博士论文 以后的研究工作表明在s o m m e l e t 重排中经过两个碳负离子。例如碘化苄基三甲 铵在液氨中以氨基钠作碱重排为邻甲一苄基二甲胺”。若在- - 8 0 往重排混合物中加 入二苯酮，得到收率为7 3 的铵醇1 6 4 ，这是二苯酮与铵叶立德1 6 3 反应的结果： 若在- - 3 3 重复上面的试验，则仅得到收率为8 7 的叔胺，因此，反应的慢步骤似 乎是最稳定的叶立德1 6 3 经质子迁移生成最不稳定的叶立德1 6 5 。后者一旦生成便 很快发生重排( s c h e m e1 1 6 1 。 p h c h 2 n ( c h 3 ) 3 i l 一6 2 一 n a n h 2 液氨 h j 甜 i 弋太 【p h c h 一责( c h 3 ) 3 】+ 1 - 6 3 攀h 2c h 3 “卜颐攀删3 ) 2 p h c h - - n ( c h 3 ) 3 p h ，占一o h l 一 1 制 1 9 9 4 年，c l a r k 等3 5 首次系统地研究了c u ( a c a c ) 。催化的重氮化合物分子内生 成铵叶立德，随后发生 2 ，3 卜。一重排形成环状胺的反应。反应结果证明这种铵叶立 德形成在前，其重排随后的一前一后反应模式是合成环状胺的的有效途径( e q 1 1 2 ) 。该类反应被广泛用于有机合成中3 6 。 i - 6 6 1 - 6 71 6 8 e q 1 - 1 2 2 0 0 4 年，c h e - 等3 7 报道了在【r u l ( t t p ) ( c o ) 】的作用下分解重氮化合物，例如重氮 乙酸乙酯，并在烯丙基胺存在下进行分子间作用形成铵叶立德，此叶立德通过【2 ，3 】- o - 重排以7 0 - 8 0 的产率得到重排产物，而在反应产物中没有【1 ，2 】- a 重排的产物。c h e 等又将这个反应应用于( ) - p l a t y n e c i n f f g 全合成 ( s c h e m e1 1 7 ) ，重氮化合物1 6 9 通 过环状铵叶立德中间体生成重排产物1 - 7 0 。( ) - p l a t y n e c i n 是p y r r o l i z i d i n c j 二物碱中的 jj产 ! ! 删 一 一 兰州大学博士论文 夕骂 o m 。 ! 23 - s i g m a t r o p “x 幽攀禾a 卧1 厂b c 州， 、b n ( s y n 1 7 0 ) s c h e m e1 1 7 8 5 y i e l d ；i n s e p a r a b l e d t 鹳t e r e o m e n c m i x t u r e ( d i - = 2 5 ：1 ) ) s t e v e n s 重排和s o m m e l e t 重排在合成天然产物的过程中有着非常重要的应用”， 适当控制反应条件可以让反应朝着理想的方向进行。w e s t 和n a i d u 小组4 0 , 2 7 在对映 选择性合成( ) e p i l u p i n i n e 的关键步骤包含了l 脯胺酸衍生物l - 7 l 经铵叶立德途径， 以8 4 的产率和7 6 的e e 值生成更高一级的中间体1 - 7 4 。c l a r k 和h o d g s o n 则在他 们合成m a z a m i n ea 环骨架时4 1 ，通过相应的l 脯胺酸衍生物1 7 2 经铵叶立德的 2 ，3 1 o 重排反应合成了c e 环体系的局部1 - 7 5 ( s c h e m e1 i s ) 。 鼢。 、) 。 n ：沁。 州。咖_ q r 多沙 一l ，n j 淞 l - 7 1 ：r = c 0 2 r ，n = 2 i - 7 2 ：r = ( c h = c h d n = 2 s c h e m el ，1 8 r c ) 霍夫曼降解中的氮叶立德 霍夫曼的降解即季铵碱的热解，主要是发生反式- 8 消除，对于卤化铵与氨基 钠的反应也是按此进行。但某些事实与此有矛盾：顺式和反式一2 一苯基环己基三甲铵 氢氧化物都生成1 苯基环己基烯1 7 6 ，对于反式铵而言，在与铵基反位的碳上无质 私 猕m 邙 兰州大擘博士论文 子，有人认为反应的最初产物是3 苯基环己烯，然后通过质子转移生成1 - 苯基环己 烯( s c h e m e1 1 9 ) 。 o h 一 1 7 6 s c h e m e1 1 9 o h 一 但是此论点很快被否定，原因有二：第一，3 苯基环己烯在此反应条件下很稳定， 第二，反一3 ，3 ，6 ，6 一四氘2 一苯环己基三甲铵碱的消去反应产物收率位8 6 - - 9 1 ，并无 氘减少的现象4 2 - 4 3 ，因而可认为反式铵盐转化为1 苯环己烯，必定是通过直接的而 且是顺式消去方式，最有说服力的机理，就是通过铵叶立德1 7 7 的生成。然后失去 p - 氢，这过程被称为一，p 一消去，其立体化学与氧化铵的热消去( 顺式消去) 有些相似( e q ， 1 1 3 ) 。 0 h h n ( c h 3 ) 3 h 2 c 1 7 7 】j 2 e q 1 】3 其它的实验也说明霍夫曼降解的n ，口一消去。 w i t t i g 等4 4 发现三甲铵环辛基铵碱1 7 8 通过热解生成的环辛烯，顺式产物4 0 ， 反式产物6 0 ，以氨基锂作碱催化此反式生成物中顺式占1 5 ，反式为g s ，因而 在这两种条件下，都以反式消除为主要方式，但若此铵盐为溴化铵并以苯基锂作碱， 生成的环辛烯则畲有8 】顺式体与1 9 反式体，这种显著的变化是由于旺，p 消去引 起的。另外，溴化溴甲基二甲基环辛铵l - 7 9 以甲基锂处理，所得产物中的顺式体占 9 0 1 0 为反式，同时分离出三甲胺。这是c , 1 3 消去的个佐证。三甲胺的析出， 说明必须经过铵叶立德中间体1 8 0 ，可用( s c h e m e1 2 0 ) 表示反应过程： 四一 兰州大学博士论文 n ( c h 3 ) 3 + c h 3 f n - - - c ，h 3 c hb r苎! ，1 - 8 0 + 、 ，- + 在开链化合物的霍夫曼降解中，也有n ，d 消去4 5 - 4 7 。 由上述事实可以得出一般性的结论：卤化铵以有机锂试剂处理按顺式的。，3 - 消 去进行，过渡态的位阻以及甲基氢的酸性增加都有利于顺式消去。 二、吡啶鲶叶立德( p y r i d i n i u my l i d e ) n i j rm 这类叶立德的通式为= = 一r ，其中至少有一个r 基能起到稳定碳 负离子的作用，才能被分离出来。 吡啶锚叶立德最早由k r o h n k e 在1 9 3 5 年发现4 8 。他用n 一苯甲酰甲基溴化吡啶 与碳酸钾作用得到熔点为7 4 的结晶叶立德1 8 3 。用相应的喹啉盐或异喹啉盐也可 制得类似的叶立德( e q ，1 1 4 ) 。 e 一，址m i 旦 一。卧e q 1 1 4 毗啶镣基活化a h 的能力比简单的铵基强，这可能是因为前者的碳负离子同时 受到毗啶鲔基的静电作用与共振作用的结果，当然也与碳负离子上的取代基有关。 一 一o = c 一一o = c 少 了m d 兰州大学博士论支 吡啶与四氰氧化乙烯在o 生成吡啶鲔二氰亚甲基化物1 8 4 ”，此物为一高熔点 一4 - 稳定的叶立德。x 射线结果”可说明该物质的结构。c n 键长为1 4 l p m ，比预期的 c 删一n 印，键长稍短一些。环中的碳氮键为1 3 7 p m ，c c 的键长为1 4 2 p m ，几乎与丙 烯腈中的碳碳单键键长一样( 1 4 2 6 p m ，s p - s p 2 ) ”，但比丙腈中的碳碳单键短( 1 4 5 8 p m ， 一j l s p s p s ) ”，可认为碳负离子中的碳为s p 2 杂化并与吡啶错环有部分相互作用导致c 一曲 键长较正常的短，由碳负离子形成键的夹角都是1 1 9 0 1 2 0 0 ，这同样也表明旷杂化 方式，但令人感兴趣的是x 一射线分析结果，碳负离子并非平面型，两个氰基中的碳 和氮分别比吡啶舔和碳负离子所在的平面低8 p m 与1 3 p m 。 型芬。 1 3 7 p mc n 由上可知，由于吡啶环与碳负离子的共轭作用，吡啶铺叶立德比铵叶立德稳定 得多。 吡啶箱叶立德具有正常的碳负离子的反应如m i c h a e l 加成，同时它也可以作为 l ，3 偶极子，与不同的亲偶极体发生分子间或分子内的环加成反应。l ，3 偶极环加成 反应是构筑多元杂环的重要方法。通过四氢吡啶叶立德的【2 ，3 】一g - 重排。可以高非对 映选择性地实现缩环。 1 m i c h a e l 加成 吡啶搽叶立德作为亲核试剂，与不饱和双键发生m i c h a e l 加成反应，在某些情 况下加成产物可转化成环状化合物。 1 9 6 1 年，k r o h n k e 等5 3 报道了吡啶鼢叶立德与查尔酮发生加成反应，加成物进 一步反应得到取代吡啶( e q 1 1 5 ) 。 c s h 5 n c h c o p h e q 1 1 5 在近代有机合成中，此类反应的应用较为广泛。1 9 9 9 年，k i m p e 等将其应用于 兰州大学博士论文 厶q 卵，m 的合成中。拈谚即r f ”在非洲是用于治疗疥疮和皮肤病的传统药物。在报道中， 反应起始原料1 ，4 - 二甲氧基萘甲醛通过四步反应转化为l s a g a r i n ，其中的关键步骤就 是反应中间体1 8 5 与乙酰毗啶叶立德进, 行m i c h a e l 加成，继而发生分子内缩合反应高 产率得到妇g d ，f h ( e q 1 1 6 ) 5 4 。 。 i e q u i ve t s n c h 3 c n ，r t ，2 0 h 0 l - 8