（有机化学专业论文）脱肟反应的研究.pdf

摘要 脱肟反应是将肟再生为相应羰基化合物的重要有机反应，它不仅 意味着羰基保护的解除，而且已有不通过羰基直接制各肟的报道，如 从a 卤代酯、乜酰基酸、伊羧基酸等制备a 肟基化合物，此方法可能 成为合成羰基化合物的新途径。此外，醛酮被肟化后一般容易结晶， 很容易通过重结晶的方法加以提纯，所以高效的脱肟可应用于醛酮的 纯化。因此，多年来化学家们对脱肟反应的研究兴趣有增无减。 脱肟反应可用通式表示如下： n o ho r 八。f r 久：。岣 脱肟生成相应羰基化合物( 醛或酮) 的方法有很多种，可归纳为： ( 1 ) 水解法；c 2 ) 还原法；( 3 ) 氧化法；( 4 ) 光解法等。 本工作以紫苏葶( 1 ，8 对盂二烯7 肟) 为底物，系统研究了液相 水解脱肟，即紫苏葶在酸催化下与甲醛反应脱肟，该反应相当于甲醛 与紫苏葶在酸催化下发生的交换反应。主要研究了反应温度、反应时 间、酸催化剂的性质、催化剂用量、甲醛用量、溶剂种类等因素的影 响，并将其运用于高纯度紫苏醛的合成。研究结果表明：( 1 ) 反应温 度在8 0 时最为适宜，温度过高副反应程度加深，温度过低反应速 度太慢或反应不完全；( 2 ) 以硝酸作催化剂时，用量在5 1 0 时最 为适宜。催化剂用量越大，副反应加剧，催化剂用量减小，反应时间 过长。用作催化剂的酸其酸强度适中时较为适宜；( 3 ) 甲醛用量与底 物摩尔比为2 ：1 时，脱肟的效果较好。继续增加其用量，对反应产 率的影响不大；( 4 ) 极性大的溶剂有助子反应的进行，用硝基甲烷作 溶剂的效果最好，是由于其本身是强极性质子溶剂。而n n - 二甲基 甲酰胺虽然极性强，但有碱性，削弱了酸的催化效果。最优的反应条 件是：用硝酸作催化剂时，在溶剂硝基甲烷中，以2 摩尔的甲醛于 8 0 与1 摩尔的紫苏葶反应4h ，紫苏醛的产率可达9 6 ，这为高纯 度紫苏醛的合成提供了一条便捷的途径。 同时也考察了固相脱肟体系，并将固相脱肟方法运用于一系列反 应底物上。我们合成了一系列芳香族和脂肪族肟，进行脱肟反应的研 究，初步总结出了反应的规律是：以2 倍物质的量的多聚甲醛，2 5 倍物质量的一水合硫酸氢钠，于室温下反应底物一起研磨1 0r a i n 反 应产率较好。发现醛肟比酮肟更容易发生脱肟反应。芳环上有推电基 团如羟基，甲氧基等有利于反应的进行；而吸电子基团如硝基会阻碍 脱肟反应的进行。位阻对反应也有影响，位阻太大的底物很难进行脱 肟反应。同时也发现催化剂( 一水合硫酸氢钠) 中的结晶水对反应有 极大的影响，没有结晶水的存在，反应难于进行。固相脱肟条件温和， 反应时间短，操作简单。 关键词：脱肟；紫苏葶；紫苏醛；液相脱肟；固相脱肟 d o x i m a t i o ni s8 1 1h n p o r t a n tr e a c t i o n ，b e c a u s eo x i m a t i o ns e l v e $ a sa n e f f i c i e n tp r o t e c t i v em e t h o df o rc a r b o n y lc o m p o u n d s a tt h es b l n et i m e 。 o x i m e sc o u l db ep r e p a r e df r o mn o n - c a r b o n y lc o m p o u n d s ，s u c ha s a - h a l o g e ne s t e r s ，p - k e t oe s t e r s ，a n dm a l o n i ce s t e rd e r i v a t i v e s s ot h e r e g e n e r a t i o n o fc a r b o n y l c o m p o u n d s f r o mt h e s eo x i m e sr e p r e s e n t p o t e n t i a lr o u t ef o rs y n t h e s i so fk e t o n e sa n da l d e h y d e s f u r t h e r m o r e 。 k e t o n ea n da l d e h y d eo x i m e so a nb ee a s i l yp u r i f i e dt h r o u g hr e c r y s t a l l i t i o n ， a ne f f i c i e n tm e t h o df o rd e o x i m a t i o nc a n , t h e r e f o r e ，b eu s e df o r p u r i f i c a t i o no fc a r b o n y lc o m p o u n d s a sar e s u l t ，c h e m i s t sh a v eb e e n p a y i n g i n t e r e s ti nt h e d e v e l o p m e n to fp r o c e d u r e sf o rt h ee f f e c t i v e r e g e n e r a t i o no fc a r b o n y lc o m p o u n d sf r o mt h ec o r r e s p o n d i n go x i m e s , e s p e c i a l l y , u n d e rm i l dc o n d i t i o n s g e n e r a lp r o c e s sf o rd c o x i m a t i o n 锄b ed e s m l 呛da sf o l l o w r 怒，r k 崎r 卜啄f r 崎 t h e r e 锄屯m a n yp r a c t i c a lp r o c e d u r e sf o rd e o x i m a t i o n , i n c h d i n g h y d r o l y t i c ，r e d u c t i v e ，o x i d a t i v ea n dp h o t o s e u s i t i z e dd e o x i m a t i i nt h i st h e s i s ，w es y s t e m i c a l l ys t u d i e da c i d - c a t a l y z e dd e o x i m a t o n u n d e r l i q u i d s t a t ew i t hp e r i l l a r t i n e ( 1 ，8 - p - m e n t h a d i e n e - 7 - o x i m e ) a s s u b s t r a t e 弛p r o c e d u r ei se q u i v a l e n tt oa na c i d - c a t a l y z e de x c h a n g i n g r e a c t i o nb e t w e e np e r i l a r t i n ea n df o r m a l d e h y d e t h ei n f l u e n c e so f r e a c t i o n v a r i a b l e so n ：r i d , s u c ha st e m p e r a t u r e ，t i m e ，c a t a l y s t , c a t a l y s t sp r o p e r t y , s o l v e n t , d o s a g eo f c a t a l y s ta n df o r m a l d e h y d e ，w e r ee v a l u a t e d 。f i n a l l y , w e p u tt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o ni n t ot h ep r a c t i c eo fs y n t h e s i z i n gh i g hp u r i t y p e r i l a l d e h y d e 1 1 坞r e s u l t ss h o wt h a t ：1 1 1 圮m o s ts u i t a b l e1 w d o t i o n t e m p e r a t u r ew a s 砒8 0 h i g h e rt e m p e r a t u r ew i l ls t r e n g t h e nt h es i d e r e a c t i o n 黼l el o w e rt e m p e r a t u r ew i l ll o w e rd o w nt h er e a c t i o ns p e e do r l e a dt oi n c o m p l e t er e a c t i o n 2 1 1 ”y i e l do fp e r i l l ya l d e h y d ew a st h e h i g h e s tw h e nt h em o u n to ft h ec a t a l y s t , n i f f oa c i dw a s5 l o s i d e r e a s o nw i l lb ee n h a n c e dw h e nm o r ed o s a g eu s e d l e s sd o s a g em a k e s t h er e a c t i o nt i m el o n g e r c a t a l y s t sw i t hm i d d l ea c i d i t ys h o w e dg o o d m c a t a l y s i s 3 1 1 bb e s tm o l a rr a t i oo ff o r m a l d e h y d e ，t op e r i l l a r t i n ef o r d e o x i m a f i o nw a s2 ：1 m o r ed o s a l r cm a k e sn od i f f e r e n c e 4 g e n e r a l l y s p e a k i n g , t h es t r o n g e ri sp o l a r i t yo fs o l v e n t , t h e b e t t e rr e s u l to f d e o x i m a f i o ns h o w s n i t r o m e t h a n ei sm o r es u i t a b l ef o rd c o x i m a t i o m h o w e v e r , w h e nd 摩w o r k sa ss o l v e n t , t h e r ei sa l le x c e p t i o nd u et oi t s a l k a l o s o c n o e w h i c hw e a k 即e dt h ee f f e c to fc a t a l y s t t h eo p t i m u m c o n d i t i o ni sa sf o l l o w ：9 6 y i e l do ft h ep r o d u c t , p e r i l l a l d e h y d e ，w a s o b t a i n e di nt h ep r e s e n c eo fn i t r i ca c i d 嬲c a t a l y s ta t8 0 f o r4 hi n u i | r o m e t h a n e , w h e nt h em o l a rr a t i oo ff o r m a l d e h y d et op e r i l l a r t i n ew a s 2 ：1 ，i tp r o v i d e sac o n v e n i e n tw a yf o rt h es y n t h e s i so fh i g h l yp u r e p e r m a l d e h y d e a tt h es a m et i m e ，w os t u d i e ds o l i ds t a t em e t h o df o rd e o x i m a t i o n , t h e nu s e di tf o rd c o x i m a t i o nw i t has e r i e so fs u b s t r a t e s w es y n t h e s i z e da s e r i e so fa r o m a t i ca n da n ! 【y lo x i m e s 1 1 r e m f l ts h o wt h a t ：o x i m e so f k e t o n e sa n da l d e h y d e sw o r ee f f i c i e n t l yc o n v e r t e dt ot h ec o r r e s p o n d i n g c a r b o n y lc o m p o u n d s ，u s i n g ac o m b i n a t i o no fn a h s 0 4 h 2 0a n d p a r a f o r m a l d e h y d ei ng o o dt oe x c e l l e n ty i e l d su n d e rs o l i ds t a t ec o n d i t i o n s 砸r o o m 如m p e m t u r e f o r1 0m i n u t e s 。w h e nt h em o l a rr a t i oo f f o r m a l d e h y d e t o p e r i l l a r t i n ew a s2 ：1 c o n v e r t i n ga l d o x i m e st o t h e c o r r e s p o n d i n gc a r b o n y lc o m p o u n d sw a se a s i e rt h a nk e t o x i m e s i ti sn o t e w o r t h yt h a t 伍自l n s 圳耽吼t e do x i m e su n d e r w e n td e o x h n a t i o nv e r y e f f i c i e n t l yw i t h o u tr e a r r a n g e m e n to f t h ec = cb o n d t h ee l e c t r o n d o n a t i n g g r o u p ss u c ha sm e o ，o ho nt h ea r o m a t i cr i n gw o r ei n e f tt ot h er e a g e n t , a n de n h a n c e dt h ey i e l do fp r o d u c t s 1 1 ”o x i m e sw i t hm o r es t e r i c a l h i n d e r e n c ow o r em o r ed i f f i c u l tt oh y d r o l y s i st ot h ec o r r e s p o n d i n g o a r b u n y lc o m p o u n d s h y d r a t e w a t e ri ns o d i u m h y d r o g e n s u l f a t e m o n o h y d r a t ep l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nd e o x i m a t i o n w i 也o u th y d r a t e w a t e r , t h ey i e l d so fc a r b o n y lc o m p o u n d sw o u l dd e c r e a s eo b v i o u s l y 耽e a d v a n t a g e so ft h i ss y s t e ma r ee a s i e rw o r k - u p , c h e a p e rr e a g e n t sa n d s h o r t e rr e a c t i o nt i m e s k e yw o r d s ：d e o x i m a t i o n ；p e r i l l a r f i n e ；p e r i l l a d e h y d e ；l i q u i ds t a t e d c o x i m a f i o n ；s o l i ds l a kr e a c t i o n 学位论文原创性声明与版权使用授权书 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：) 亳订秒加刁年歹月鸠日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阕。本人授权湖南师范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，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 a ( 请在以上相应方框内打“ ”) 作者签名：j 佃秒日期：沙啼岁月诌日 i 、j 矿 导师签名：衫蔓乡妙日期：瓣 r 月衫日 二夕 腑反应研究 第一章文献综述 1 文献综述 i i 引言 脱肟反应是将肟再生为相应羰基化合物的重要有机反应，它不仅 意味着羰基保护的解除，而且已有不通过羰基直接制得肟的报道【， 如从毋卤代酯、州 基酯、烷基丙二酸制备a j 肟基酯 4 1 ，此方法可能 成为新的合成羰基化合物的途径。此外，醛酮一般都难以直接纯化， 而醛酮肟化后通常容易结晶，很容易用重结晶的方法提纯，高效的脱 肟可应用于高纯度羰基化合物的制备。因此，多年来化学家们对脱肟 研究的兴趣有增无减。 脱肟反应用通式表示如图1 1 ： n o ho h r 2 州- r 少r 2 ( h ) 图1 1 1 2 脱肟方法综述 发生脱肟反应生成相应醛、酮的方法有很多种，可归纳为：氧化 法；还原法；水解法；光解法。 1 2 1 氧化法 氧化法就是用氧化剂或负载型氧化剂与肟反应，在适当的反应条 件下实现脱肟。也有用电化学、光化学条件下实现的氧化脱肟。 ( i ) 用非负载型氧化剂实现的脱肟 d a v e y 等胪j 用亚硝酸钠的稀硫酸溶液在0 下与1 苄基5 甲基 咪唑4 - 丙酮肟反应脱肟，可定量的将其转化为相应的酮。 s h i n a d a 等网用活性二氧化锰作氧化剂，以二氯甲烷或环己烷作 溶剂，室温下与芳香族、脂肪族的醛酮肟反应，1 5r a i n 内，相应醛酮 的产率可达7 8 , - 一9 2 ，并研究发现含有不饱和双键的顺式或反式醛 肟反应后不影响其顺反构型。他们认为该反应机理如图l - 2 ： 奠抟囊r 图l - 2 d e m i r 等【刀用m n ( o a c ) 3 与肟反应脱肟，以苯作溶剂，在加热回 流条件下，2h 内实现了芳香族酮肟再生为相应的酮，产率一般为8 6 9 6 。他们认为，m n ( o a c b 在反应中起氧化剂作用，并推测反应如 图1 3 ： 删( o a c ) s 一o + m n ( o a c ) 2 佻+ a c o h 图1 3 张深松等 8 1 用d m f - n 0 2 实现了对芳香族酮肟和醛肟的选择性氧 化脱肟。在1 5h 的反应时问内，可使相应产物的产率达到7 0 以上。 氧化剂d m f - n c ) 2 能有效地将各种肟再生为相应的羰基化合物，对于 水杨醛肟、肉桂醛肟及糠醛肟分子中的酚羟基、碳碳双键和呋喃环没 有影响。这可能是因为有机溶剂d m f 吸收n o = 之后，能使n 0 2 由气 相转到有机相，并通过d m f 的羰基氧和n 晓的氮形成类氢键的结合 即d m f - n 0 2 ，从而使得n 0 2 氧化性能变得温和，克服了气体n 0 2 作 为氧化剂选择性差、操作困难等缺点，也避免了n 0 2 的另一种形态 n 2 0 4 氧化时所需要的低温操作。同时发现氧化剂( d i v f - n 0 2 ) 的用 量对产率也有影响。也有人报道仰在低温下用n 2 0 4 作氧化剂脱肟。 b a r h a t e 等o o 用7 0 的叔丁基过氧化氢( t e a - b u t y l h y d r o p e r o x i d e ) 与芳香族酮肟反应，以丙酮或四氯化碳作溶剂，反应 4 1 8h ，得到相应的醛或酮，产率为3 0 1 0 0 不等。 黄冠等【n 】用硝酸铈铵溴酸钠实现了对芳香族酮肟和醛肟的选择 性氧化脱肟，1 5h 的反应时间内，产率可达7 0 以上。该法以水作 溶剂，产物容易分离，溶剂成本低廉，且所用硝酸铈铵为催化量。 c h a k r a b o r t y 等f 1 2 1 用氯铬酸吡啶锸盐直接与芳香族、脂肪族的醛 肟或酮肟反应脱肟，2m i x , 内使其转化为相应的醛和酮，同时发现采 用微波辐射加热能促进肟的转化一年后，s a l e h i 等【1 3 】牲室温下实现 用产甲基吡啶氯铬酸鲶盐作氧化剂脱肟，效果较好。后来，c , a n g l l l y 等 f 1 4 l 以丙酮作溶剂，用吡啶氟铬酸鲶盐3 0 h 2 0 2 作氧化剂脱肟，对脂 肪族和芳香族的酮、醛肟都有较好效果。但其不足是含有推电子基团 的醛肟脱肟反应中有过度氧化产物生成。 张继振等【l 习用交联聚苯乙烯二醋酸碘苯在室温下与芳香族酮肟 反应，以二氯甲烷作溶剂，9 0r a i n 内相应酮的产率达到4 0 以上。 将碘苯固载后，解决了副产物碘苯难于从产物中分离回收和碘苯废液 污染环境的缺陷。吴鸣虎等f 1 日用聚合物固载过硼酸实现了芳香酮肟和 醛肟的转化，3 5h 内酮、醛的产率达到8 3 以上。该氧化剂反应速 率较慢，可避免过氧化物产生，具有分离纯化简单、操作简便、聚合 物氧化剂可再生等特点。 k h a z a e i 等i i 刀用n , n 二溴一n n ! - 二对甲苯磺酰胺1 2 乙烷 ( b n b t s ，见图1 - 4 ) 实现了肟的氧化脱肟。该法以四氯化碳作溶剂， 对芳香族酮肟和醛肟都有好的反应效果，2h 内产率一般为8 8 9 7 ， 其特点是：氧化物很容易再生，产物易于分离。 心s 0 2 叩嘲叶s 0 o 啪 矗f 吉f 图1 _ 4 h o s s e i n z a d e h 等嗍用氯铬酸2 , 6 - - - 羧基毗啶( 2 ，6 - d c p c c ) 做氧 化剂，乙腈作溶剂，在常温下不仅能高效地使脂肪族、芳香族的醛肟 和酮肟脱肟，而且能高效使喁卢不饱和醛或酮肟脱肟。在8 3 5r a i n 的反应时间内，产率可达8 2 9 5 ，反应选择性高，不会发生醛肟 的过度氧化。k h a z a e i 掣1 9 1 用聚对- n , n - 二氯磺酰氨基苯乙烯作氧化剂 脱肟，4 0 反应5r a i n ，芳香族和脂肪族醛或酮肟以大于9 0 的产率 转化为相应的醛和酮。此反应氧化物反应后通入氯气可以重生，产物 分离也很方便。 j a i n 等 2 0 1 用离子液体作溶剂，以双氧水作氧化帮，f e ( ) ( n i i 啉或磷钨酸作催化剂氧化脱肟。他们在用f e ( ) 卟啉作催化剂( 见 图1 5 ) 时发现，含有推电子基团的醛肟比含有吸电子基团的醛肟氧 化脱肟所得相应醛的产率要高。磷钨酸作催化剂的氧化脱肟反应是在 氮气保护下进行的，在3 6h 时的反应时间内，相应脂肪族、芳香 族醛酮的产率可达7 4 - - - 9 7 。 脱肟反应研究 - p p 跗e o r 0 图1 5 b o m a h 等1 2 1 佣b i c l 3 与芳香族酮肟和醛肟在微波作用下反应，以 四氢呋哺作溶剂，6r a i n 内相应醛酮的产率就可达到7 0 以上，反应 中b i c l 3 起催化作用。也有用b i ( n 0 3 b 5 h 2 0 和c i l ( a o o ) 2 脱肟圈的报 道。 a r n o l d 等鳓用乙腈俩酮水( 3 ：6 ：1 ) 作溶剂，在回流的状态下，用 b i b r 3 作催化剂，b i ( o t 0 3 作助催化剂，与芳香族、脂肪族的酮肟反 应脱肟，3h 内相应酮的产率可达6 5 8 0 。 ( 2 ) 用负载型氧化剂实现脱肟 一 v a r m a n 等刚用负载在硅胶上的n a l 0 4 与芳香族和脂肪族酮肟反 应，在微波的作用下，2 5h 内，相应酮的产率可达8 6 9 3 。他们 发现，负载在粘土上的氧化剂反应时，得到的主要是贝克曼重排产物。 同年，他们又用负载在s i 0 2 上的侧h 3 ) 2 s 2 0 8 阅与芳香族的酮肟和醛肟 在微波的作用下反应脱肟，2 5r a i n 内就可使相应醛酮的产率达到6 0 以上。 b e n d a l e 等陶用负载在s i 0 2i 雕jc r 0 3 与芳香族和脂肪族的酮肟 反应，以二氯甲烷作溶剂，在微波的作用下，4 5 1 2 0s 内实现了脱 肟。 o a n g t a y 等 2 7 用m ：1 贝载于湿三氧化二铝上的毗啶氟铬酸锚盐作氧 s 化剂脱肟，解决了醛肟脱肟过程中的过氧化问题，并推测了其反应机 理是( 见图1 - 6 ) 。 凡h 洲+ 夕萌 吖 f n u - h 别- - 卜o h 妇一。一 粕一：。一趋 图1 - 6 c h r i s m a n 等贮8 妃k _ m u 0 4 负载在氧化铝上，与环状和直链状脂肪 酮肟反应，以丙酮作溶剂，使其脱肟。一般在2h 内可获得8 4 一, 9 7 的产率。他们指出：( 1 ) 除溶剂外，反应体系中加入一些末端不饱 和烃，有助于肟的再生；( 2 ) 脱肟反应时必须加入适量的水；( 3 ) 空 间位阻能抑制脱肟速度，如达到8 2 转化率所需反应时间为：环己 酮肟5r a i n ，2 - 甲基环己酮肟4h ，2 , 6 - - - 基环己酮肟1 7h 。 i m a n z a d e h 等 2 9 1 将负载有高锰酸钾的三氧化二铝粉末作氧化剂 与酮醛肟研磨反应，在5 0 下，反应4 0m i n ，相应醛酮的产率可达 到7 3 - - 9 7 。氧化脱肟效果好，且不需要溶剂。 ( 3 ) 电化学氧化法 李青等【3 0 1 以m n ( a i y m n ( z i ) 茭j g 化还原体系脱肟，在相转移催化 剂存在下，进行芳香族醛肟和酮肟的问接电解氧化。其方法是将肟、 硫酸锰、3 0 硫酸加入阳极室，以铂作电极，阴极室内加入3 0 的 硫酸，以铜作电极，在0 4 a 的电流强度下，反应2 5h ，相应醛、酮 的产率可达7 6 以上。 6 最 凡吖 脱肟反应研究 b e n c h a r o f 等p l 】用叔丁基铵四氯化硼酸盐作电解液，用铂作电 极，在2 2v 的电压下先进行电解预处理，然后阳极区加入肟和水反 应。研究发现：( 1 ) 水的存在有利于脱肟；( 2 ) 醛肟在反应中会聚合 生成杂环化合物。对于醛肟的脱肟，由于反应过程中有碳正离子中间 体产生，它不仅会发生肟自身或与溶剂的双分子缩合反应，生成杂环 化合物；而且，当分子内存在不饱和双键时会发生分子内的亲电加成 反应，这就给不饱和醛肟的脱肟带来了一定的难度。 ( 4 ) 光化学氧化法， y a n g 等嗍用光敏剂三吡啶乙炔铂圆络合物的盐( 见图i - 7 ) 与 肟混合，在氧气氛围下，以一定波长的光照射，实现芳香族、脂环族 的醛肟和酮肟的脱肟。光照时间6h 内，产率可达7 0 以上。他们认 为反应条件下的脱肟是按单线态氧机理进行的。光敏剂在光照条件下 吸收一定波长的光之后，与氧气反应生成了单线态的氧。 隅一c 寸 图1 7 氧化法脱肟，多数试剂的选择性不够好，操作不当会引起过度氧 化，使预期产物产率降低或难以得到，而且许多氧化剂含有重金属元 素，价格昂贵，会造成环境污染，这与绿色化学发展的趋势相违背。 1 2 2 还原法 c u r r a n 等p 刁在室温下用阮尼镍作催化剂，采用氢化一水解法脱 肟，反应2 - 2 4h ，所得脂肪族和芳香族酮的产率为5 6 - - 8 2 。他们认 为反应过程中首先是n - o 键的断裂，生成烯胺中间体，然后在反应 条件下进一步转化为酮或胺。 还原法脱肟的反应，强烈的还原剂可能使中间体亚胺还原为胺而 使羰基化合物的产率降低： 1 2 3 水解法 l e e 等【3 习在室温下以d m f 作溶剂，将瓢c b 的盐酸溶液与严膦酸 酯基劬卢不饱和酮肟混合反应脱肟。 s h i r i n i 等p 4 j m g ( h s 0 4 ) 2 与芳香族酮肟在湿硅胶 s 1 0 2 h 2 0 = 5 0 w w 存在下于室温反应3 0 一3 0 0r a i n ，获得相应的酮，产率达9 0 以 上。用该法可以有效地将腙和半卡巴腙再生为相应的羰基化合物。 d e 等1 3 5 1 用s i b r 4 与芳香族、脂肪族的酮肟或醛肟在室温下反应， 在硅胶的存在下，四氯化碳作溶剂反应。对于芳香族醛肟，反应6 0r a i n 就得到8 7 以上产率的相应醛；而芳香族酮肟则需要更长的反应时 问( 达到8 3 的产率需要2 2 0r a i n 以上) 。此反应对腙和半卡巴腙再 生为相应的羰基化合物也同样有效。 m a r t i n 等 3 6 1 用三甲基膦和2 ，2 二吡啶二硒a p y s e s e p y ) 在常温下 脱肟，产率也能达9 0 以上。该法的特点是它可适用于不饱和结构 ( 芳香结构除外) 的酮肟的转化，而不影响其不饱和键。如1 香芹酮 肟反应2m i n 以内，1 香芹酮产率9 4 ，5 - 己烯2 _ 酮肟反应5h ，酮 的产率为9 3 。他们推测其可能的反应机理为( 见图1 8 ) 。 s h i r i n i 等【3 力用z r ( h s 0 4 ) 4 催化芳香族酮肟水解脱肟，在含水s i 0 2 存在下，4 5h 内获得8 0 以上的产率。此反应对腙和半卡巴腙再生 为相应的羰基化合物也同样有效。c h a v a a 等 3 8 1 用乙醛酸的水溶液中， 室温条件下与芳香族、脂肪族的酮肟和醛肟反应脱肟，效果较好。 垮掣 c h a n d r a s e k h a r 等1 3 9 用h 1 0 3 在室温下，以二氯甲烷作溶剂与芳香 族的酮肟反应6 - - 2 4h ，实现了6 7 , - , 9 7 产率的脱肟。作者认为此反应 为“无水水解”，并且反应中不需要加入水也能实现高产率的脱肟。 l i 等嗍用固定在硅胶上的离子液体作催化剂，在室温下，实现 了芳香族酮肟的脱肟。此法选择性可达9 9 以上。应用离子液体作 催化剂催化脱肟，其选择性非常好，是环境友好的方法之一，但试剂 价格较之昂贵，不易于工业化。 g o g i o 等【4 1 】在2 5 4 0 下，用1 2 ，表面活性剂，水体系成功地实现 了较好脱肟他们所用表面活性剂是十二烷基磺酸钠( s d s ) ，它加 入后与碘形成胶束，极大的促进了反应。碘在此反应中起到的是催化 碳氮双键裂解的作用，这从作者推测出来的反应机理( 见图1 9 ) 中 不难看出。此中性体系在发生反应后不会生成其它碘化物和氧化副产 物，同时此反应的操作也较为简便。 用水解法脱肟，一般是在酸性条件下进行的，故不适于含有酸敏 颈士学位论文 感基团肟的脱肟，大部分方法对醛肟的脱肟效果不理想，对于稳定的 酮肟来说，这类方法比较简单，很容易实施。 图1 _ 9 。 1 2 4 光解法 s a r a v a n s e l v i 等【4 2 1 用悬浮予乙腈中的t i 2 0 作光敏剂，在氧气或氮 气气氛中光照2h ，可使苯乙酮肟和环己酮肟定量转化成相应的酮。 但对环己烯酮肟的反应产率只有5 9 ，而且在氧气存在下效果较好。 研究发现，当苯乙酮上连有推电子基团时，会导致产率降低。 p e t e rd ol i j s e r 等附1 用光敏剂四氯苯醌( c a ) 与芳香族、脂环族 的醛肟和酮肟在一定波长光照的条件下，实现了脱肟。其反应途径为 ( 见图1 1 0 ) ： 图1 1 0 对于光解法脱肟，选择性较好，产物易于分离。 腑反应研究 2 选题及技术路线 2 1 选题及意义 2 1 i 选题 、 在酸催化下，用甲醛与紫苏葶反应脱肟，考察各种因素对反应的 影响，研究最优化的反应条件，用以合成高纯度紫苏醛。同时研究固 相脱肟的方法，得出优化条件，应用于其它种类肟的脱肟反应中，研 究的反应的规律性。 2 1 2 选题意义 紫苏醛，化学名【l ，8 - 对孟二烯7 甲醛】，是一种具有清香、樱桃 和油脂香气的光学活性萜类化合物，存在于天然紫苏油、莲叶桐和香 柠檬油中嗍。它可用于日化和食用香料中( 配制香辛料和花生等型香 精) ，也可作为农用杀虫剂和灭菌剂嗍。文献一般采用s e 0 2 i 切， p b ( o a c ) 4 嗍，g n 0 2 t + g i 等氧化剂选择氧化紫苏醇或催化氧化异构桃金 娘烯醇刚合成紫苏醛，但有反应条件苛刻，产物难以提纯等缺点，这 给制备高纯度紫苏醛带来了一定难度。人们使用了诸如亚硫酸氢钠加 成法、精密分馏法等来提纯紫苏醛，但对于紫苏醛这种不饱和的醛， 很容易在高温条件下聚合，而且蒸馏过程也回造成部分的损失，使得 这种提纯方法的收率较低。然而低含量紫苏醛如天然紫苏醛或化学合 成品均容易通过肟化转化成紫苏葶。后者很容易通过重结晶的方法提 纯，所以寻找到一种高选择性、高转化率的脱肟方法便能制备高纯度 的紫苏醛。用甲醛与肟反应脱肟的方法早有人提出【5 1 1 ，但对此反应的 深入研究尚未见文献报导。 有机化学反应一般是在溶液中进行的，在溶液中进行反应时，反 硕士学位论文 应物分子能够均匀地分散在溶液中，稳定地进行能量交换嘲。近些年 来，一些实验研究的结果表明，某些有机合成反应可以在没有溶剂的 条件下进行，称之为固相有机化学反应。固相有机化学反应中没有洛 剂分子的存在，反应体系的微环境也不l 盼溶液体系，它可以造成反 应局部高浓度，从而提高化学反应的效率；同时，在固体状态下，反 应中分子呈有序状态排列，可以实现定向反应，提高反应的选择性嗍。 相关研究结果表明，固相有机化合反应在反应速度、产物收率、反应 选择性方面较溶液法均有显著优势州，生物体内的酶催化有序反应兼 有固液相反应的双重特征。研究固态有机反应不仅对有机化学的发展 有重要的理论和实际意义，也将为生命科学的研究提供理论依据。因 此，固相反应法是一种很理想的合成方法，在有机、高分子材料、催 化剂和药物等一些典型的精细化工产品的生产中有广泛的应用。而且 固相有机合成具有节能、高效、降耗和减污等优点，是未来精细化工 生产中重要的绿色生产方式，发展前景广阔嘲。固相有机合成反应的 产物分离、提纯方法简单，环境污染小，近年来，随着对连接分子和 切割方法研究的不断深入以及各种新型树脂的发明，固相有机合成技 术得到了迅速的发展和广泛的应用，成为目前有机化学的重要领域之 一。因此，研究固相有机合成具有重大的理论意义和实践意义，为发 展绿色化学与技术开拓了新途径 5 6 1 。有机合成中所用到的溶剂在环境 污染物中高居榜首，因为它们的用量大且易挥发。固相有机合成反应 时，因为避免了对溶剂的使用，减少了污染，消耗低且操作简单。这 对工业和环境都是有益的【5 刀。 脱肟反应研究 运用固相反应于脱肟反应中的目的就在于使脱肟的条件更加温 和，反应时间更短，操作更加简单，反应的选择性更高。 固相有机反应的方法有加热法、研磨法、振荡法及超声波辐射法 等，这些方法具有操作简单、能耗低、环境污染小、毒害性小、反应 速度快、选择性高等共同特点嗍。其中固相研磨法是一种操作很简单 的方法：它是在无溶剂的条件下，将反应物与催化剂按比例置于研钵 中，在一定的温度下研磨一定时间，再放置一段时间即可进行分离、 检测，计算反应的产率。研磨法是一种早为人知的方法，它能加速化 学反应的速度。近几十年来，研究者将它应用于固态有机合成，取得 了一些成果。但是它的作用机理却还不太清楚，还有待于作深入研究。 本固相脱肟实验选择研磨法。 2 2 技术路线 用商业购得的紫苏葶为反应底物，研究液相水解法脱肟，讨论了 反应温度、反应时间、酸催化剂的种类、催化剂用量、甲醛用量、溶 剂种类等因素的影响。同时研究固相脱肟的最优化条件，合成一系列 脂肪族和芳香族的肟，讨论了固相脱肟的规律。液相和固相反应所得 产物用气相进行检测，用内标法定量分析，用气质连用、红外对产物 进行表征。对于不能用气相检测的产物，用层析柱将其分离，定量。 硬士学位论文 第二章实验部分 1 主要实验仪器设备及试剂 1 1 主要仪器 红外光谱仪：美国n o c o l e t 公司的傅立叶变换红外光谱仪测量 a v a t a r - 3 6 0 ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o m e t e r ，f t i r ； d f 1 0 1 s 集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市英峪予华仪器厂制 造； 旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂； s h z - d ( i i i ) 循环水式真空泵：巩义市英峪予华仪器厂； 气相色谱仪：a g i l e n tt e c h n o l o g i e s6 8 9 0 n ； s g d - - 3 0 0 氮、氢、空发生器：北京东方精华苑科技有限公司； 气质( g c - m s ) 连用：s a t u r n2 1 0 0 t 型气相色谱质谱( g c m s ) 联用仪； 。 磨口玻璃反应器 1 2 主要试剂 紫苏葶：长沙天润精细化工有限公司； 甲醛水溶液：( j 含h c h o3 7 4 0 ) 湖南师大化学试剂厂； 多聚甲醛：分析纯，上海沪试化工厂； 高氯酸：a l d r i c h ： 氢碘酸：分析纯，上海沪试化工厂； 对甲基苯磺酸：分析纯，中国五联化工厂； 硝酸：( 6 5 - - , 6 8 ) 湖南师大化学试剂厂； 硫酸：分析纯，湖南省株洲开发区株玻有限责任公司产品； 盐酸：( 3 6 3 8 ) 湖南省株洲开发石英化玻有限责任公司； 磷酸：( 之8 5 0 ) 广东省台山市化工厂； 对硝基苯甲酸：分析纯，上海沪试化工厂； 醋酸：分析纯，湖南师范大学化学试剂厂； 甲酸：( 8 5 0 ) 湖南师范大学化学试剂厂： 正戊酸：分析纯，上海沪试化工厂； 磺酸树脂：南开大学化工厂； 硝基甲烷：分析纯，中国五联化工厂； 环己烷：分析纯，上海山浦化工有限公司； 苯：分析纯，湖南师范大学化学试剂厂； 甲苯：分析纯，湖南师范大学化学试剂厂； 异丁醇：分析纯，广州汕头新宁化工厂； 甲醇：分析纯，上海沪试化工厂； 无水乙醇：分析纯 9 9 7 湖南师大化学实业公司； 乙二醇：分析纯，北京化学试剂厂； 丙三醇：f l u k a ； 二氯甲烷；分析纯 9 9 5 天津市博迪化工有限公司； 三氯甲烷；分析纯，天津市博迪化工有限公司； 二甲基亚砜：分析纯，国药集团化学实际有限公司； m - 二甲基甲酰胺：分析纯，国药集团化学实际有限公司； 丙酮：分析纯 9 9 5 湖南师大化学实业公司； 乙酸乙酯r 分析纯 9 9 5 湖南师大化学试剂厂； 四氢呋喃：分析纯，上海山浦化工有限公司； 石油醚：分析纯，湖南师范大学化学试剂厂； 二次蒸馏水 环己酮：分析纯，湖南师范大学化学试剂厂； 苯乙酮：分析纯，上海沪试化工厂； 对甲氧基苯乙酮：f l u k a ； 对溴苯乙酮：l a n c a s t e r ； 对氯苯乙酮：f l u k a ； 对硝基苯乙酮：分析纯，上海沪试化工厂； 苯甲醛：分析纯，上海沪试化工厂； 邻羟基苯甲醛：l a n c a s t e r ； 对羟基苯甲醛：分析纯，国药集团化学实际有限公司； 对甲氧基苯甲醛：分析纯，国药集团化学实际有限公司； 3 甲氧基4 羟基苯甲醛：分析纯，天津市化学试 f ! i 厂 对硝基苯甲醛：f l u k a ； 肉桂醛：分析纯，上海沪试化工厂； 樟脑酮：分析纯，细6 上海沪试化工厂； 二苯甲酮：分析纯，上海沪试化工厂；， n a o h ：分析纯湖南师大化学试剂厂； 脱肟反应研究 碳酸氢钠饱和溶液：( 自配) 一水合硫酸氢钠：分析纯 9 8 5 汕头市光华化工厂； n h 2 0 h h c h 分析纯，上海沪试化工厂； 2 实验操作 2 1 肟的合成 2 1 1 原理 以乙