（有机化学专业论文）有机锌试剂新型反应的研究有机染料分子的设计与合成.pdf

擒要 摘要 本论文主要有两部分构成，前半部分主要工作是对有机锌试剂新反应的研 究，考察有枫锌试裁在这些反应孛麴适雳性，戮扩震有祝锌试裁在有棍合成中 的应用范围。有机锌试剂是一类优良的有机金属试剂，由于反应活性较低，很 多翥性富笼霎都霹以荐在于这类金属试刹孛。螽半部分主要熬王佟是颞型米氏 酮类有机染料分子的设计与合成。 在第一章孛对宫能团他的有机锌试剡的发展做了简要的介绍，然后对主要 的就官能团化的有机锌试剂酶制备驻及程有机合成中酶应用选择了一些畜应用 绘僮和理论意义的制备方法和皮应类型做了详细的综述。 在第二章中，我稍开发了一种新斡有祝锌试裁对叠一羰基醋纯合物进行扩环 或者碳链增长反应的方法。有机锌试剂( e t 2 z n ) 在c f 3 c o o h 的存在下，然后跟 c 氇薹2 反应，翩备出e 如c 峪动c 遵l ，该试裁可与铲羰基黧纯合貔遂行反壶褥烈 中等产率到高产率的y 一羰基醅化合物。通过这些研究，我们扩展了有机锌试剂 豹盛麓范星，提供了惠产率的合成r 菝基繇纯食物熬有效方法 在第三章中，我们研究了有机锌试剂在b a y l 童8 一 l i h m a n 类型反应中的应震。 有枫锌试剂c 笋3 e 孙戳可以鸟各种类型的珏，多t 蜓酮及甄胺发生偶联反应，高 产率的得到8 取代的m o 瘟a b 蝌l i s - 硪l 弧皴反应加合耪，这类反应不需要任何筋 催化测，产物具有立体单一型，完全是z 式结构。我们发展了种新型的 m 娟协b 醪l 蕊h i l l 撒繇类型反应，莉甩这静反应蒿产率合成了立葬单一嚣多富麓 团化的烯烃。 在第霾章串首先概述了染料敏纯太鬻缝电洼圆s q 嚣最新霹究避展，著对箕 的结构和工作基本原理进行介绍，目前，有机染料分子大部分都是d 臂a 结构， 我们按照这样酶结构设计和会成出六静新型米茂酮一氰基类有机染料分子，该类 染料是由米氏酮衍生黼来的，合成步骤缀。工艺简单。本染料分予具有两个含 氮基团，即双供电基团的结构特点，易发生氧化翻还原反应，有更强的给电子 麓力和更快从电解质中摊获电子的麓力，因此我们提供了一类薪型离效竞敏纯 剂的有机染料分子的合成路线和合成方法。 关键谲：有枫锌试裁、一羰基鹣、毽，争炔酮、纛妊器a 露i 争鞭i l 妇锺爱应、染辩敏 化太阳电池、共敏化、d 1 r a 新型米氏酮类有机染料 a b s t r ac t 砥s 氇e s i si s 搬硪印醴黼s 鳅i o 珏s ，豫g o a l 西龇霰躐辩髓i 强i s 幻呶砖慷 酣w 愆a c t i o no f o 黜z m c 托鑫鲈n t sa n da p p l i c a b i i 毋o f i ti i lt l l eo 玛a l l i cr c a c t i o n t h e 黜n ds e c t i o nr e p o m dm i es y l n h e s i so fo 穆a n j cd y e s t h e 龇s i si n c l u d e sf o u r c 黼p t e r s c 脚绝fo n e ：狐攮i s e 壤玛鑫b r i e fi 撼r o d n 谯o no f kd e v e 姊期n to f p 0 赴匝m c t i o n a jo 毽a n o z i n c 托g e n t s 郴西v e n ，a n dn l e nr e v i e w c dt h ep r e p 嬲t i o na l l d r e a c t i o no f o 曜a n o z i i l cr e g e n t c h 鑫p t e r 钳：w 拳奁e 敷c f 3 c 0 2 z 矬c h 2 l 蛾墩c y e l i e - 妇稔e 蹴f se 皴鑫粕逗她 。e o 愆s 印n d i n g 蠢l l 争e x 翻戚d 印妇招通m o 如曩绝童og o o d 妊e i d s 。砧也o u 曲 a - s h b s t i t u t e da c y c i i cp - k e t oe s t e r sr e a c t e d 、i t l lm u c hi e 鼹e 饪i c i e n t ，c l l a i r l - e x t e i l s i o n 心a c t i o no fs i m p l ep k e t oe s t e r sa l s op r o c e e d e de n e c 畦v e l yt og e n c r a t ey 求e t oe s t e r si n h 磷y 主e l 瓠。u 薛瓤s 辩漱娥鞔删甜龇印p l i a c 越两靠嘲眺 f e 瞎e n 拯拯。塔a i l i es y n t l l 姻i s i i lc h a 拼e rt l l r ，w ei n v e s t i g a t e dan e w b a y l i s h i l l i i l 锄一t y p er e a c t i o mo r g a 1 0 z i i l c s p i e s c f 3 c o o z n e tc 张r e a c t 嘶璇侥，p a c e 哆l e n i ck e t o n e sa l l dn - t o s y l a 钯di 赶l 妇s 锻矮嘴b a y l i s - 疆l 虹赫酲d 粥怒弧酗dy 主e l d 遗船曲溅l q f 敬y 髓 斌y 幽a h i 啦z - s l e r c o s e l e c i v i t yw a sa c h i e v c d 。 h lc h 印电e rf - o u r ，、ei n t r o d u c em es m l c t t l r e 锄d 也ep r m c i p l eo fd y e s e n s i t i z e d s o l | 虻c e l i s s c ) 1 kl a t e s t 糟s u l t sa b o u tr e s e 耐lo 藏d y e s e n s 撼z 酣s o l 瑟l l s 蠢糙 形访e w 穗s 蠡毽激o s o f 蛙搀。毽髓i cd y e sa _ 陋i 翻运d s s c sb e l o 耀l o 够然斌d 黔a s 锻粒t u r e s 谢mb o t l le l e c t r o nd o n o r ( d ) 锄de l e c 拍na c c 印t o r ( a ) l i l l l ( 以b ya ，h 油坞u g a t i o nb r i d g e a c c o r d i n gt 0 雠ss 椭j 咖r e ，t h en o v c ic o n j u g a t e do 喀a i l i cd y e s m 滥h a v en ，n d i m e t h y l a 正l i n e m a ) 瑚【o i 砥e s 弱t | 壤e l e g 锄鑫豳菇醒躲d 鑫 q 黼o 兹ea c 过( c a a ) 嬲i e 秒稻龇e l e 咖n 粼e 印姒w e 揩s y 躐妇i z e d 奴d s s c s 矾糙。撼a 1 1 i cd y em o l e c u l e s 、i mm oi l i 们g e ng r o u p s ，a r cp r 0 】舱t 0o 虹d a t i o n 弧d d 【u c t i o n ，t h e ya l s oh a v eas 缸l o n g e rc a p a c 蚵f o rp r o v i d i n ge l e c 乜0 m c 锄df 酗t e ra b i l 孵 t oc a p t u r ee l e c 细l l i e 沁檬斑ee l e c 翻渺l y 謇e 。髓l e 辩岛鬻w eo 绦戚鑫蕤e w 专y 筘s 弦蠡e s i s 藏撑魄o d so fh i 曲e 缳e i e n tp h o 协s c n s i 娃v eo 耀蕊ed y em o l e c 试e s k 彰w b r d s ：o 玛a n o z i n c r ea g e n _ t s 、 p k e t oe s t e 瑙、b a y l i s h i l l m a i lr e a c t i o n 、 a ，p a c e t y l e m ck e t o n e s 、d y e - s e i i s i t i z e ds o 衙c e l l s 、c o s e n s i t i z 蕊o n 、 d 静ao 辖a 娃i e 由鹭s l l 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果奄除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中圜科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学 校有权按有关规定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阅，可以将学位论文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、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：童2 - 蕴 劬彦年j 胃7 嚣 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 第一章有机锌试剂的制备及其在有机合成中的应用 1 。 号l 言 现代有机合成的大多数目标物是含多个官能团的化合物，这就要求前体物 分子本身应带宫麓圃，方可达到合成的番豹器】。因此，制备宫能震化的金属有机 化合物作为有机合成的亲核试剂日趋重要。有机锌化合物虽然早在1 8 4 9 年就已 被制得【2 】，但因它与典型的亲电试剂反应性差，使得其在有机合成中的应用受到 限制，仅在一些特殊的反应如环丙烷化【3 】和r c f 0 彻础薅秽反应踟中应用。化学家 们更多的是采用反应性高、在有机合成中应用范围广的有机镁和有机铿试剂等 有机金属试剂疆】。但是，当予这类有机金属试剂的碳一金属键化学反应性较高， 它们的化学选择性相应地就较差，使活性官能团不能存在于这类试剂中，因而 在翻各膏机金属化会物之前官麓团必须给予保护，然震参与反应，最薏荐去掉 保护基，如此便延长了反威路线，降低了合成效率，产物的收率也随之大幅降 低，极大地限制了这类有机金属试荆在有机会成中的应用1 6 】。蹰此，开发一种能 够带有活性官能团的有机金属试剂，并将其应用于多官能团化台物的合成将具 有重要的理论意义和实用价值。 一般来说，带有官能团的有机金属试剂，要求试剂本身对其自身所带的官 能团不反应，那么这些有机金属试剂的碳一金属键的反应活性必然很低，丽这样 的有机金属试剂无疑对大多数的亲电试剂的反应活性也较低，甚至没有反应性。 直到二十世纪七十年代才对这一矛盾有了初步的解决方案，那就是将高活性的 有视镁和有机锂试剂用铜盐溺或钛盐网处理，进行金属交换反应，得到具有高化 学选择性的新试剂一有机铜试剂或有机钛试剂。然而美中不足的是，由于这类 高化学选择性的有祝金属试捌是由藕应韵高活性、低选择性的有枧镁和有机锂 试剂制得，所以真正高度官能团化的有机铜和有机钛试剂仍不能制得。 近年来的研究表弱，芷是有机锌试剂与大多数亲电性富能豳反应性差，使 制备含活泼基团的有机锌试剂很容易，人们又发现这类有机金属试剂可以与许 多过渡金属在温和的条件下进行金属交换反应，得到具有优良反应性能的有机 过渡金属试剂馥獬，与许多类亲电试剂发生取代渊、加成1 1 萄等反应形成新的碳碳 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 键，且反应条件温和、立体专一性好，产率也高。这样通过采用两种金属m 1 和 m 2 进行两次金属化而使这一矛盾得以解决。这里，第一种金属m 1 就是锌，它的 作用是将高度官能团化的底物f g i 转化为较稳定、反应活性较低的有机金属 试剂f g r m l ，然后再被第二类金属m 2 转化为反应活性较高的有机金属试剂 f g - i 蝴2 之后再与亲电试剂反应( e q 卜1 ) 。 f g r x ! ! ! 卓f i 孓r m l ! ! 巳f g r m 2 里二_ 争f g i 。e m 1 = z n ；m 2 = c u ，p 也t i ， ( e q 卜1 ) 最早的官能团化有机锌试剂是由h 吼s d i e c k e r 于1 9 3 6 年制得，他通过直接 插入金属的方法由带有酯基的碘代烃制得了相应的有机锌试剂 r 0 2 c ( c h 2 ) n z n i 【b j 。三十多年以后，w i t t i g 和j a u t e l a t 又报道了苯甲酰氧基甲基 碘化锌p h c 0 2 c h 2 z n i 及3 一苯甲酰氧基丙基碘化锌p h c 0 2 ( c h 2 ) 3 2 1 1 i 的制纠1 4 1 。 在这些报道中对这些金属试剂的反应性并没有作进一步的研究。p h c 0 2 c h 2 z l l i 和i c h 2 z n i 被用作环丙烷化反应中卡宾的前体【1 5 j 。此后，有机锌试剂的优越性 才被人们逐渐认识。直到1 9 7 8 年m u k a i y 撇a 【1 6 】等人首次报道了在p 氨基醇的存 在下e t 2 z n 可与苯甲醛顺利地发生加成反应生成7 6 的1 ，2 - 力成产物。这说明p 氨基醇可以催化二乙基锌与醛的l ，2 力玎成反应。随后，人们发现反应中起催化作 用的不是氨基醇而是由有机锌与氨基醇生成的盐【l 刀。此后，人们对有机锌在有 机合成中的应用作了大量的研究，但大部分的工作都集中在二烷基锌的与醛、 酮反应上f 1 8 】。由于大多数的二烷基锌试剂不能够由烷基卤代烃和金属锌直接反 应得到，而且在大多数的加成反应中，二烷基锌分子中的两个烷基只有一个可 以转移到目标分子中，这样就造成5 0 的有机锌试剂被浪费了，所以从原子经 济性角度考虑，二烷基锌试剂也有不足之处。 有机锌试剂的低反应性主要源自于c z n 键的共价成分较高( 与c s n 键相 当) 。另外，z 1 1 ( i i ) 的l e 谢s 酸性也不足以活化羰基而与之发生加成反应( e q1 - 2 ) 。 矗简s 咖、碱 r - z n x+ _ 【砧z n x 】_ 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 但z 藏元素空的却轨道却可使有机锌与其它金属特别是过渡金属的盐类或 络合物发生金属交换反应得到反应性较高的有机过渡金属试剂( e q1 3 ) 。 眺y + x m l n 专f 哂氏、n 】一弛+ 孙x y x y = 心h a l i d e ，；m 【_ t i ，m o 1 kn b ，v ，p d ，n i ，p t ，c u e 键l 一3 1 9 8 0 年，n e g i s h i 首次报道了将有机金属试剂转化为有机p d ( i d 络合物中间 体之后，经还原消除，褥到各种交叉偶联产物( 键l 弗f 2 0 l 。 掣嵌! ! 兰k 划。；垂l 墨= i ! 咚l t l1 ：! ! b 投t 。穴 j _ z n x ykjo e 程l t ， 同样，用铜盐如c u b r s m c 2 【1 1 ，2 1 勰l 、c u c n 删或c u q 、i 2 l i c l 【1 0 翔】等也可将其 转变为有机铜试剂( 媚l 。0 。1 9 8 8 年，黛圣& 纛磅发现，用可溶予器氢呋喃的镳 盐c u c = n 2 l i c l 可以将r - 孙- x 很容易地转化为有机铜一锌试剂，进而与酰氯发生 偶联反应域与，参不饱和醛、酮发生l ，4 宓娶成反应，嚣置在反应中有机锌试剂 所带的官能团( 羰基、卤素、酯基) 等能够被保留。 穴覆n x 三! 窒0 融c u 三r 五毛二三生孙e ( e q1 5 ) 目前，有机锌试剂己被成功地应用于与酰氯、卤代烃、一氧化碳等的偶联、 与醛、酮的l 2 及l 4 功曩成反应【5 一。在这些报道中，带官能团的有机锌试剂与 其它试剂的反应基本上但是在等摩尔或者过量的c u ( n 2 l i e l 存在下进彳予的弘司。 ，不过在催化量的铜盐【1 0 芦1 的存在下，有些反应如烯丙基化反应和酰化反 应等亦可进行。有机锌试剂的反应性可以被各种k 硒s 酸提高。如果使用手性 的l e 诵s 酸络合体作催化剂，还可以实现不对称催化反应【2 6 1 。 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 1 2 官能团化有机锌试剂的制备 l 2 1 金属锌的直接插入法 早在1 8 4 9 年，f r a l l k l a n d 就在氢气保护下，将金属锌与碘乙烷一起加热，合 成了第一个有机锌化合物一二乙基锌【2 】。1 9 6 2 年，g a u d e m a r 发现在温和条件( 2 5 5 0 ) 下，锌箔于四氢呋哺( t h f ) 中能迅速与碘代烷发生金属插入反应【2 7 1 。后 来的研究证明，g a u d e i l l a r 法是制备官能团化有机锌试剂的一般方法，反应速率 主要与锌的活化方法、卤代烷的结构、卤素的种类及反应条件( 溶剂、底物的 浓度和反应温度) 等因素有关。氯代烷一般不起反应，溴代烷中也只有活性较 高的溴化苄和烯丙基溴可以与单质锌直接发生氧化加成反应。用这种方法制备 有机锌试剂时，常用的单质锌有锌箔、锌粉、锌粒和r i e k e 锌。k n o c h e l 等人在 制备苄基型卤化锌试剂时发现用锌粒制得的有机锌溶液中往往混有少量的偶联 产物，用锌粉时却可得到比较纯的有机锌试剂。 单质锌的活化程度是决定能否成功地制得有机锌试剂的关键因素。已见报 道的活化方法有很多。如稀盐酸洗涤【2 引、z n c u 【2 9 1 、z n c u a g f 3 0 l 、l ，2 二溴乙烷 ( 4 5 m 0 1 ) 【1 0 3 1 1 和三甲基氯硅烷【1 0 3 1 ，3 2 】等，还可用物理的方法如超声辐射法来 活化锌【3 3 】。在这些方法中，k n o c h e l 所提出的1 ，2 二溴乙烷和三甲基氯硅烷联用 是一种比较成功的活化方法。即使是商品级的锌粉，用这种方法活化后，也可 以与反应性较低的伯或仲烷基碘代烃在相当温和的条件下发生氧化加成反应， 高产率地得到有机锌试剂，而且有机卤代烃试剂所带的官能团，如酯基【l o ，3 4 圳1 、 卤素 l o 3 4 ，3 5 4 1 粕】、酮羰基【l o 3 4 ，4 4 4 7 1 、酰氨基f 4 引、氰基【1 0 ，3 4 3 9 ，4 4 1 、一级及二级氨基【4 8 1 、 硫代酯基【4 9 】、亚砜、硫醚和砜基【5 0 】等都会被保留( e q l 6 ) 。式6 所示反应除含羟 基( 发生去质子化) 、硝基和叠氮基( 会抑制锌插入反应) 的卤化物不能顺利进 行外，含其余各种官能团的卤化物均能取得满意结果。通常的制备方法是：在 4 0 0 c 时将浓度为3 m 的烷基碘代烃溶液加入到悬浮于四氢呋喃的锌粉中( c a 3 e q u 如! ) ，一锌粉在加入卤代烃之前先用少量的1 ，2 二溴乙烷和三甲基氯硅烷 ( 1 1 以s c l ) 处理【l o 5 1 1 。仲碘代烃于2 5 即可反应【5 2 】。而苄基溴和烯丙基溴在0 。c 反应d 5 1 。锌对s p 2 杂化的c i 键的插入反应一般不容易进行且需较长的反应时间 和较高的反应温度，甚至还需使用极性溶剂或共溶剂嫡引。 4 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 f g ，r x +z 羚 二! 三 洳 5 - 4 5 0 c f g 茂z n 8 5 x = l ，8 f ： f g 嚣c 0 2 r ，e 秘o l a l e ，e n ，e 魏o n e ，囊a l ；蠢e ，r e 0 ；2 n ， ( t m s ) 2 s i ，r n h 。n h 2 ，r c o n h ，( r o ) 3 s i ( r o ) 2 p ( 0 ) ，r s ， r s ( 0 ) ，r s 0 2 ，户h c 0 8 ： r = a l l ( y l la 曙l 曲e n z y l la l l y l ( e ql 堙3 ) 然而，大多数这类有机试荆是十分不稳定的，只能与少数几种亲电试剂反 应。但是，有据锂缀易与z 鞋( 1 1 ) 盐发生金属交换反应，转化成稳定的宫能团能有 机锌试剂，大大提高了有机锂的合成应用价值。例如，s a u v 哉r e 和n o 咖a n t 就将 很不稳定的l ，2 ，2 三氟乙烯基锂( 一个很不稳定的卡宾体，仅在1 | o c 下存在) ， 但与z n x 2 反应后，产物锌试剂可在2 5 下稳定存在( e q1 2 4 ) 巧c 蚓。类似地，2 一 氢五氟丙烯也可以被转化为相应的多官能团的有枧锌化合物( e q1 2 5 ) 【9 5 l 。 f 2 c = c f c l b u l ，t h f e t 2 0 ( 3 ：2 l d a 饼2i f 3 f 2 c 一眠刁象巳c 一 s 渔臻e 域2 擎c c 如 c 如 ( e ql 吃5 ) ，。由于烯基卤和芳基卤很难直接与锌金属发生插人反应，而烯基锂和芳基锂 较易制各，霸此，先制撂锂化物再进行铿锌交换，是制备一些烯基卤仡锌和芳 基卤化锌的较幸子途径( e q1 2 6 ) 阮9 4 一。 熹 飞，j 2 g净h 巳 第一章有机锌试剩的制蓄及在有机合成的审的应用 x 8 u l i 1 0 5e q u i v ) 确f e t 2 0 懈嫩n e ： - 10 0 0 c 3 m i n f g 2 c o o r 。c n 。c 1 n 3 。n 0 2 ( 朗卜2 6 ) 利焉该方法还有一个独到之处，就是可以割备一些无法耀金属镑直接插入 反应制备的带官能团的烷基锌试剂。例如分子中存在硝基和叠氮基团的卤代烃 禁阻锌直接插入c x 键，但用碘锂交换反应却可以在不饱和的叠氮化物或硝基 芳香化合物上进行( 9 ，得到的有机锤试剂可以完全转化为相应的有机锌试裁 ( e q l 2 7a n d2 8 ) 【9 6 ，9 7 1 。 1 2 5 硼锌交换反应 。2 8 u 0 。- 1 0 0 3 m i n ，t r a p p m i x t u 伦 p h l l 。t h f - ” 1 0 0 。c l j ( e ql 心7 ) 2 ( e q1 吨8 ) 在适当条件下，有枫硼他物群与锌试剂发生硼锌交换反应，生成二有机锌( 嗨 l - 2 9 ) 。早在1 9 6 5 年，m e l e 等就利用此反应，以极好的产率合成了二烯丙基锌 和二苄基锌侈8 l 。反应的原动力来自b m e 3 强e 2 0 ) 缀易生成并离开反应体系 ( e q 卜3 0 ) 。最近，o p p 0 1 z e r 等用此交换反应合成了二烯基锌，后者与醛类在不 对称催化剂存在下发生不对称加成反应，生成具省立体选择性的三取代烯嚣醇 【9 9 l o 翌冬一0_ 丝一 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 3 r 1 2 z n+ 2 r 2 3 b ；= 之 3 r 2 2 z n + 2 r 1 3 b 3 m e 2 z 几 + 2 r 3 b 3 r 2 z n + 2 m e 3 bi b z n 交换反应在正己烷中于0 下，几分钟就能完成，并生成极具反应性 的二有机锌试嗍。利用b z n 交换反应可以制备由一般方法不容易制得的锌试 剂，k h o c h e l 等在1 9 9 3 年报道了官能团化的2 烷基1 ，3 二噻烷2 硼烷和二乙基 锌在0 下，以正己烷为溶剂，1 0 分钟就能得到官能团化的二烷基锌( e q1 3 1 ) 【1 叫。 附r 飞考等给劭h s s h 。s 。竺竺竺三( f g - z n h e x a n e 0 0 c 1 0 m i n 、 - 一 ( e q 卜3 1 ) 这个反应肯定要经过一个类似二乙基硼烷的中间体的过程，因为二乙基硼 烷在同样条件下也可以进行这种金属交换( e q 卜3 2 ) 【1 嗍。 。d a 墨凶e c 罴n m c 脚 ( e q 卜3 2 ) 末端烯烃的用e t 2 b h 进行硼氢化非常容易。e t 2 b h 可由b h 3 m e 2 s 和e t 3 b 以l ：2 的比例混合来制各【1 0 1 1 。含有0 3e qm e 2 s 的e t 2 b h 可以在4 。c 时稳定存放 好几个月而不解离。e t 2 b h 与末端烯烃室温下几分钟即可完全反应，产率在 8 0 9 0 ，生成的官能团化的二乙基烷基硼烷和e t 2 z n ( 2 oe q u i v ) 在o o c 下，半 第一章有机锌试剂的制各及在有机合成的中的应用 个小时内即可反应完全，溶剂为正己烷、乙醚、丁醚或无溶剂条件下也可以。 但是二乙基仲烷基硼烷的硼- 锌交换反应时间要长一些( e q1 3 3a i l d3 4 ) 。尤其当口 位有大的基团时，位阻严重，反应更慢，且需过量很多的e t 2 z n ( e q1 3 5 ) 1 1 0 2 1 。 e t 2 z n b e t 2 。- 0 0 c 3 h b e t 2 e t 2 z n 啼 p h r 1 3 h e 喀n - r t 4 0 h p h ( e q 卜3 3 ) ( e q1 - 3 4 ) ( e q 卜3 5 ) e t 2 z i l 适合进行b z n 交换反应是因为c z n 键的高活性。如二乙基辛硼烷和 e t 2 z n ( 2 0e q u i v ) 在o o c 时只需3 分钟即可反应完全，产生8 0 的0 c t z n e t ，抽去 生成的e t 3 b ，使反应平衡向右移动，得到我们所需的o c t 2 z n ，产率很高 ( 9 5 ) 【1 0 2 1 。 1 2 6 汞锌交换反应 二有机汞与金属锌间的金属交换反应，是f r a i l l 【l a n d 于1 8 6 4 年发现的f 1 0 3 】， 适合于制备带各种官能团的二有机锌试剂( e q1 3 6 ) 。此交换反应一般在甲苯中于 1 0 0 0 c 下，几小时即可完成；若向反应体系中加人z r 妫，可使反应在唧中于 6 0 0 c 下，两小时内结束。反应所需的官能团化二有机汞可由以下两种方法制得， 一是由二碘甲基汞和官能团化的有机铜锌试剂发生取代反应，二是由甘汞和官 能团化的有机卤化锌试剂发生金属交换反应。这两种方法的产率都较好( e q 卜3 7 第一章有机锌试剂的制各及在有机合成的中的应用 a n d3 8 ) 【删。 ( f g r ) 2 h g +z n 型兰竺旦+( f g r ) 2 z n+ h g ( 0 ) 1 1 。c 3 5 h 8 。 ( e q1 3 6 ) d m 硎f f g r c u ( c n ) z n i + ( i c h 2 ) 2 h g ，( f g r c h 2 ) 2 h g 击0 0 c 1 5 h ( 7 4 - 9 8 ) ( e q1 3 7 ) t h f 5 0 0 c t 0 2 0 0 c f g 胁l + h 9 2 c 1 2 i + ( 晒r ) 2 h g + 2 z n ) ( 2 + h g ( 0 ) 6 1 8 9 ( e ql 一3 8 ) 1 2 7 电化学还原法制备有机锌试剂 镍催化下卤代烃的电还原法为活化碳一卤键提供了一条方便的方法。这类反 应主要应用于将芳基卤化物转化为二芳基化合物。在镍的催化下，f g c 6 h 4 ) ( 1 1 a 】 也可以用电化学的方法转变为相应的芳基中间体，之后在p d 的催化下与 f ( 扣c 6 h 偶联【1 呦】。g o s m i n i 最近在z n b r 2 的存在下，n i ( i i ) b p y 催化下通过电 化学的方法从芳基溴化物或氯化物得到了芳香族有机锌化合物，得到的有机卤 化锌可以与2 氯吡啶在相同的催化剂的催化下发生偶联反应( e q1 3 9 ) 州。 x+矿竺竺竺竺 m g a n o d e 1 3 有机锌试剂的反应 ( e ql 一3 9 ) 有机锌试剂( r 2 z n 或r z n x ) 的反应性都较低，烷基卤化锌与二烷基锌相比活 性更低。因此要使有机锌试剂与其它亲电试剂反应，最好将其转化为活性更高 的其它有机金属试剂。目前，使用最多的方法是用可溶于哪的c u c n 2 l i c l 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 将其转化麓有机铜锌试剂。然后褥在l e 诚s 酸的催化下与亲电试剂反应。 1 3 。l 非催化的反应 虽然大多数有机锌试剂的活性较低，不能跟羰基或不饱和键直接发生有效 的加成反应。但是，有机锌试剂与一些亲电试剂可以直接发生反应，这些反应 包括r e f o n i l a t s k y 反应、与醛的立体选择性加成反应、共轭加成、氧化反应l l 钾l 、 与卤素的反应f 撇】以及亲电氨基化反应1 1 0 9 1 。其中，烯丙基锌试剂和炔丙基锌试剂 有些不同，它 3 可以在温和的条件下和一些亲电试剂如羰基【1 潮、氟基叫l 、三键 f 1 1 2 】发生反应。烯丙基试剂也可以和亚胺反应f l l = 3 1 ，该反应具有很好的立体选择性。 此外，烯丙基锌试荆还可以帮活泼的烯丙基卤代物发生偶联反应得到l ，5 二烯， 新的碳。碳键一般在烯丙体系取代较多的一端发生1 4 引。 炔嚣基锌的衍生物般不能帮醛、酮选择性她发生反应，反应藤褥到嚣二 烯和高丙炔醇【l1 4 l 。反应的区域选择性高度依赖于底物的结构。 烯基锌试剂的反应活性较高，可与氨基保护的程氨基醛直接反应。 烷基锌的衍生物与醛反应极慢，但加入l e 、i s 酸后，加成反应的速率可以得 到极大提高，其中三甲基氯硅烷和烷氧基氯化钛是比较常用的两类l e w i s 酸1 6 j 在极性溶荆中或者是存在l e 谢s 酸时，二烷基锌的反应性可以得到提高。人 们发现n 甲基吡略烷酮( n m p ) 特别适合于各种双键上带有吸电子基团的烯酮、 亚烷基丙二酸醮、硝基烯烃等进行黼c 溉l 型的加成反应【珏熨。1 0e q 瓣l v - 的硝溜 已足以促进加成反应，但是t m s c l 必须存在。 在二烷基锌试剂与烯酮的反疲中，只宥个烷基可被转移，惹r 苁疋磁s i m 铭 型的混合二烷基锌试剂却能够选择性地将烷基r 转移( e q1 4 0 ) f h 6 】。类似的还有 r - z n e h 2 c m e 3 和r - z n c h 2 c m e 2 p 辩j 。 夕c 0 2 b u c i ( c h 2 ) 4 z n c h 2 s i m e 3 了酗s e l ，了瓣n 麓p 一2 0 0 c t or 1 _ 。1 2 h c i c h 2 ) 8 c 0 2 b u 7 6 ( e q 卜4 0 a ) l s 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 2 e q u 沁 o t m 8 一b r ，( 2e q u i v ) t h f ，n m p - 2 0 。ct or t 。1 2 h 7 0 ( e 聪l - 4 0 ” m e 3 s i c b 、c h 2 c m e 3 和c h 2 c m e 2 p h 都是不能转移的基圈，这样就可以避 免另一个r 基团的浪费。这种锌试剂具有较高反应性和有效性，与伐，b 不饱和 醛的加成反应得到l ，4 加成产物，与丙烯酸醺的加成得到m i e 魏a e l 加成产物而没 有聚合产物。它可以通过以下方法制得( e q1 4 1 ) 1 1 1 7 1 。 。 稻- r - z 雕+ 毳函皂| 3 s i e h 2 “_ i ，盼r - z n e h 2 s i 麓e f g 一融珏 酝气s l c h 国l f g r - z n c 卜1 2 s l 麓e 3 f o ff g r m 猷 f g r 2 z 黩( m e 3 s l c h 2 ) 2 z n - - -f g - r - z n c 2 s i m e 3 f g r = a l 时i 。a 哆i ( e ql - 4 1 ) 有机卤化锌试剂和亲电试剂的反应一般都在过渡金属的催化下进行。 1 3 2 有枕锌试剂进行立体选择性地顺式开环反应和f e r r i e r 重排反应 二烷基锌、二芳基锌与三氟乙酸生成锌试裁c f 3 c o o 五艘，对下列化合物进 行开环反应取得了立体专一性的顺式开环产物( e q 卜4 2 ) n 矧。通常的有机金属试 剂( 如有机铜、有机锂、格氏试剂等) 对环氧化合物的亲核开环反应，得到反 式开环产物。式l 中发生的顺式亲核加成反应是由于该类有祝锌试剂既具有较强 的亲核性，又具有l e w i s 酸的特性之故。锌试剂中r 基团具有亲核性，另一方面， 锌试裁的l e 鬻主s 酸特性使锌原子与环氧讫合物中的氧醚位，具有潘纯碳氧键豹作 用，使有机锌( x z n r ) 中r 基团可以从氧原子的同位进攻中心碳原予而形成新的碳 碳穗。 l 擎 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 z n r 2 ，c f 3 c o o h c h 2 c 1 2 ，0 0 c ，2 h r ， 盯h n = 0 。1 。3 ( e q1 4 2 ) 有机锌( x z n r ) 在糖类环氧化合物开环反应中也得到顺式开环产物( e q 卜4 3 ) 【1 5 5 1 ，研究还发现用锂试剂r l i 与z n c l 。反应制得的c l z n r ，在该底物中也获 得了高选择性的顺式开环产物( q b 9 5 5 ) 。 o r 。，o h 0 8 n ( e ql - 4 3 ) 有机锌试剂c f 3 c o o z n r ( r = m e ，e t ，p h ) ，对糖类化合物进行f e r r i e r 重 排反应取得了较高选择性的仅重排产物( e q 卜4 4 ) 【1 5 6 】。研究还发现用锂试剂r “与z n c l 2 反应制得的c l z n r ，在该底物中也获得了满意的结果。 r 1 c f 3 c 0 2 z n ro rr z n c i r _ - l _ - _ 。_ _ _ _ 。_ 。 r t ( e ql - 4 4 ) 1 3 3c u ( i ) 催化的反应 有机锌试剂是反应性较低的一类有机金属试剂，由格氏试剂或有机锂试剂 衍生的有机铜试剂可以跟许多种类的亲电试剂反应，在有机合成中占有重要的 地位。有机铜试剂也可以由相应的有机锌试剂通过金属转化来制备。金属转换 时最有效的铜盐是可溶于t h f 的c u c n n l i x ( x = c l ，b r ，i ；n - 1 ，2 ) ( e ql - 5 0 ) 儿。它 们在o 时一5 一分钟就可将f g - r z n x 或( f g r ) 2 z n 转化为相应的有机铜试剂，从 而使其反应性得到极大的提高f l o 】。虽然得到的新的金属试剂的真正的结构仍不 清楚，但人们仍将这种金属试剂用r c u ( c n ) z i l i 来表示。c u c n 2 l i c l 的e 虹s 谱显示它并不是单体而是由( c u c n ) n ( n 2 ) 的低聚单位组成的，而且在f g - r c u 击 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 ( c z n x n l i x 中氰基仍然和铜中心相连【i l 硼。所以，这类金属有机试剂应当被看 作是锌和铜的混合簇。其反应性随加入的锌盐的量的增加而急剧降低，其中一 些f g r 基团仍连接在z n 原子上。加锂盐是为了增加铜盐在t h f 中的溶解性， 使反应的速率更快，而且可以在温和的条件下进行。此外，c u ( o a ) 2 也被成功 地应用于将锌试剂转化为有机铜锌试剂。由于官能团可以存在，使得这类铜试 剂要比传统的有机铜更具有优越性。这类铜锌试剂的热稳定性很好，其伯烷基 铜锌试剂可以在1 ，2 二甲氧基乙烷中加热回流数小时而不分解。 这类铜锌试剂与亲电试剂反应时具有与由有机锂和格氏试剂衍生得到的有 机铜相似的反应性能【5 一，但反应活性要比相应的有机镁和有机锂试剂低，例如 环氧化合物就不与其反应，而且和卤代烷发生取代反应时，只有伯烷基铜锌试 剂并且是在极性溶剂中才可以顺利地进行。但是，它们仍然能和许多的亲电试 剂发生反应，如s c h e m e1 - 3 所示1 5 一。 s c h e m e1 3 o r ，八肼g r 1 三三一r f g c u c n r 1 刘 r ，c h o r f go r 八八r ， 1 3 3 1 取代反应 ( 1 ) 与链烯基、炔基及烷基卤代烃的偶联反应 有机铜试剂可以与链烯基卤代烃试剂发生偶联反应。由于有机卤化锌试剂 的反应性很低，一般不能直接与卤代烃发生有效的偶联反应。当有机锌试剂与c 2 l 哆 甲 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 u c n 2 l i x 作用后，得到具有较高反应性的有机铜锌试剂，再与烯基卤代烃反应 时条件仍很苛刻( 在d m e 中回流数天) ，但却给出立体构型保留的多官能团的烯 烃【6 】。 这里面有两种情况需要加以区别。第一种是若碘代、溴代或氯代烯烃和一 个吸电子的基团共轭，如硝基、羰基、酯基等，可以使反应速度提高，因为这 类基团可使加成一消除的反应得以实现，且产率较高( e q1 4 5 ) 【5 0 5 3 ，5 7 ，1 1 9 1 。 ee f g 尺c u ( c n ) z n x + = = 三= = ! xf g r e 2 n 0 2 - c 0 2 r - c o r ( e q1 4 5 ) 第二种情况是与不活泼的碘代烃的偶联反应，需要有极性溶剂如n m p 或 d m p 以及较高的反应温度( 6 0 。c ，1 2 h ) ，这些反应条件说明这类有机铜一锌试剂的 热稳定性很高。在这些反应中，双键的构型完全被保留，因而此反应可用于立 体专一性地制备带官能团的烯烃【1 2 0 j 。 官能团化的有机铜一锌试剂可以在温和的条件下于卜碘或卜溴代炔反应， 产率很高。这些反应一般都在较低的温度( 一6 5 。ct o 一5 5 。c ) 下进行，已经被成功 地应用于合成信息素( e q1 4 6 ) 【3 9 1 和多官能团的炔酯( e q1 4 7 ) 1 1 2 。 a c o ( c h 2 ) 8 i 1 ) z n ，丁h f 2 ) c u c n 2 l i c l 3 ) i e 三三_ 一h e x - 5 0 0 c 1 6 h h l l n d i a 卜p dc a t ，= = = ：、 能似渊2 b 三刈双面眦( c 吒) 8 、 p h c h 巾y 、。 0 0 c ，4 8 h 9 8 。e ：z = 9 9 4 ：0 6 ( e t o ) 2 p ( o ) c f 2 z n b r 1 ) c u b r 1 5 0 c t h f 2 ) r 三三一b r 5 0 c t or t r 三三三一c f 2 p ( o ) ( o e t ) 2 5 0 与1 r = a i k y i a r y i ( e q1 4 6 ) ( e ql - 4 7 ) 通常条件下，烷基卤代烃对有机铜一锌试剂没有反应活性，但在极性溶剂中 使用由格氏试剂制得的铜试剂【m e 2 c u ( c n ) ( m g c l 糊与二烷基锌反应得到的 【r 2 c u ( c n ) ( m g x ) 2 m e 2 z n 可与伯碘代烃或溴化苄在极性溶剂如d m p u 或n m p 中发生烷基化反应，反应条件比较温和( 0 0 c ，2 h ) 【1 2 2 1 。 第一章有机锌试剂的制备及在有机合成的中的应用 ( 2 ) 与活泼卤化物的偶联反应 m x n 型的金属卤化物与有机铜锌试剂的反应各不相同。例如，m e 3 s i c l 就与 大多数的有机铜锌试剂不反应，却可与有机锌试剂以较高的产率得到甲硅烷基 化的产物( e q1 4 8 ) ，而r 3 s n c l 却可以与有机铜锌试剂发生高产率的反应【5 踟。 l m e i m e ( e ql - 4 8 ) 在c u ( i ) ( 催化量或是化学计量) 的存在下，有机锌试剂与烯丙基卤的反应具 有很强的s n 27 选择性，与之相反，n i ( 0 ) 或p d ( o ) 催化下的有机锌与烯丙基卤化物 的反应却优先得到s n 2 产物( c q1 4 9 ) 【2 3 h 4 0 j 。 r r m 一 r t n i ( 1 1 )c 。盎形 ， v c ic a t c u ( 1 ) r 、 ( e ql - 4 9 ) 虽然有机锌试剂不能使环氧化物开环，但对烷基烯基环氧化物，在催化量 的氰基铜酸酯的催化下，带官能团的有机锌试剂还是可以使之开环的( e q1 5 0 ) 1 2 3 】 + c l ( c h 2 ) 4 z n i m e c u ( c n ) l j ( 孓1 0 m 9 8 叫r 。h ( e q