（有机化学专业论文）磺酰亚胺的新型加成反应的研究.pdf

中文摘要 本文研究了在四氯化钛的作用下芳香醛与对甲基苯磺酰胺的加成反应，合成 了一系列的磺酰亚胺。在此基础上又研究了a 溴代酮和a 溴代酯在金属锌的作 用下与磺酰亚胺的加成反应。这是个新反应，我们通过筛选反应溶剂、控制反 应温度和时间，调节反应底物的配比来达到反应体系的最优化，得到了较好的结 果，所得到的产物均为未见报道的新化合物，并且通过了红外光谱、核磁共振氢 谱和元素分析的鉴定。为了更好的了解新化合物的结构，我们培养出3 一( 4 - 甲氧 基苯基) 1 ，苯基3 ( 对甲苯磺酰氨基) 一1 一丙酮( m s a p ) 、3 - ( 3 ，4 ，亚甲基二氧基苯 基) 1 苯基3 ( 对甲苯磺酰氨基) 一1 丙酮( m d s a p ) 、3 - ( 4 一甲基苯基) 1 一苯基一3 - ( 对 甲苯磺酰氨基) 一1 丙酮( t s a p ) 和3 ( 4 一氯苯基) 1 一苯基3 ( 对甲苯磺酰氨基) 1 一 丙酮( c s a p ) 这四种化合物的单晶晶体，并利用x 一衍射法测定了它们的晶体 结构，发现这四种晶体既有共同点，又有不同之处。其中，共同点就是它们都以 分子间氢键形成二聚体，不同之处是，m s a p 和t s a p 都是以一个分子胺基上 的氨氢键和另一分子上羰基的碳氧键形成了稳定的分子间氢键，而m d s a p 和 c s a p 则是以一个分子上胺基的氨氢键和另一个分子磺酰基上的硫氧键形成了 分子间氢键。 本文在实验的基础上，提出了该反应的反应机理可能是亲核加成的过程。 关键词：a 一溴代酮a 一溴代酯磺酰亚胺晶体结构二聚体分子间氢键亲核 加成 a b s t r a c t t h en s u l f o n y l i m i n e sw e r ep r e p a r e db yt r e a t m e n to fa r o m a t i ca l d e h y d e sa n d p - t o l u e n e s u l f o n m n i d e 谢t ht i t a n i u mt e t r a c h l o r i d e o nt h eb a s i so ft h i s t h ea d d i t i o n r e a c t i o n so fn - s u l f o n y l i m i n e sw i t ha - b r o m o k e t o n e sa n d 旺b r o m o e s t e r si nt h ep r e s e n t o fz i n cp o w d e rw e r ec a r r i e do u t t oo u rk n o w l e d g e ，t h i sa d d i t i o nr e a c t i o nh a sn e v e r b e e nr e p o r t e d w eh a v ee x a m i n e dt h ee f f e c to fs o l v e n tp o l a r i t y , t e m p e r a t u r ea n dt i m e o nt h er e a c t i o na n dc h a n g e dr e a c t i o ns c a l e ，w h i c hw e r et a k e nf o rt h eo p t i m i z a t i o n s y s t e m g o o dr e s u l t sw e r eo b s e r v e d a i ip r o d u c t sa r eu o k n o w r lc o m p o u n d s ，a n dt h e i r s t r u c t u r e sh a v eb e e nd e t e r m i n e db yi l l1 hn m ra n de l e m e n ta n a l y s i s x r a v d i f f r a c t i o ng a v et h ec r y s t a ls t r u c t u r eo f 3 - r 4 - m e t h o x y p h e n y l ) - 1 - p h e n y l 一3 一( p - t o l u e n e s u l f o n y l a m i n o ) - l - p r o p a n o n e ( m s a p ) ，3 - ( 3 ，4 一m e t h y l e n e d i o x y p h e n y l ) 一1 - p h e n y l - 3 一p t o l u e n e s u l f o n y l a m i n o ) 1 - p r o p a n o n e ( m d s a p ) ，3 - 一t o l y l ) 一1 - p h e n y l 一3 一p t o l u e n e s u l f o n y l a m i n o ) 一1 - p r o p a n o n e ( t s a p ) ，3 - ( 4 - c t d o r o p h e n y l ) - 1 - p h e n y l 一3 一一t o l u e n e s u l f o n y l u m i n o ) 一1 一p r o p a n o n e ( c s a p ) i no r d e rt oe l u c i d a t et h e i rs t r u c t u r e i tw a sf o u n dt h a t t h ef o u rc o m p o u n d sh a db o t ht h es a l n ec h a r a c t e r i s t i ca n dt h e d i f f e r e n tt h i n g s t h e s a l n ec h a r a c t e r i s t i cw a st h a tt w om o l e c u l e sw e r el i n k e db yt w oi n t e r m o l e c u l a r h y d r o g e nb o n d sr e s u l t i n gi nt h ef o r m a t i o no fad i m e r t h ed i f f e r e n c ew a st h a tt h et w o i n t e r m o l e c n l a rh y d r o g e nb o n d sw e r ef o r m e db e d , v e c nt h ea m i n oa n dc a r b o n y lg r o u p s o ft w om o l e c u l e si nm s a pa n dt s a p b u ti nm d s a pa n dc s a p ，t h et w o i n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e nb o n d sw e r ef o r m e db e t w e e nt h ea m i n oa n ds t d f o n y lg r o u p s o f t w om o l e c u l e s a p o t e n t i a lm e c h a n i s mo fn u c l e o p h i l i ca d d i t i o nw a sp r o p o s e do nt h eb a s i so ft h e e x p e r i m e n td a t a k e y w o r d s ：- b r o m o k e t o n e ，u b r o m o e s t e r s ，n s u l f o n y l i m i n e s ，c r y s t a ls t r u c t u r e ， d i m m e r ，i n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e nb o n d ，n u c l e o p h i l i ca d d i t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫盗盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：，碱、 签字日期：。罗年 月歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 顿饽善、 签字日期： 。歹年1 月f 歹日 导师签名：念戈劣 签字日期：加旷年月日、j， 天津大学硕士学位论文第章前言 第一章前言 碳负离子对亚胺及其衍生物( 图1 ) 的c = n 双键的加成反应是一类即古老 又非常有用的反应”。它可以用来合成具有高功能性的脂肪族胺类和环胺类化合 物，这一类化合物在有机合成和生物研究等领域都起着重要的作用。尤其是近十 几年，有机金属试剂与c = n 双键的加成反应越来越受到化学工作者的关注。 n 酰基亚胺n 一酰基亚胺盐 肟 = n 、叩 = 卜 = n 、s 。 硝酮哑磺酰亚胺磺酰基亚胺腙n - 三甲基硅基亚胺 图l 亚胺及其衍生物 f i g 1i m i n e sa n di m i n e sd e r i v a t i v e s 1 1 有机金属试剂对c = n 键的加成 有机金属试剂对亚胺及其衍生物的c = n 双键的1 ，2 一亲核加成反应是一类用 以合成伯胺和仲胺的非常重要的反应2 1 。但是，由于c = n 双键上碳原子的弱的 亲电性和亚胺及其衍生物易于发生脱质子而形成烯胺式的趋势这两个因素的影 响，大大限制了这一类加成反应的发展。 早在1 9 6 3 年，g s t o r k 就发现，在对由可烯醇化的醛或酮生成的亚胺进行 格利雅反应时，往往导致了烯胺化而得不到预期的加成产物引。 g h 3 h 2 n c c h 3 邺一l 笔一n ：m a x 一 一c h 。h 3 c 一? 一7 2 n 一 ：一c h 3h 3 c c 2 ：一n ： hhh c h 3 h 1 c h ， 23 旦! 三坚0h 3 c 一6 一c h = n t - b u c h z p h 天津大学硕士学位论文第一章前言 为了解决这些问题，化学家们开发了许多方法来提高有机金属试剂对亚胺及 其衍生物加成反应的适用范围。其中针对c = n 双键上碳原子的弱的亲电性，可 以通过n 烷基化，n 氧化，n 芳基化或者是n 一磺酰化而形成高活性的铵盐、硝 基化合物、芳香基亚胺、磺酰基亚胺来提高。另外，也可以通过加入l e w i s 酸， 利用l e w i s 酸能与亚胺及其衍生物的c = n 双键上的氮原子的孤对电子络合来活 化c = n 双键，起到提高亲电性的作用【2 1 。 1 9 8 4 年，a k i b a 做出了重大的突破，他使用弱碱性的铜试剂与亚胺发生络合 作用，起到活化亚胺的作用，同时也使得加成反应成为可能。另外，他们发现加 入b f 3 不但能得到较高的产率，而且能使得具有a 氢的亚胺转变成仲胺【4 】。 凡、a n r 2 + r c u b f 3 一m - r ， 56 r b f 3 h r ，、一一 一n h r ： r b u p h n b u + b u m p h l 、n h b u 8 9 1 0 b u m g x 8 琵 b u c u u w o b u l i 5 4 b u c ub f 32 e q 7 8 同年，a k i b a 又深入研究了关于亚胺的加成，发现乙炔基锂在不加其它试剂 的情况下是不会与可烯胺化的亚胺发生加成反应的，但是，在加入b f 3 e t 2 0 后 就能得到较好的产率5 1 。 1 1b u l i r ”百丽 r 1 1 2 飞n r 2 r 1 3 5 7 t o8 0 1 9 8 8 年，b r o o k 实验室用三甲基硅基三氟甲磺酸酯来催化g r i g n a r d 试剂对芳 香亚胺的加成反应，得到较好的结果州。并且还提出了一个反应机理，指出在反 应中形成了三甲基硅基亚胺盐的中间体。 豫 吖 吼e 眠= 天津大学硕士学位论文第一章前言 t m s 0 1 t医r + , t m s一1 lh 产n r m l lj r m g x o r r l i a r r 7 ) 厂n h r h 1 5 1 9 9 1 年，i t s u n o 用硼烷来部分的还原腈而得到n 一硼烷基亚胺，然后再用这 种亚胺和多种金属有机试剂反应，得到了较高产率的伯胺【7 1 。 = = n 、b hi 时旦叶i r n h 2 r 。 2 0 r r 。= a i k y l o r a r y l ；m = l io r m g b r 1 9 9 6 年，c a m p b e l l 用三氟化硼来活化具有a 一氢的亚胺，使之能与芳香基锂 的试剂环化从而形成异吲哚酮1 8 i 。反应机理如下： 2 1 1 3 0 w i t h o u tb f 3 e t 2 0 w i t h b f 3 e t 2 0 r 2 , , , 乡n - - r 1 2 2 0 cr 2 = p h 。r i = e t y i e l d7 9 r 2 = p r 。r 1 = b uy i e l d l 2 7 8 ( 2 r 22 p r ，r 12b uy i e l d8 9 除了利用l e w i s 酸以外，化学家们又尝试使用其它的化合物来活化c = n 双 键。其中，化学家k a t t i t z & y 在研究亚胺与g r i g n a r d 试剂的反应时，加入了1 - ( 三 甲基硅基) 苯并三唑( b t s i m e 3 ) 来活化c = n 双键，使得反应能顺利进彳亍【9 1 0 1 。 r 1 、矿n 、r 2 + 2 4 0 s i i m e 3 r 1 、n 、r 2 l b t 2 7 义+ 2 5 s i m e 3 r 3 m g x r 3 m g x 2 6 t o l u e n e 2 4hr e f l u x h r 1 n v r 2 r 3 0 h 2 0 s i i m e 3 b t h + r 1 、一n 、v r 2 r 2 8 2 9 际 似 一 刚 伯p 侣 一 盖，仃 一 博 天津大学硕士学位论文第一章前言 其中，b t s i m e 3 起着非常重要的作用，在反应机理中存在着1 - f 三甲基硅基) 一 苯并三唑加成到亚胺上的一个可逆反应，接着，苯并三唑基团被g r i g n a r d 试剂所 取代，使得可逆反应正向进行。 在活化c = n 双键的同时，化学家们也在不断尝试使用活泼的有机金属试剂 来扩大反应的适用范围。其中，大多数人把目光都集中在了烯丙基有机金属化合 物上。因为通常在与亚胺的加成反应中，烯丙基有机金属试剂要比其它不稳定的 有机金属试剂的反应活性高。其原因是由于烯丙基阴离子的共振稳定性使得碳金 属键的解离作用更强。但是，由于a 脱质子化作用，使得具有碱性的有机锂、 镁和锌的烯丙基试剂只能与那些由不能烯醇化或n 位被取代的脂肪族的醛得到 的亚胺进行反应。近些年，为了提高烯丙基金属试剂与亚胺的加成反应的产率和 选择性，化学家们研究了很多新的试剂，新的l e w i s 酸和新的方法。 1 9 9 2 年，s a n d h u 用烯丙基镉在b u 4 n b r 的催化下，与亚胺发生加成反应， 得到很高的产率。其中，b u 4 n b r 起着很重要的作用，没有它的存在，加成反应 就不会发生，加入过量的b u a n b r 也不会得到更高的产率和更快的反应速度。用 其它的盐，例如，n a b r 、k b r 、m g b r 2 、l i c l 0 4 来代替b u 4 n b r 都是无效的，反 应都不进行。尽管这个反应的反应机理还不是很明确，但是，可以看出b u 4 n b r 与有机镉试剂的生成有关】。 ph瓜n，+分，brcdbu,nbrthfph ，h j l 。 - n ，p h p h 瓜n 一+ 多入b r 7 h 3 1 1 9 9 3 年，t a d d e i 研究了在c r c l 2 的存在下，烯丙基溴与用三氟化硼活化的脂 肪族或芳香族的亚胺的加成反应，值得注意的是，这个反应可以在加入分子筛后 以醛和胺作为原料以一锅反应进行。 竺竺! ! 竺竺竺! 兰! 竺! 2 ) 彳今卧b f 3e t 2 0 c r c l 2 h 、 r 3 6 1 9 9 5 年，上海有机所的戴立信教授利用三甲基氯硅烷来催化烯丙基三叔丁 基锡烷与亚胺的加成反应，得到很高的产率，并且他认为反应经历了一个三甲基 氯硅烷活化亚版形成胺盐的过渡态f 1 3 1 。 也 州 + h o 几弘 r 天津大学硕士学位论文第一章前言 ，r 1 q+ 矿、，s n b u 3 r h 7 l 3 7 3 8 i i r 3 s i , ，r 1 l r 乒hj 盯 塑旦! 塑型h 、r c h 3 c nr a 1 4 0 r 3 s i 、n r 1 鼬3 邬d + r 少 同年，c o z z i 和u m a n i - - r o n c h i 黑用催化剂量的l n ( o t f ) 3 来催化烯丙基三叔 丁基锡与亚胺的加成反应，产率从2 2 - - 7 3 ，其中，试了y b 、s c 、l a 三种镧 系金属1 4 1 。 r 瓜n r + 矿v s ”b “3 4 1 3 8 l n ( o t 0 3 r “夕 h n r 4 2 近几年，随着绿色化学的发展，越来越多的金属有机反应被应用于水相中。 其中不乏有金属有机试剂对亚胺在水相中的加成反应的例子。 2 0 0 2 年，李超军 ”1 研究了在无溶剂的条件下，用r u c l 3 和c u b r 作为催化剂， 在一锅反应中成功的将端位炔烃加成到亚胺上。在研究中主要试用了c u c l 2 、c u i 、 c u c n 、c u b r 、c u s 0 4 、c u c i 、c u ( o a c ) 等盐，发现只有用c u b r 时的产率最高。 r c h o + a r n h 2 + r h 意焉i 苫五一r 八心 李超军还提出该反应的反应机理，他认为r u c l 3 是用来活化端位炔烃的c h 的，而c u b r 则是起到活化亚胺的作用。 同年，他又使用了三氟甲磺酰酸亚铜作为催化剂，在水相中，催化端位炔烃 与亚胺的加成反应。其中，通过加入手性的二唑啉烷基配体5 ，使得反应得到很 高的e e 值”6 1 。 a 歹n 削一h 篇孚a ，太p 1 9 9 6 年，h a n e s s i a n 使用金属锌催化烯丙基溴与肟醚在t h f 与饱和的氯化铵 的混合溶剂中的加成反应，反应产率能达到9 2 - - 9 8 ，在文中h a n e s s i a n 认为 反应经历了一个六元环的过渡态【1 7 1 o 天津大学硕士学位论文第一章前言 n r 3 r 毗唧卧靠潞宅 4 9 a ，r i = h r 2 = i - p rr 3 = h m e hr 1 = r 2 = h ， r = h ，m e , p h c ，r 1 = m e ，r 2 = e lr 5 = h ，m e ，c o z m e 同时，他又扩大了反应的适用范围，使用2 ，1 0 一樟脑环内磺酰胺的肟醚与烯 丙基溴反应，得到较高的产率和较高的e e 值。 套一o 、+ r 0 2 o b n b t h f - n h 4 c i ( a q ) n 5 0 4 8 5 1 2 0 0 3 年，日本科学家n a i t o 用金属锌催化乙醛酰基肟醚与异丙基碘在饱和氯 化铵和甲醇的混合溶剂中进行加成反应，产率能达到9 6 【1 8 】。 n h o b n 他也使用了樟脑环内磺酰胺与烷基碘进行加成反应，得到较高的产率和较好 不但金属锌的试剂与亚胺的加成被应用到水相中，金属铟的试剂与亚胺的加 成也已经被应用到水相中了。2 0 0 3 年，r i e c i 等人用金属铟催化烯丙基溴与肟醚 在水相中的加成反应，得到了较高的产率和很好的e e 值1 9 1 。 b r 丫r 2 蔗o i n 。搭 在研究中r i c c i 主要使用了两种特殊的肟醚，分别是2 吡啶基肟醚和乙醛酸 基肟醚。之所以选择这两种肟醚，是因为他认为2 - 吡啶基；f d z , 醛酸基分别能与金 属铟发生螯合作用，从而促进了反应的进行。 r qho l m e r 摊n m 铎如鲫 ：一no 处h 套 天津大学硕士学位论文第章前言 1 2 有机金属试剂对c - - n 键的不对称加成 光学纯的胺类化合物是许多具有生物活性的天然产物和药物中的重要组成 部分。因此，近十几年，化学家们致力于立体选择性的合成具有光学纯的胺类化 合物口。研究最多的就是金属有机试剂与业胺及其衍生物的不对称加成，其中， 可以通过加入不同的手性辅助剂来达到立体选择性合成的目的。 1 9 9 4 年，u m a a t r o n c h i 和s a v o i a 将g r i g r m r d 和b a r n e r 反应盛用到烯丙基 金属化台物( 包括锌，铜，铅，铋，铝，铟) 与手性的亚胺的加成之中。其中， 在c e c l 3 或s n c l 2 的催化下，在金属锌的作用下，烯丙基溴与手性亚胺能在审温 下发生b a r b i e r 反应，能很方便的得到高产率，高d e 值的烯丙基仲胺。像a i p b b r a 、 a i s n c l 2 、a 1 - t i c t 4 、a i b i c l 3 这种双金属的体系，也被应用到手性亚胺的烯丙基 化的反麻中，只不过只有a i t i c l 4 ，a i b i c l 3 的体系能得到令人满意的结果 2 1 j 。 分，卧，m 疹一b r ，m m x n ( e a t ) 瓮y w ：- - n t - c o ，r h 5 8 1 9 9 5 年，c 0 7 2 ；1 和u m a n i r o n e h i 联合研究了手性亚胺与烯丙基三叔j 基锡 的加成反应，该反应是在l n ( o t t ) 3 催化下进行的，得到了很高的如值【l 。 1 9 9 6 年，s a v o i a 通过对以前他研究的手性的芳香类或脂肪类亚胺与烯丙基 金属的加成反应的总结，又研究了一类新的亚胺与烯丙基金属或金属盐的不对称 加成反应。反应大部分是在- - 7 8 下，所用的金属有铜、镁、锌、铅、铝和锡， 及其相应的盐，反应产率在8 0 9 8 之间，得到的d e 值也较高b “。 丫 “上0 7 。m 。 需忑呲+ 帚x 吣，n h o b n 自6 l o h 等人在i 9 9 7 年研究了一个具有而的立体选择性的一锅反应柬合成烯丙 基胺类化台物，这个反应在金属l n 的作用下，无论是用芳香类的胺还是脂肪类 的胺，d e 值都能达到9 0 9 8 2 ”。 的胺，d e 值都能达到9 0 9 8 2 ”。 天津大学硕士学位论文第一章前言 r c h o + 1 3 关于磺酰亚胺的合成 n 近十几年，关于磺酰亚胺的合成的研究倍受关注，这主要是因为磺酰亚胺在 空气中很稳定，相对于普通亚胺便于存放，从而使许多反应可以顺利进行。其次， 由于磺酰基的拉电子作用，使c = n 双键上碳的正电性增加，更容易受到亲核试 剂的进攻。正因为如此，磺酰亚胺成为一类重要的化工原料，广泛用于农药、医 药、染料、塑料等方面，在有机合成中有着特殊的用途，前景十分广阔。 早在1 9 8 8 年，j e n n i n g s 等人研究了在四氯化钛的促进下，芳香醛与芳香磷 酰胺和芳香磺酰胺发生亲核加成反应。其中，加入l e w i s 酸是为了活化羰基上的 碳原子，增加其正电性，使亲核反应易于发生。作者在讨论中指出，当苯环上带 有吸电基时比带有供电基的反应速率要快些，从产率上看，也相对高一些1 2 4 】。 r 9 h 0 + 。肛渺0r 9 h j 。肛渺 t i c l 4 e t 3 n c h 2 c 1 2 9 产8 8 - - 以s 。 但文中同时提到，此方法并不能扩展到酮。除了用樟脑酮作反应物，在甲苯 中回流一个小时，得到了一定产率的亚胺之外，对于其它酮，由于在反应过程中， 有大量未确定的化合物生成，使期望得到的磺酰亚胺产率很低，作者认为这与钛 的烯醇化合物有关。 用l e w i s 酸促进合成磺酰亚胺成为一种普遍使用的方法，以后的不少改进也 是在这一基础上进行的。2 0 0 3 年，s t a l i c k 等人用苯代替无水二氯甲烷，将t i c l 4 溶于无水四氢呋喃滴加到反应体系中，与w b r i a nj e n n i n g s 等人的方法不同，他 是在加热回流的条件下进行反应。他又同时比较的做了不加入t i c l 4 ，直接在甲 苯中加热回流的反应，可以看出加入t i c h 方法的优越性，反应时间缩短，产率 提高。遗憾的是，这种方法仅仅局限于芳香醛制备磺酰亚胺【2 5 1 。 k i m 等人在2 0 0 3 年报道了在强酸c f 3 c o o h 的催化下加热回流来合成磺酰 亚胺。以芳香醛为原料时得到了较好的实验结果，产率均达到了8 0 以上f 2 6 i 。 半m x 娩 天津大学硕士学位论文第章前言 o 。 o h o c o c f ， 矿h n 帆导扩m ：一扩巾 6 5 6 8 但当用带有a - h 的脂肪族醛在这一体系下进行反应时，出现的却是另一种结果。 一部分醛生成了烯胺，而己醛的产物更为特殊，作者认为是在生成c = n 双键后 继续发生了羟醛缩合的反应。 1 9 9 9 年，c h e m l a 等人报道了分两步制取磺酰亚胺的方法。首先加入对甲基 苯磺酸钠，以甲酸作为溶剂，反应十二个小时后，所得的反应物中间体再在饱和 碳酸氢钠或碳酸钠溶液中搅拌两个小时。此方法适用于芳香醛和一部分脂肪族的 醛。但文中提到，由于脂肪族的醛反应生成的磺酰亚胺很不稳定，分解较快，使 产率也较低【2 7 】。 刚。+ p - t o l s 0 2 n a + a r s 0 2 n h 2 詈r 式= 。 嚣蠹r 霹加 6 9 近年来一些利用微波辐射，在无溶剂条件下用芳香醛与芳香磺酰胺合成磺酰 亚胺的反应，也取得了一定进展【2 8 】。2 0 0 3 年，耿丽君使用了固体超强酸t i 0 2 s 0 4 2 。 的体系催化合成芳香磺酰亚胺。该反应是在无溶剂的微波辐射条件下进行的，得 到较高的产率。同时，催化剂价廉易得、对环境友好、可以回收【2 9 】。 1 4 磺酰亚胺的应用 由于磺酰亚胺相对于普通亚胺的特殊稳定性，以及磺酰基的拉电子效应使碳 的电正性增加，使得亲核试剂更易于进攻【2 】。近年来，关予磺酰亚胺参与反应的 研究逐渐增多。 早在1 9 9 0 年，w e i n r e b 等人研究了用n 亚磺酰基对甲苯磺酰胺与脂肪族和 芳香族的醛反应得到的磺酰亚胺，与g r i g n a r d 试剂或有机锂试剂进行的亲核加成 反应。其最突出的特点是在一锅中进行的，生成的磺酰亚胺不用分离就可以直接 进行下一步反应 3 0 】。 t s 、n = n _ r c h o 。一 c h 2 c 1 2 h o s o m i 在2 0 0 0 年研究了在水和催化量的l e w i s 碱的作用下，酮在二甲基硅 b n一 。_ o 少 天津大学硕士学位论文第一章前言 烷的保护下形成的烯醇式与磺酰亚胺发生m a n n i c h 反应得到t 3 一氨基酮【3 ”。其中 所用的碱是二异丙基胺，并且作者还将烯醇式的酮、醛与对甲苯磺酰胺放到一锅 中反应，只加入二异丙基胺作为催化剂，不用再加入水，因为醛和对甲苯磺酰胺 形成亚胺后就能生成水，这种一锅进行还得到较好的产率，并且没有羟醛缩合的 产物。 o s i h m e 2 r a r 4 7 3 n ，t s + p h h 2 0 c a ti p r z n h d m f r + p n c h 。+ b n h ：! 影 r 7 4 2 0 0 4 年，m u k a i y a m a 也研究了在无水或者含有水的d m f 中，磺酰亚胺与三 甲基硅烷保护的酯和酮进行的m a n n i c h 反应。他在这个体系中使用了醋酸锂这种 l e w i s 碱作为催化剂。反应产率普遍在7 7 以上【3 “。 n t s a ，a h 7 5 t s a e o l i ( 1 0m 0 1 ) 一 一一a r d m fn 磺酰亚胺不仅被应用到m a n n i c h 反应中，还被应用到自由基加成反应中。 2 0 0 0 年，日本科学家n a i t o 研究了磺酰亚胺与卤代烷烃在室温下进行自由基加成 反应【3 3 1 。反应是在e t 3 b 的作用下，异丙基碘、已基碘和戊基碘都能与磺酰亚胺 发生自由基加成，得到较高的产率。他还指出在相同条件下肟醚就不发生反应。 n t s e t 3 bi nh e x a n e n i h t s p 。c h 2 c 1 2 p h 人r p h p h 、 在2 0 0 4 年，又一位日本科学家t o m i o k a 也研究了磺酰亚胺参加的自由基加 成反应1 3 4 。不过他所研究的反应是在二甲基锌的作用下，磺酰亚胺与1 ，3 一二氧戊 环系列化合物发生的自由基加成反应。反应产率都在8 0 以上。得到的加成产 髂 m0 o i 儿 m k 天津大学硕十学位论文第一章前言 物在酸的作用下，又可以开环生成二醇。 r 瓜n t s + 奄t m e 2 z n ( 3 e q u i v ) 8 0 s 近几年，随着绿色化学的发展，越来越多的金属有机反应被应用到水相中。 尽管亚胺在有水存在下会很容易的发生水解反应，但是由于磺酰亚胺相对于普通 亚胺在水相中要稳定，所以2 0 0 0 年，陈德衡研究了在金属的催化下，在水相中 磺酰亚胺与烯丙基卤代物的加成反应 3 ”。他分别研究了金属h 和z n ，发现在金 属i n 的作用下，芳香类的磺酰亚胺的反应活性要比脂肪族的磺酰亚胺的活性高， 在研究金属z n 时发现，用金属z n 催化的烯丙基加成反应要比用金属i n 催化的 反应速度要快，并且脂肪族的磺酰亚胺在金属z n 的催化下反应产率要高于金属 i n 催化下的产率。 r 八n t s + 夕一b 面磊m e 而t a l 赢 m e t a l = i n ，z n 并且，他在2 0 0 1 年又研究了在金属i n 的作用下，在水相中磺酰亚胺与巴豆 基溴的立体选择性加成反应。研究表明了反应的立体选择性与磺酰亚胺上所带的 取代基有关3 6 1 。 1 5 选题意义 通过对磺酰亚胺参与的加成反应的研究，我们发现化学家们仅仅研究了磺酰 亚胺与烯丙基金属试剂的反应，尚未见有关于在金属锌的作用下，溴代酮和酯与 磺酰亚胺加成反应的报道。其加成产物是具有双官能团的0 磺酰氨基酮；它们 大都是未知物，这类化合物是合成生物大分子的重要有机中间体p ”。为此，我们 通过研究反应所用的溶剂，反应的温度，反应的时间以及反应的配比等条件对反 应的影响，来研究这个新反应，力图达到反应的最优化。并试图将其应用到水相 中，取代有机溶剂，达到绿色合成的目的，扩大反应的适用范围。 。h r 一几 太瓣h 爪 芒h刚 r 天津大学硕士学位论文第二章结果与讨论和谱图分析 第二章结果与讨论及谱图分析 2 1 关于磺酰亚胺的合成 。c 肛肌詈r 翎卅l o n 吼 在研究有机锌试剂对磺酰亚胺的加成反应之前，首先要合成磺酰亚胺。我们 主要运用了两种合成方法，其中一种方法是将芳香醛和对甲苯磺酰胺直接加热回 流，不加任何催化剂；另一种方法是采用加入l e w i s 酸促进芳香醛和对甲苯磺酰 胺的加成反应。现对比一下两种方法，见下表： 表1 1 1 方法一和方法二的比较 k 山l ei i 1t h ec o n t r a s to f m e t h o d1a n dm e t h o d2 方法一方法二 芳香醛 反应时间反应温度产率反应时间反应温度 产塞 ( h ) ( )( )m )( )( 呦 苯甲醛 对氯苯甲醛 对甲氧基苯甲醛 2 0 2 3 2 8 1 1 0 1 1 0 1 1 0 4 0 3 0 2 0 1 1 4 o6 7 o5 0 o 2 55 8 从表中可以看出，方法一在各个方面上都不如方法二，在反应时间上方法一 反应时间长：在反应温度上，方法一要加热回流，比较消耗热能；在产率上，方 法一的产率远远低于方法二。究其原因，可能是由于磺酰胺上的磺酰基的作用， 使得氨原子的亲核性太弱，在不加入催化剂的情况下，不宜发生亲核加成，并且 由于芳香醛上取代基的作用，降低了羰基的活性。在方法二中，我们通过加入 l e w i s 酸起到了促进作用，利用其与芳香醛的羰基上氧的络合作用，起到活化羰 基上的碳原子，增加其正电性，使亲核反应易于发生。 另外，在使用方法二时，我们解决了反应中出现的两个问题。 1 在反应过程中，由于使用了四氯化钛这种l e w i s 酸，所以反应体系必须 严格无水。这是因为当向反应体系中滴加四氯化钛的c h 2 c 1 2 溶液时，如果有水 h9 天津大学硕士学位论文第二章结果与讨论和谱图分析 存在的话，水会先于羰基与四氯化钛结合形成固体t i 0 2 ，并在短时间内产生大 量h c l ，使四氯化钛作为促进剂活化羰基的作用失效。 t i c l 4 + 2 h 2 0 i i 0 2 + 4 h c i 不过，由于在反应过程中生成磺酰亚胺的同时，就会伴随着水的生成，所以 还是会消耗一部分四氯化钛，所以在反应中我们控制反应底物醛和四氯化钛的配 比是2 ：1 0 5 ，即四氯化钛稍稍过量。 2 由于c = n 双键对水敏感，易被水解为醛和胺，特别是在酸性水溶液中的 水解是相当容易的。在反应过程中，四氯化钛遇水会生成大量的h c i 气体，如 果不及时把h c i 处理掉的话，生成的磺酰亚胺就会被水解掉。所以要向反应中 加入e t 3 n ，中和掉反应中产生的h c i 气体。 在反应后处理中，应该注意由于反应是在冰水浴中进行的，反应结束后，生 成大量的e t 3 n h c i 和t i 0 2 盐，这些盐和生成的磺酰亚胺混在一起，所以要经过 减压抽滤将这些盐除去。在纯化磺酰亚胺时，我们发现由于c = n 双键对酸敏感， 在柱层析过程中会有一定程度的分解，所以采取了重结晶的方法来提纯磺酰亚 胺。 2 2 有机金属锌试剂对磺酰亚胺加成反应的研究 卅泠o ，佻归釜r 越a r 我们所探索的这个新反应是在金属锌的作用下，n 一溴代酮所形成的有机金属 锌试剂与磺酰亚胺的加成反应。其中，影响加成反应的因素有很多，而我们主要 针对了反应溶剂的极性，反应所需的温度和时间以及反应底物的配比等因素做了 一系列的对比实验，并从中选取了最佳条件，来达到反应的最优化。 2 2 1 溶剂体系和反应温度 首先是要对反应溶剂进行筛选。我们使用n 一苯旺甲基一4 一甲基苯磺酰胺和溴 代苯乙酮作为反应底物，分别选用了t e e 、c h 2 c 1 2 、c h c l 3 、甲苯、d m f 作为 反应溶剂进行研究。同时，也对反应温度做了研究，分别取o 、2 5 。c 和溶剂的 加热回流温度这三个不同的温度对反应的影响。 表i i 2 溶剂和温度对反应的影响 天津大学硕士学位论文第二章结果与讨论和谱图分析 ! ! ! ! ! ! ! ：呈! 生! 垡! 壁! ! ! ! ! 兰尘竺! 丝婴旦! 垒些! ! 些望! 墨i ! 呈 序号反应溶剂反应温度( )反应时间0 1 )产率( ) 从表中可以看出，在0 。c 和2 5 。c 时，反应在t h f 、甲苯、d m f 和c h c l 3 这 些溶剂中得不到理想的产率。在加热回流的条件下，产率相应的提高，但是只有 在c h 2 c 1 2 中的产率最高。所以，最后确定使用c h 2 c 1 2 作为反应溶剂，在其回流 温度下进行反应。 2 2 2 反应时间 在确定了反应溶剂和温度以后，我们想进一步研究反应时间对加成反应的影 响。 表i i 一3 反应时间对反应的影响 m l b l ei i 一3t h ee f f e c to f t i m eo nt h er e a c t i o n 磺酰亚胺n 一苯亚甲基4 甲基苯磺酰胺 溴代酮m 溴代苯乙酮 反应时间( h ) 2468 1 01 22 0 产率( ) 1 0 2 04 05 06 76 7 6 5 从表中可以看出，随着反应时间的增加，反应产率也随着相应的增加，不过 在1 2 个小时以后，反应产率不再增加，最后我们将反应时间定在1 2 个小时。 2 2 3 反应配比 确定了反应溶剂、温度和时间以后，我们进一步研究了反应底物的配比对反 应的影响。其中，还是使用n 苯亚甲基4 甲基一苯磺酰胺和溴代苯乙酮作为反应 天津大学硕士学位论文第二章结果与讨论和谱图分析 底物，反应配比如下： 表i i - 4 反应配比对反应的影响 t a b l ei i 4t h ee f f e e to fs c a l eo nt h er e a c t i o n 磺酰亚胺( r e t o o l l溴代酮( m m 0 1 )锌粉( r e t o o l l产率( ) 反应 l 112 0 l36 5 配比 11 5 6 7 11 5 1 54 0 我们以磺酰亚胺作为基准物，尝试改变溴代酮和锌粉的加入量。开始我们选 择了磺酰亚胺、溴代酮和锌粉的反应比例是1 ：1 ：1 ，结果发现产率很低，只有 2 0 ，后来经过不断的改变反应比例发现，以1 ：1 5 ：3 的比例能得到最好的产 率。另外，为了更好的活化锌粉，提高反应产率，还要向体系中加入痕量的碘。 经过以上的研究，我们最终确定了反应体系，并且利用合成出的磺酰亚胺和 不同的溴代酮与金属锌形成的有机金属锌试剂发生反应，得到了一系列较高产率 的b 一磺酰氨基酮。 表i i 一5 有机锌试剂与磺酰亚胺的加成反应 t a b l ei i 5t h er e a c t i o no fo r g a n o z i n cr e a g e n tt on s u l f o n y l i m i n e s 序号磺酰亚胺溴代酮反应时间产率熔点 (ri)(r2)( h ) ( )( ) 1p hp h 1 06 81 1 4 - 1 1 6 8 2 “4 - c h 3 c 6 h 4 一p h1 06 91 0 3 1 0 4 3 o 4 c h 3 0 c 6 k p h1 1 6 01 2 5 - 1 2 7 4 。4 - c l c 6 h 4 一 p h 1 08 61 2 8 1 3 0 5 。 3 , 4 一( o f h 2 0 ) c 6 h 3 一p h 1l5 01 2 3 - 1 2 5 6 2 - f u r y l p h1 08 2 1 0 1 1 0 3 7p h 2 - f u r y l 1 0 5 6 8 4 - c h 3 c 6 h a - 2 - f u r y l 1 06 01 2 6 1 2 8 94 一c h 3 0 c 6 h a 2 - f u r y l 1l 6 11 0 5 1 0 7 i 04 一c lc o h a 一 2 - f t u - y l 1 07 5j18 - 1 2 0 1 1 3 , 4 - ( o c h 2 0 ) c 6 h 3 2 - f u r y l 1 1 5 01 2 4 1 2 6 1 2 2 - f u r y l 2 - f u r v l1 07 71 3 2 - 1 3 4 a 化合物1 为己知物，文献p “中熔点：l l 扣1 1 3 ( 3 。 b 化合物3 为未知物，其结构已经由x 衍射测定，以m s a p 表示。 c 化合物5 为未知物，其结构已经由x 衍射测定以m d s a p 表示。 天津大学硕士学位论文第二章结果与讨论和谱图分析 d 化合物2 为未知物，其结构已经由x 衍射测定，以t s a p 表不。 e 化合物4 为未知物，其结构已经由x 衍射测定，以c s a p 表示。 从表中我们可以看出，反应能得到较高的产率。并且除了化合物l 以外，其 它的产物都是未知的化合物。在溴代酮的活性方面，溴代苯乙酮的活性要比2 - 溴代乙酰呋喃的活性高。在磺酰亚胺的活性方面，无论是和溴代苯乙酮还是和 2 一溴代乙酰呋喃反应，n f 4 氯苯亚甲基) 4 甲基一苯磺酰胺的反应活性最高，产 率也最高，n ( 3 ，4 一亚甲基二氧基苯亚甲基) 一4 甲基苯磺酰胺的反应活性最低，产 率也最低。 2 3 反应机理讨论