（有机化学专业论文）“fischer”型卡宾络合物与杂原子取代炔烃的光照反应研究.pdf

中文摘要 f i s c h e r 金属( c r ，w ，f e ，m n ) 卡宾络合物( c o ) n m = ( o r i ) r 2 是一类新奇的化合 物。近几十年来，由于它与各种不饱和化合物反应的多样性，已成为生成碳碳键 的重要的化合物。特别是它和炔烃的反应，可以通过改变卡宾络合物或所用的炔 烃及反应的条件，就能选择性地得到不同的产物，这些反应已多次用在一些天然 产物的合成中。f i s c h e r 金属卡宾络合物与不饱和双键化合物在光照的条件反应得 到很好的结果，而且此类反应的理论研究也有较深层的研究。 本文在此基础上，首次用杂原子取代的炔烃与f i s c h e r 铬金属卡宾络合物在 光照条件进行反应研究，并且初步从催化剂，溶剂，配体加入和不同波长的光等 影响反应的条件进行大量的尝试。从研究结果发现光对反应影响不是很大，主要 是溶剂和金属盐，就目前乙腈是最理想的溶剂。并且还初步提出了该反应的可能 反应历程。在此条件下，还对炔烃反应底物进行了初步拓展。 关键词： “f i s c h e r 型卡宾络合物炔烃 2 十2 环加成光化学 a b s t r a c t b e i n gan o v e lc o m p o u n d s ，f i s c h e r - m e t a l - c a r b e n e c o m p l e x e s ( c o h m = ( o r o r 2 p l a y e dap a r t i nc cb o n df o r m a t i o nb e c a u s eo ft h ed i v e r s i t yo fi tr e a c t i n gw i t h u n s a t u r a t e dc o m p o u n d sd u r i n gt h es e v e r a ld e c a d e s e s p e c i a l l yi nt h er e a c t i o no ft h e c o m p l e xw i t h a lk y n e ，i tc a l ls e l e c t i v e l yg e t sd i f f e r e n to u t c o m ef r o mc h a n g i n g c a r b i n e - c o m p l e x e s ，t h ea l k y n e s ，o rr e a c t i v ec o n d i t i o n m o r e o v e r ，t h e s er e a c t i o n sw e r e r e p e a t e d l yu s e di ns y n t h e s i so fs o m en a t u r a lp r o d u c t s o nt h eb a s eo fw e l ls t u d i e dr e a c t i o no ff i s c h e r - c a r b e n e - c o m p l e x e sw i t hd o u b l e b o n dc o m p o u n d s ，t h er e a c t i o no nf i s c h e r - c a r b e n e - c o m p l e x e sw i t ha l k 驴es u b s t i t u t e d b yh e t e r o a t o mi sd e v e l o p e di n t h i sp a p e rf o rt h ef i r s tt i m e f u r t h e r m o r e ，al a r g e q u a n t i t yo ft r i e so nt h ec a t a l y s t ，s o l v e n t ，l i g a n da n d b e a mo fd i f f e r e n tw a v e l e n g t ha r e p r i m a r i l yp r o c e s s e d 。i ti sf o u n dt h a ts o l v e n ta n dm e t a l l i cs a l ta r et h em o s ti m p o r t a n t f a c t o r sa n dd r ya c e t o n i t r i l ei st h ep e r f e c ts o l v e n tr e c e n t l y t h ep r o b a b l em e c h a n i s mo f t h i sr e a c t i o na l s oi sp r o p o s e di nt h i sp a p e r a n ds o m ef u r t h e rr e s e a r c hh a sb e e nd o n e t oe x p o u n dt h er a n g eo fa l k y n es u b s t r a n t e s k e yw o r d s ： f i s c h e r - c a r b e n e c o m p l e x e s ，a l k y n e ， 2 + 2 c y c l o a d d i t i o n ， p h o t o c h e m i s t r y 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，也不包含为获得丞盗盘堂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：哗卡华 签字日期： 6 7 年1 月 譬日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤注盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗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：珲七年 签字日期：厶刃年f 月岁日 导师签名： 签字日期：日o d月 卷， 五兮 年 、 7 ) 口 7 第一章前言 第一章前言 1 1 “f i s c h e r ”金属卡宾在有机合成中应用的介绍 1 1 1 背景介绍 卡宾是具有以下结构的中间体，其碳原子周围只有6 个电子。因此很不稳定， 是瞬时存在而不能分离得到的活性中间体。尽管卡宾是相当不稳定的，寿命短暂 的，但当今其制备和应用都得到了相当的发展【lj 。相关的科研工作者利用在卡宾 的碳原子上加上杂原子，稳定卡宾中间体，从而将一些卡宾种类分离出来并鉴定 出它。1 9 6 4 年，f i s c h e r 等报道一种在卡宾碳原子上加上过度金属的方法，从而 将这种物质分离出来，而又不失卡宾中间体的化学性质。通常“f i s c h e r 型络合物 中卡宾碳的邻位含有杂原子，而其卡宾碳富亲电性，其典型的化合物为苯基甲氧 基五碳基铬卡宾络合物，有x 射线衍射研究表明，卡宾碳原子是s p 2 杂化，有一个 空p 轨道，是缺电子的，它与金属及邻位杂原子之间均有明显的双键的性质，其 键长特别是与邻位杂原子之间的键长明显短于相应的单键。对于其缺电子的卡宾 碳，其邻位杂原子上的一对自由电子与其卡宾碳上的空p 轨道之间形成p t r - p r t 键而 得以补偿，同时在相当程度上从金属中心向卡宾碳原子的空p 轨道的d 7 c d n 反馈， 使其卡宾碳与金属和邻位杂原子之间表现出双键的特征【2 】。接下来主要介绍下以 铬金属为例的 f i s c h e r 型卡宾络合物。 ：c r 2 “f i s c h e r 型卡宾在有机合成有很广泛的应用，尤其是五羰基铬络合物很易 的，甚至商业上都能买到，以下是几种典型的“f i s c h e r ”型卡宾络合物( f i g u r e1 - 1 ) 。 足足p h 足巾足： “f i s c h e r 型卡宾络合物主要是以六羰基金属络合物为原料，首先合成出带有 烷基，烷氧基的五羰基金属卡宾络合物，以下是氧杂原子“f i s c h e r ”型卡宾络合物 基本结构式( f i g u r e1 - 2 ) 。 第一章前言 ( 0c ) 5 o r f i g u r e1 - 2 hr 2 1 1 2 “f i s c h e r 型卡宾络合物的反应特性介绍 早期的实验表明金属一羰基键比金属一卡宾键稍微弱点。因此大多数c c 键 的形成的反应首先是脱去羰基。在一些环加成反应例子中，金属作为一种保持有 利于互换配体偶联的立体结构中底物的模板。c c 键的形成就是靠在这种金属协 调的范围内发生的。在其他的一些例子中，金属一羰基可以作为有机金属官能团 作用，这可以引发卡宾甚至相邻的碳原子发生些特殊的反应。 下面结构示意图( f i g u r e1 - 3 ) 显示出羰基( 卡宾) 络合物反应特征。利用 1 3 c n m r 检测到此类物质有一个非常低的化学位移，这数据可达4 0 0p p m 。从这 解释此类物质的一个明显特征卡宾碳原子是一个亲电体，以至其易进攻碳和 杂原子的亲核试剂( a ) 。亲电体可以加入到杂原子卡宾取代基上( 如氧) ( b ) ，这是 金属卡宾转变成金属卡拜过程的第一步1 。由于卡宾碳原子的亲电性，这使得 t x - c h 官能团上的氢酸性增强。利用强碱脱去a - c h 上的氢从而得到金属卡宾负离 子，这可以应用到“a l d o l ”类型的反应中( c ) 。最后，羰基配体可以在加热或光照 下被其它配体取代( 如磷化物，烯烃类，炔烃类) ，这样可以改变金属中配体环境 ) 。以上论述表明金属卡宾的反应是基于配体中心或者金属中心。以下就这两 种中心详细介绍。 b 1 1 3 卡宾配体中心的反应 f i g u r e1 - 3 b “f i s c h e r 型卡宾络合物反应主要的中心体为卡宾配体中心和金属中心，接下 首先详细介绍卡宾配体中心的反应。 第一章前言 对于卡宾配体反应应用主要是由于卡宾的碳原子极度缺电子，造成其所连接 的侧链也具有某些反应特性。释放卡宾配体有许许多多的方法，但决不是说自由 卡宾中间体能存在。卡宾络合物在热分解条件下通常产生卡宾配体的二聚物 烯烃。通过c o ，r 3 p ，或胺类物质对卡宾配体的取代是一个不明显的去除金属一 卡宾键的方法，原则上说，它让低共价的金属类恢复。 由于卡宾碳原子的亲电性，一些亲核试剂可以进攻它，从而制备其它杂原子 的 f i s c h e r ”型卡宾络合物。烷氧基可以被胺基，巯基及烷基取代，从而生成胺基 卡宾，巯基卡宾及二芳香基卡宾络合物【4 1 ，反应过程如下( s c h e m e1 1 ) 。 r l ( o c ) 5 m r 5 r l 利用此性质，也可以由其它杂原子类型“f i s c h e r 型卡宾了络合物合成烷氧基 类型的卡宾络合物4 1 。如- f n i n e ( s c h e m e1 2 ) 氧氮杂原子的卡宾先用酰氯合成 酯卡宾，再用醇合成指定的烷氧基f i s c h e r 型卡宾络合物【5 1 。 r b m 弋， 0 b m 式， m - - c r , w 。 k m 。 第一章前言 卡宾碳原子是个缺电子的原子，对于乙烯基卡宾配体会造成1 3 位碳原子具有 a ，1 3 不饱和羰基化合物上的1 3 位碳原子的性质。，b 不饱和卡宾络合物能与烯 醇发生1 ，2 和l ，4 加成。化合物( a ) 与丙酮烯醇式和环戊酮烯醇式分别发生1 ，2 加成和1 ，4 加成( s c h e m e1 3 ) 【6 】。 s c h e m e1 3 同样的原因，对于乙烯基卡宾配体中，造成乙烯基电子云密度降低。在 d i e l s a l d e r 反应中，需要一个双烯体和一个亲双烯体。一般对于这两者的要求是 双烯体是个富电子，亲双烯体是个缺电子的，这样才能让d i e l s - a l d e r 反应容易进 行。对于结构差不多的a ，b 。不饱和羰基化合物与0 【，b 不饱和卡宾络合物能亲双 烯体与同样的双烯体发生d i e l s a l d e r 反应，前者的反应条件苛刻，后者反应条件 温和盯1 。而至关重要的一点是后者的区域选择性好( s c h e m el - 4 1 。 第一章前言 m e o 0 2 5 0 c 3 h 7 0 2 5 0 c ，7 m o n t h s 5 4 m m e o 0 s c h e m e1 - 4 o 除了发生d i e l s - a l d e r 反应以外，0 l ，b 不饱和卡宾络合物还能与1 ，3 偶极子发 生 3 + 2 反应俘3 ，富电子的烯烃在热条件下发生 2 + 2 反应佟3 及分子内的 p a u s o n k _ h a n d 反应训。 由于卡宾碳原子极度缺电子，使得金属卡宾络合物a 位碳原子上氢有很明显 的酸性，如甲基( 甲氧基) 卡宾络合物上的甲基上的氢p 磁值为8 左右】。因此， 烷基卡宾络合物可以被烷氧基碱或丁基锂试剂脱去质子。这些负离子可以作为三 苯基膦亚胺盐在空气中稳定存在。 以上表明，其可以发生亲核反应，和亲电性的c 发生“a l d o l ”类型反应。在平 衡条件下此“a l d o l ”类型反应可以得到相当高的产率( e q1 1 ) n 引。尽管纯粹的 “a l d o l ”类型反应一般需要不能烯醇化的醛，但是有报道利用催化量的碱可以将可 烯醇化的醛发生此“a l d o l ”类型反应n 引。 ( o c ) s c r o e t p h c h 0 n e t 3 ，m e 3 s i c l e q1 - 1 ( o c ) s c r 此类卡宾络合物的碳负离子在m i c h a e l ：j i 成条件下和c c ，b 不饱和羰基化合物 发生1 ，4 - 力日成( e q1 - 2 ) n 引。 第一章前言 ( o c ) s c r 1 1 4 金属中心的反应 2 p h o 3 n i c l e q1 - 2 ( o c ) s c r “f i s c h e r 型卡宾络合物的反应许多涉及到除卡宾配体以外其它配体的协调。 早期发现的“f i s c h e r ”型卡宾络合物所发生的 2 + 1 1 反应所生成的环丙烷。下面的例 子( e q1 3 ) 【l5 】似乎表明是存在自由卡宾中间体一此中间体再和烯烃双键发生关+ 环反应。此外富电子烯烃和缺电子烯烃发生环化反应生成环丙烷的所需条件是不 相同的。对于缺电子的烯烃需要升高温度能让c o 快速的从羰基卡宾络合物分离 出来。因此此反应机理就是烯烃和不饱和四羰基中间体配位。然后烯烃配合物发 生重排得到金属杂原子的四元环，此四元环在发生还原消除得到环丙烷物质 ( s c h e m e1 5 ) t 1 6 1 。 ( o c ) s m m = c r m = m o m - 、 t 9 0 - 1 4 0 0 c e q1 - 3 7 0 8 5 6 8 3 0 1 5 3 2 第一章前言 s m = 争卜 r 2 r 1 且 s c h e m e1 - 5 r 1 对于富电子的烯烃的环丙烯化反应需要改良的反应条件。四羰基卡宾络合物 与富电子烯烃得到不是所要的环丙烯物质，而是烯烃交换的反应。因此要想获得 很好的产率的环丙基化合物应该在c o 氛围下反应。在这些条件下，亲核烯烃和 卡宾碳原子产生两性离子，其上面的金属配位的碳原子从前面或后面进攻n 烯醇 醚的碳原子( s c h e m e1 6 ) t 1 7 】。“f i s c h e r ”型卡宾络合物与烯烃的 2 + 1 反应有许多文 献报道。 ( o c ) 5 。m r l s c h e m e1 - 6 “f i s c h e r 型卡宾络合物在有机合成中最主要的应用可能是与炔烃的反应。含 有烷氧基( 芳香基或烯基) 卡宾配体的五羰基络合物与炔烃反应生成带有多取代 舭 、， c q 夕弋 诊 第一章前言 基的芳烃，并且此芳香烃还与c r ( c o ) 5 络合着这种独特的环加成反应得到的芳烃 与c r ( c o ) 3 配位的碳原子是a ，1 3 不饱和卡宾配体( c 3 合成子) ，炔烃( c 2 _ 合成子) 及一个羰基配体( c ，一合成子) ，且c r ( c o ) 3 是作为逐步相互配位偶合的模板n 引。接 下来以c r 金属为例介绍此类反应。基于大量的实验及动力学研究，此类本计划反 应机理进程已有所进展，并且所提出的历程和理论计算相符合。此机理初始及决 定反应速率的步骤是五羰基卡宾络合物的c o 的可以分解过程。不饱和四羰基卡 宾络合物与炔烃络合形成1 1 2 炔烃络合物。t 1 2 炔烃络合物经过 2 + 2 环加成反应， 直接将炔烃插入到金属卡宾键中产生一个1 8 e 共价异构体1 1 3 烯基卡宾络合 物，接着一个羰基配体直接插入形成1 1 4 烯基烯酮络合物。”4 烯基烯酮络合物发 生环加成反应得环己二烯基酮。最后此二烯酮重排得到萘酚络合物。此反应历程 中中间体都已经经过科研实验证实( s c h e m e1 - 7 ，f i g u r e1 4 ) 心们。 第一章前言 f i g u r el - 4 1 1 5 有机合成中的应用及进展 在 3 + 2 + 1 的苯基化反应中，c r ( c o ) 3 与苯环的络合平面与苯环侧链所连接官 能团的手性有关。如烯基卡宾与0 t 手性丁炔基一三苯甲基醚苯基化生成的c r ( c o h 络合物( e q1 - 4 ) 2 。 ( o c ) 5 c 0 m e e q1 - 4 除了此类表面的发现，在 3 + 2 + 1 反应中，伴随着苯基化过程中，如果没有 c o 插入反应中会生成五元环。虽说在苯基化反应中五元环反应是副反应，但在 一些特定的溶剂，改变卡宾杂原子取代形式，金属及配体会使无延缓反应为主要 反应。目前主要是铬e b 一羰基烯基卡宾络合物与不同的炔烃反应生成各种五元环 ( s c h e m e1 8 ) 2 2 】。 第一章前言 s c h e m el 8 前面所述时，合成氧杂原子卡宾络合物过程中，在加入亲核试剂( 如卤代烃 或m e 3 0 + b f 4 ) 之前有个o l i 的中间体存在，而硼化物在有机合成中有相当重要 的作用。而且硼是个比较好的亲核体。因此硼类试剂可以合成硼氧基类卡宾络合 物( e q1 - 5 ) t 2 3 1 。此类物质用在手性物质合成的前体有很大的应用。 2 ( o c ) s m o ( o c ) s m o p h e q1 - 5 在过去4 0 年左右， f i s c h e r 型卡宾络合物在有机合成中已经从有机金属奇 异物发展到有价值的试剂。尤其是卡宾碳原子加入到金属羰基部分和烷基取代的 卡宾的n c h 酸性两方面的亲电性对c c 键的形成有很重要的影响。除了作为一种 第一章前言 新异有机金属官能团的金属卡宾一部分的作用，金属中心也可以作为组装在有 逐步相互配位偶合的有目的的立体相关的互配体的选择性的模板。这两方面的反 应对于官能团化的非环的和不饱和环状的化合物的立体选择性合成提供很有前 途的应用。最近“f i s c h e r 型卡宾络合物研究方面是原位过渡金属化，此过程使原 先稳定的，能储存的第六族的金属卡宾变成更易反应得卡宾络合物。这种方法增 加一个基于金属催化的金属卡宾，一个通过烯烃复分解化相当好的领域【2 4 】( 尤其 环关复分解反应) 和由铑卡宾中间体产生的多面化的化学 2 5 1 。 1 2 本课题的研究背景 1 2 1 “f i s c h e r ”卡宾与双键的 2 + 2 光环加成反应机理介绍 自从“f i s c h e r 卡宾与不饱和双键发生 2 + 2 1 光化学反应发现以来，对其反应历 程有了深层的研究，主要的研究小组是h e g e d u s 及其同事课题组。1 9 8 2 年j h e g e d u s 等【2 6 】报道了关于 f i s c h e r 型铬卡宾络合物与亚胺发生的【2 + 2 】光化学反应。此类 型的反应首先是在光照的条件下，五羰基铬卡宾络合物脱去一个羰基。利用d o t z 反应机理【2 7 】，h e g e d u s 等首先猜测是四羰基铬卡宾络合物与亚胺反应生成一个带 有铬杂原子的四元环中间体，再将一个羰基插入到四元环中，最后脱去金属原子 得到四元环的p 内酰胺。h e g e d u s 课题组【2 8 】进一步研究表明其中间体有一个烯酮 中间体，并且有文献报道【2 8 ，2 9 】用酰氯化物制备出的同样的烯酮与同种不饱和双 键发生反应反应产物产率低，反应活性没有铬卡宾与同种不饱和双键反应得活性 好。因此，h e g e d u s d 、组提出有一个烯酮与铬络合的中间铬烯酮络合物。其 反应历程如下( s c h e m e1 9 ) 。 x 一- c o = ( 。c ) 。c r 一 r 签c r 、 i 。f 盎吼l 一i 外- r 叫hl r 0 。 i s c h e m e1 - 9 ，r 厂- y = c 或其他杂原子 xr r 旃 第一章前言 1 2 2 “f i s c h e r 卡宾与双键的光化学反应的研究进展 f i s c h e r 卡宾络合物与双键不饱和物质光环加成反应目前已获得很大的发 展，目前主要与亚胺，烯烃，偶氮及醛四类物质研究有很好的进展。接下详细介 绍。 作为生物中重要的肛内酰胺，其传统合成方法是通过乙酰氯被三乙胺脱去氯 化氢得到的烯酮与亚胺发生 2 + 2 环加成反应( 如图) 。由于烯酮特别活泼，有些 情况要在无亚胺时制备，这样烯酮自身会产生副产物，因此有的时候此方法效果 会不好。1 9 8 4 年h e g e d u s 小组旺鲫报道了“f i s c h e r 型铬卡宾络合物在光照下与亚胺 反应生成b 一内酰胺( e q1 - 6 ) 。“f i s c h e r 型铬卡宾络合物在光照下与亚胺反应合成 p 内酰胺比传统方法有点在于其适用的亚胺范围广，也同样有很好的产率，副产 物少，高效的立体选择性一一般为专一的异构体，并且不只是简单结构的亚胺。 传统的方法合成氮上无取代基的p 内酰胺，先只能合成带有取代基的，在利用其 他方法将取代基脱去，而对于光照的方法就可以让“f i s c h e r 卡宾直接与无取代基 亚胺反应合成无取代基的岱一内酰胺。有趣的是，有文献报道啪1 传统的方法不能由 咪唑类物质与由酰氯和三乙胺制备的烯酮合成指定的b 内酰胺。 够r 4 争 e q1 - 6 r 2 r 4 二卡宾络合物与亚胺反应生成二吖类物质( e q1 7 ) 口。由于前体缺少手性控 制体，所以得到的物质是非对映异构体的混合物。对于卡宾络合物与亚胺反应的 体力化学的研究，h e g e d u s d x 组利用计算化学和实验做了比较充分的研究副，他 们利用传统烯酮与亚胺反应得立体选择性研究模型出发很好的说明了扭矩电子 效应对由卡宾络合物与亚胺合成的烷氧基b 一内酰胺和传统方法所合成的反立体 结构及胺基吖的不寻常的不稳定性作了很好的介绍。并不是所有的亚胺类物质都 能和铬烷氧基卡宾络合物成功地发生 2 + 2 反应引。 第一章前言 一 耍 l ：l 的非对映异构体的混合物 对o ，。争h + r h e q1 8 烯酮与富电子的烯烃能发生高度立体选择性环加成反应生成环丁酮。烯烃 与“f i s c h e r 卡宾络合物在加热下生成环丙烷n 引。h e g e d u s d x 组首先发现亚胺与 f i s c h e r 型卡宾络合物光照下生成6 内酰胺，利用此反应的历程以及自由烯酮与 烯烃热反应生成环丁酮，其小组b 6 3 将“f i s c h e r ”型卡宾络合物与富电子的烯烃在光 照的条件下发生反应，合成出环丁酮。这说明历程中也有烯酮中间体。从传统的 烯酮与烯烃环加成反应和铬卡宾络合物与烯烃光环加成反应的比较得出，两者显 示出相同的立体化学行为，但是由于光化学条件温和，其产率比传统的好。此反 应要求烯烃是富电子的，对于缺电子的，这种方法不合适。铬卡宾络合物还能与 二烯类物质( e q1 - 9 ) 和发生分子内的 2 + 2 光环加成反应( s c h e m e l 1 0 ) 口 。在烯 烃与卡宾络合物光照条件，如果烯烃上b 。位含有很好的亲核原子( 如n ) ，会得到 的不是 2 + 2 环加成产物，而是发生了一个 3 ，3 迁移过程b 射。 第一章前言 o r l c ，c r + r = m e ，n - b u ，q r l = m e ，e t , b n ，t m s n - - 1 ，2 ( o c ) s c r h v - - - - - - - - - - - e t 2 0 c o e ql - 9 e t 2 0 c o c h 2 c 1 2 c o r rh s c h e m e1 1 0 5 0 9 6 。1 。卜 。 铬卡宾络合物与烯烃光照条件下发生的 2 + 2 环加成反应，其立体选择性好， 当用立体活性的烯烃会得到立体选择性的产物。( + ) 四氢浅蓝菌素和浅蓝菌素合 成中其中间体扭钔可以利用此方法合成。烯基一胺基甲酸酯是一个很易得的底物， 其和铬卡宾光照下发生 2 + 2 环加成反应，再接下来发生b a e y e r - v i l l i g e r 氧化，消 去，环氧化，这些都是四氢浅蓝菌素与浅蓝菌素合成过程的关键反应 ( s c h e m e l 1 1 ) 。同前面一样，含氮杂原子的铬卡宾络合物也能与烯烃发生 2 + 2 环加成反应1 。 第一章前言 弧。h c 一式+ r 丫r ” 旦 r = m e ，p h ，n c i 6 h 3 3 ，q ， r 1 = m e ，b n r 1 p h p h s c h e m e1 一l l o 除了以上两类重要的 f i s c h e r 类型金属卡宾与双键发生 2 + 2 光环加成反 应，还有其他的双键也能与“f i s c h e r ”型金属卡宾发生 2 + 2 光环加成反应，如偶 氮化合物及醛类的碳氧双键。在 f i s c h e r ”型金属卡宾络合物与偶氮化合物发生 2 + 2 光照反应时得到的主要产物并不是1 ，2 - - - 氮环丁酮，而是1 ，3 二氮环丁酮 和亚胺醚( e q1 1 0 ) h 。 凇m二“一芨e+商舢+-nifh。mc atme o e ( o c ) 5r 弋 + a r n n a r l _ 不磊：i 卜，乒一由+ ， 二寿 + n 、， u 。7 “ a r = a r = p h1 6 a r = p h ，a r = p - m e o p h 4 5 a r = p h , a r = p - m c 2 n p h 2 9 e q1 一1 0 1 6 0 0 3 1 2 5 4 5 从上面的产物分布看出并不是和以前亚胺及烯烃与“f i s c h e r ”型卡宾络合物 2 + 2 光环加成反应，以下是其反应历程( s c h e m e1 1 2 ) h 。在历程研究阶段，起 始将反应完的混合物用酸洗得到苯胺。初始猜测有一个铬氮双键不稳定物质，很 容易分解，分离过程中很难分离出来，因此要鉴定它要用其它方式鉴定，在反应 过程中加入三苯基膦或羰基化合物时，会得到膦叶利得和羰基化合物制备出来的 亚胺n 引。在反应历程中的第一个底物，如果用的偶氮化合物是环状的( 如4 甲基 一1 ，2 ，4 三唑3 ，5 二酮) ，得到三元环的物质h 引。 奄 第一章前言 ( o c ) s c r m e m e 。( o c ) p +p h n = n p h 掣n 一n l 。m m e m e 洲e + 【( o c ) 5 c r - n p 1 + il n p h 烯酮在l e w i s 酸下与醛能发生 2 + 2 环加成反应生成d 内酯。尽管铬烷氧基 卡宾络合物和醛的分子间的反应产率很低，这是由于此反应时间长，铬金属对不 稳定性的1 3 一内酯作用很大从而分解得不n 1 3 - 内酯。然而分子内的反应可以得到很 好的产率，可以用来合成产率不错的二环p i 酯( s c h e m e1 。1 3 ) h 副。 ( o c ) 5 c r ( o c ) s c r 、并c h o - - - - c h o c h 2 c 1 2 z n c l 2 h v - - - - t h f s c h e m e1 - 1 3 m o n = 25 0 n = 35 9 n = 48 7 2 2 t 1 h n h丫p 臼ln q p o ，n 第一章前言 1 3 立题意义 f i s c h e r 型金属( c r ，w f e ，m n ) 卡宾络合物( c o ) n m = ( o r l ) r 2 是一类新奇的化 合物，三十年多来，由于它与各种不饱和化合物反应的多样性，已成为生成碳碳 键的重要的化合物。特别是它和炔烃的反应，可通过改变卡宾络合物或所用的炔 烃及反应条件，就能选择性地得到不同的产物，这些反应已经多次用在一些天然 产物的合成中。 对于光照 2 + 2 1 环加成，目前主要是应用在卡宾络合物与不饱和双键反应且 也应用到一些天然产物的合成中。然而炔烃与卡宾络合物在光照条件下反应的研 究就目前还未有人做过系统地研究。本人导师在国外从事这类金属卡宾络合物的 研究中，初步发现金属卡宾络合物在光照的的条件下，可与三甲基硅基取代的炔 烃发生 2 + 2 1 环加成反应，生成环丁烯酮。而且这类金属卡宾络合物的 2 + 2 1 环加 成反应至今未见报道。因此对这类反应作进一步的研究，对丰富有机合成反应方 法学极有意义，而且如果用其他杂原子取代的炔烃也能与这类金属卡宾络合物发 生 2 + 2 环加成反应的话，对于有机合成中引入其他杂原子有很大的帮助。并且 很多带有环丁烷结构的天然产物具有较高的生物活性，该反应对这类天然产物的 合成将有重要的意义如以下的天然产物都是具有很好的生物活性，而且带有 环丁烷结构( f i g u r e1 5 ) 可以尝试利用本课题所研究的方法合成。 f i g u r e1 - 5 o 第二章实验部分 2 1 试剂的纯化及干燥 2 1 1 醚类溶剂的干燥 第二章实验部分 以乙醚为例，此类溶剂极性较大，含水量大，不能满足较严格的无水要求， 需进行严格干燥处理。商品化试剂纯的产品含水较多，需加入k o h 放置数天进 行预干燥。然后倒入盛有事先做好的钠沙的烧瓶中，加入少许二苯甲酮，安装回 流装置，回流( 最好在氮气气氛下) 。直至溶液由无色变为深蓝色，证明无水，常 压蒸出。注意醚类溶剂在高温下易生成过氧化物而发生危险，所以干燥处理切忌 一蒸干，储存也需避免光照，湿气，氧气，因为在这些条件下也易生成过氧化物而 发生意外。处理剩余的钠沙要注意，在磁力搅拌下先滴加乙酸乙酯，看无银白色 的固体，换成无水乙醇，再依次9 5 乙醇，7 0 乙醇。 2 1 2 乙腈和乙酸乙酯的干燥 将5 0 0m l 的乙腈倒入到干燥的1l 的单i s l 瓶中，加入6g 左右的五氧化二磷， 在氮气氛围下加热回流3h ，冷却至室温，改装成蒸馏装置在氮气氛围下将乙腈 蒸至准备好的干燥的瓶子中。蒸完后，冷却至室温，用胶塞将蒸出的乙腈封闭好， 用氮气将里面的空气交换出去。注意在蒸乙腈时，不能蒸的太干，因为乙腈在加 热下会聚合，后面的组分温度比乙腈高1 0o c ，所以蒸出4 5 时就应该将加热停止。 因为五氧化二磷遇水放热，后处理瓶中的固体要缓慢将固体分批加入到水中破坏 【拍 o 过程类似于乙腈，但乙酸乙酯不会发生聚合。 2 1 3 苯和甲苯的干燥 将5 0 0n 1 l 的苯倒入到干燥的ll 的单口瓶中，加入3 4g 左右的氢化钙，在 氮气氛围下加热回流3h ，冷却至室温，改装成蒸馏装置，在氮气氛围下将苯蒸 至准备好的干燥的瓶子中。蒸完后，冷却至室温，用胶塞将蒸出的苯封闭好，用 氮气将里面的空气交换出去。由于氢化钙遇水反应激烈，因此后处理剩下的氢化 钙依次滴入无水乙醇，9 5 k , 醇，7 0 7 , 醇，至无固体颗粒副。 第二章实验部分 2 1 4 三氟甲苯的干燥 加适量无水碳酸钾，回流1 2h ，再蒸出汹1 。 2 1 5 三甲基氯硅烷的纯化 将买来的1 0 0m l 的暗黑色的三甲基氯硅烷倒入到2 5 0m l 的单口瓶中，快 速加入2 3g 氢化钙，加上冷凝装置，回流1h 。过后冷却至室温，改成蒸馏装置， 将三甲基氯硅烷蒸到准备好的1 0 0m l 的干燥的单口瓶中，蒸完将其密封好保存。 2 2 原料的制备 2 2 1 铬卡宾及相关原料的制备 2 2 1 1 甲基锂的合成 c h 3 i e t 2 0 +l i - c h s l i n 2 在n 2 氛围下，向配有恒压漏斗和冷凝管的火焰干燥的2 5 0m l 的三口瓶中加 入6 0m l 的e t 0 2 和1 2 当量的剪好的锂条。将4 0m l 的e t 0 2 和1 0 当量的碘甲烷 用针筒加入到恒压漏斗中。磁力搅拌下，首先滴加4 至5 滴乙醚和碘甲烷混合液 进入三口瓶中，使反应引发起来。发现瓶内放热后，调节混合液的滴加速度，使 乙醚能微弱地回流，保持此速度。滴加完后，继续搅拌1h 。静止，用针筒或者 虹桥将清液吸入到一个准备好的密闭的干燥瓶中。用二苯乙酸为指示剂标定甲基 锂浓度，连续标定三次，求平均值h 7 | 。 2 2 1 2 四氟化硼三甲基翁盐( m e 3 0 + b f 4 - ) 的合成 4 e t 2 0 b f 3 + 6 m e 2 0 3 m e 3 0 + b f 4 一 + 4 e t 2 0 一，v 厶一+ b ( o +3 c ，今 + f f o m e ) 3 在一个配有恒压漏斗和冷阱干燥的5 0 0m l - - 口瓶中，加入8 0m lc h 2 c 1 2 和 3 3 3m l ( 0 2 7 1m 0 1 ) 的b f 3 m e 2 0 。在氮气氛围下，将二甲醚气体通过加有丙酮和液 第二章实验部分 氮的混合物中，收集7 5m lm e 2 0 。收集完后，在7 8o c 磁力搅拌下，将 2 4 1 m l ( 0 3 0 7m 0 1 ) 的氯甲代氧丙环在大于1 5m i n 时间滴加到5 0 0m l 的三口瓶 中。加完后，将反应体系温度缓慢上升，常温下在氮气氛围下搅拌过夜。利用 砂芯漏斗将液体过滤除去。先用2 0 0m l 干燥的c h 2 c 1 2 洗涤固体两次，再用2 0 0m l 干燥的乙醚洗涤固体两次。用真空泵将乙醚抽干，最后得到2 8 6g 白色晶体 m e 3 0 - h b f 4 ，产率为：9 4 5 伽。 2 2 1 3 甲基一甲氧基一五羰基铬卡宾的合成 c r ( c o ) 6 竺川c ) 5 c r u 、 m e 胎c = m 吼e1 等m e o + b 芦f 一 ( o c ) 5r = = 坚! 竺 - ( o c m 34 。 将1 7 6g c r ( c o ) 6 加入到用火焰干燥的1 0 0 m l 的单口瓶中，单口瓶用油泵抽 真空并用氮气交换5 - 6 次，再将3 0m l 干燥的乙醚加入到单口瓶中。在常温下， 用针筒将l 当量的甲基锂( 自制，已标定好) 缓慢滴加到正在搅拌地单口瓶中。常 温下搅拌2 3h ，用旋转仪将乙醚旋去，加入3 0m l 水。在搅拌下加入1 1 当量 的m e 3 0 + b f 4 。，搅拌2 0m i n ，再用1 0 0m lc h 2 c 1 2 萃取三遍，用n a 2 s 0 4 干燥。石 油醚为展开剂，2 0 0 3 0 0 目硅胶做柱层层分离得1 3 6g 黄色的固体，产率为： 6 8 o 。 2 2 1 4 苯基一甲氧基一五羰基铬卡宾的合成 p h b r2 婴o p h l i 7 8 ”c 呲i r i r = ：i 素旃r e 将由中性氧化铝干燥过的1 7m l ( 1 5 3m m 0 1 ) 溴苯用针筒打入到封闭好的干 燥的5 0m l 的单口瓶中，加入2 0m l 干燥的t h f 。用丙酮冷浴到一7 8o c ，滴加1 0 个当量的正丁基锂( 购买的2 2m ，7 m 1 ) 。滴完丁基锂，保持在此温度下搅拌1h 。 第二章实验部分 将称量好的3 3 7g ( 1 5 3r e t 0 0 1 ) 六羰基铬加入到1 0 0m l 的干燥的单口瓶中，用氮 气除氧，加入3 0m l 干燥的t h f ，将其冷却到7 8o c 。在7 8o c 将制备好的苯基锂 用虹桥吸入到装有六羰基铬的1 0 0m l 单口瓶中，保持此温度搅拌0 5h 。除去冷 浴，升温至常温搅拌1 5 - 2h 。反应完，旋去溶剂，加入4 0m l 自来水，搅拌下加 入1 1 当量( 2 7 2 曲的m e 3 0 + b f 4 ，搅拌1 5r a i n 。用总共1 0 0m l 乙酸乙酯萃取三遍， 再用n a 2 s 0 4 干燥。石油醚为展开剂，2 0 0 - 3 0 0 目硅胶做柱层层分离得1 3 6g 红色 的固体，产率为：6 7 0 嘲】。 2 2 2 杂原子取代的炔烃的制备 2 2 2 1 1 - ( 2 ，2 一二溴一乙烯) - 4 - 氟苯的合成 f o 篁坠：墅2 ： z n f b r 将称取好的1 7 7g ( 6 7 5m m 0 1 ) p p h 3 和2 3 4g ( 3 6 0 r e t 0 0 1 ) z n 加入到2 5 0m l 的 单口瓶中，加入8 0m lc h 2 c 1 2 ，搅拌。在冰水浴下，将称好的1 1 9 4g ( 3 6 0m m 0 1 ) 四溴化碳分批加入( 注意一次全部加入会产生爆炸) 。加完四溴化碳后，封闭， 用氩气保护，常温搅拌4h 后，加入1 9 3m l 0 8m m 0 1 ) 对氟苯甲醛，常温搅拌过 夜。第二天早晨将溶剂旋去，用石油醚洗涤粘稠状固体，直至呈块状，将有机相 溶剂减压旋去。石油醚为展开剂，2 0 0 3 0 0 目硅胶做柱层层分离得4 2 9g 无色液 体，产率为：8 5 2 畸。 2 2 2 2 1 - ( 2 ，2 一二澳一乙烯) 一4 一甲氧基苯的合成 m e o 鱼坠：坠j ： z n m e o b r 。将称取好的17 7g ( 6 7 5m m 0 1 ) p p h 3 和2 3 4g ( 3 6 0r e t 0 0 1 ) z n 力t l 入到2 5 0m l 的 单v i 瓶中，加入8 0m lc h 2 c 1 2 ，搅拌。在冰水浴下，将称好的11 9 4g ( 3 6 0m m 0 1 ) 四溴化碳分批加入( 注意一次全部加入会产生爆炸) 。加完四溴化碳后，封闭， 用氩气保护，常温搅拌4h 后，加入2 7 3m e ( 2 2 5m m 0 1 ) 对一氟一苯甲醛，常温搅 拌过夜。第二天早晨将溶剂旋去，用乙酸乙酯洗涤粘稠状固体，直至呈块状，将 有机相溶剂减压旋去。石油醚：乙酸乙酯= 3 0 ：1 为展开剂，2 0 0 3 0 0 目硅胶做柱层 第二章实验部分 层分离得5 9 4g 白色固体，产率为：9 0 4 呦1 。 2 2 2 3 ( ( 4 - 氟一苯基) 一乙烯基) 一三甲基硅烷的合成 f 将1 ( 2 ，2 二溴乙烯) _ 4 氟苯加入到火焰干燥的5 0m l 单口瓶中，用氮气除去 空气，加入2 0m lt h f 。冷却至7 8o c ，搅拌下缓慢滴加2 4 5 当量的正丁基锂。 滴完后，保持此温度o 5h 。升温至常温，保持此温度1 - 2h 。再将其冷却至7 8o c ， 缓慢加入1 4 当量的三甲基氯硅烷，保持此温度3 0m i n ，搅拌过夜。加入饱和氯 化铵溶液，用乙醚萃取三次，所有有机相用n a e s 0 4 干燥，旋去乙醚。用和制备二 溴化物相同极性的流动相做柱层层细分离得无色液体晦纠。 2 2 2 4 ( ( 4 一甲氧基一苯基) 一乙烯基) 一三甲基硅烷的合成 将1 ( 2 ，2 二溴一乙烯) - 4 氟苯加入到火焰干燥的5 0m l 单口瓶中，用氮气除 去空气，加入2 0m l t h f 。冷却至一7 8o c ，搅拌下缓慢滴加2 4 5 当量的正丁基锂。 滴完后，保持此温度o 5h 。升温至常温，保持此温度1 2h 。再将其冷却至7 8o c ， 缓慢加入1 4 当量的三甲基氯硅烷，保持此温度3 0m i n ，搅拌过夜。加入饱和氯 化铵溶液，用乙醚萃取三次，所有有机相用n a 2 s o a 干燥，旋去乙醚。用和制备二 溴化物相同极