（分析化学专业论文）醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究.pdf

s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no fm u l t i s t e pc o n v e r s i o no fc a r b o n y lo f a l d e h y d ew i t ha l k y n e b y l ij i a n h u a b e ( h u n a nn o r m a lu n i v e r s i t y , 19 9 3 ) at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e a n a l y t i c a lc h e m i s t r y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rj i a n gg u o f a n g m a r ，2 0 1 1 下独立进行研究所取得的 文不包含任何其他个人或 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后果由本人承担。 作者签名： 秘啤 e l 期锄f f 年；月归 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阅。 本人授权湖南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，在一 年解密后适用本授权书。 2 、不保密团 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：茑 刷帷氢力 日期：作7 剧口日 日期：勿f f 年弓月旧日 硕ii 二学位论文 摘要 本文就醛羰基c h 键与炔烃的多步转化反应开展了研究，同时对所得的最后 产物进行了应用研究。 首先研究了芳香醛经过转化与炔烃通过1 ，3 偶极环加成反应合成了一系列异 嗯唑类化合物。在此基础上以异嗯唑类化合物为原料主要研究了其在铁粉、氯化 铵及相应添加剂作用下的还原反应。通过选择合适的反应溶剂，控制反应温度和 时间来达到反应体系的最优化，得到了较好的结果。所得的十几种化合物均通过 了核磁共振氢谱、质谱及元素分析的鉴定。 然后研究了上述所得还原产物的双键的环氧化反应，丙烯酸与环氧化化产物 开环酯化，合成了一系列性能非常优越的光固化树脂。使用该树脂与稀释剂、光 固化引发剂等复合配方，得到了一种用于纸张、家具等良好的涂料。 关键词：芳香醛；炔烃；l ，3 一偶极环加成反应；还原反应；树脂；涂料 i i a bs t r a c t t h em u l t i s t e pc o n v e r s i o no fc - ho fc a r b o n y lg r o u po fa l d e h y d ew i t ha l k y n ew a s s t u d i e da n dt h ea p p l i c a t i o no ft h et a r g e tm o l e c u l eo fas e r i e so fc o n v e r s i o n sw a s r e s e a r c h e di nd e t a i lf o rt h eu v - r e s i n a r o m a t i ca l d e h y d e sw e r ec o n v e r t e dt ot h e 1 , 3 一d i p o l ea n dt h e nr e a c t e dw i t h a l k y n e st os y n t h e s i z ei s o x a z o l ed e r i v a t i v e s i r o np o w d e r ，a m m o n i u mc h l o r i d ea n dt h e c o r r e s p o n d i n ga d d i t i v e sw e r eu s e dt os e l e c t i v e l yr e d u c tt h ei s o x a z o l ec o m p o u n d s c o n d i t i o np t i m i z a t i o nw a sm a d eb ys e l e c t i n gs u i t a b l es o l v e n t ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e a n dt i m et og e tt h eb e s tc o n d i t i o nf o rt h er e d u c t i o nr e a c t i o n a l lt h ec o m p o u n d s s y n t h e s i z e dw e r ei d e n t i f i e db yap r o t o nm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r o s c o p y ，m a s s s p e c t r o m e t r ya n de l e m e n t a la n a l y s i s t h er e d u c t e dp r o d u c t sw e r ee p o x i d e dt ot h em u l t i f u n c t i o n a li n t e r m e d i a t e s ，w h i c h w e r et h e nu s e da sm a t e r i a l sf o ru v - r e s i na f t e rr e a c t i o nw i t ha c r y l i ca c i dc a t a l y z e db y t r i p h e n y l p h o s p h i n e t h ep a i n t i n gu s e di nt h ef i e l ds u c ha sp a p e lf u r n i t u r ee t c w a s m a d ef r o mt h eu v - r e s i n ，t h i n n e ra n dl i g h t c u r ei n i t i a t o r 。 k e yw o r d s ：a l d e h y d e ；a l k y n e ；1 ，3 - d i p o l a rc y c l o a d d i t i o n ；r e d u c t i o n ；r e s i n ；p a i n t i n g i i i 硕十学位论文 目录 学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 具有羰基结构化合物在光引发剂方面的研究状况1 1 1 光引发剂简介l 1 1 1 引发剂的分类2 21 ，3 偶极反应3 2 1 1 ，3 偶极子的结构简介3 2 21 ，3 偶极子的基础构型介绍3 第2 章醛羰基与炔烃的多步转化反应研究1 0 2 1 醛羰基a 氢的加成及还原1 0 2 2 实验部分1 l 2 2 1 主要试剂和实验仪器1 1 2 3 中间体异嗯唑的合成1 2 2 3 13 ，5 二苯基异嗯唑的合成1 2 2 3 2 3 - 4 一( 甲氧基) 苯基】- 5 一苯基异嗯唑的合成1 3 2 3 35 羟甲基3 苯基异嗯唑的合成1 4 2 4 中间体异嗯唑的还原1 5 2 4 1 铁粉的活化l5 2 4 23 ，5 二苯基异嗯唑的还原1 5 2 4 3 3 - 【4 - ( 甲氧基) 苯基】- 5 - 苯基异嗯唑的还原1 6 2 5 结果与讨论1 7 2 5 1 催化剂对反应的影响1 7 2 5 2 反应温度对反应的影响1 8 第3 章家具与纸张涂料的研制2 1 3 1 引言2 1 3 2 官能化的含有双键的杂环化合物的环氧化研究2 l 3 2 1 实验步骤一2 2 3 2 3 结果与讨论2 4 3 2 4 高效涂料的工业化工艺2 6 i v 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 3 2 5 木器涂料的性能2 6 结论2 7 参考文献2 8 附录a 核磁和质谱图3 1 附录b 合成化合物一览表3 9 j i 炙谢4 0 v 硕士学位论文 第1 章绪论 有机化学反应方法学研究是有机化学的核心课题。官能团之间的转化是有机 合成中应用最多的策略。有机合成中所应用的方法除了构建有机分子骨架就是官 能团的配置以及分子的立体化学研究，其中官能团的转化具有非常重要的应用价 值。随着化学的发展，环境压力越来越大，解决这个问题的关键技术之一就是原 子经济反应。1 9 9 1 年，著名化学家b m t r o s t 提出以“原子经济性 的观念来评 估化学反应的效率，也就是要考察有多少反应物分子进入到最后的产物分子。理 想的“原子经济性 反应，应该是有1 0 0 的反应物转化到最终产物中而没有副产 物生成。显然，“原子经济性 的观念是绿色化学的基本原理之一。传统的有机合 成化学比较重视反应产物的收率，而较多地忽略了副产物或废弃物的生成。高度 利用所参与反应的原子，使得参与反应的原子不以副产物的形式离去，而是全部 或者几乎全部转化为目标产物中，同时在反应中多个官能团选择性分别被转化为 目标官能团也是提高有机合成效率的策略之一。 1 具有羰基结构化合物在光引发剂方面的研究状况 1 1 光引发剂简介 光引发剂体系是感光性高分子不可缺少的重要组分，中国在这一方面的研究 刚刚开始，还有很多研究没有进入工业化生产中。光固化涂料的迅速发展，已经 在许多领域替代了传统涂料，而对光引发剂的研究进展如何，决定着光固化合成 中具有各种性能的涂料的发展。随着研究的不断深入，各类新型的引发剂将会不 断被发掘，光固化涂料的性能也会不断得到提高，基于羰基结构的化合物无论在 理论研究上还是技术应用上都具有非常重要的意义【l 】。 任何能吸收辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的物 质都可称为光引发剂。光引发剂是任何一种u v 固化体系都需要的重要组分，它对 u v 体系的固化速率起决定作用。 光引发剂一般要满足以下几点要求【2 3 】： ( 1 ) 在u v 光源的光谱范围内光活性要高。 ( 2 ) 具有较高的活性体( 自由基或阳离子) 量子效率。 ( 3 ) 在齐聚体和单体中有良好的溶解性和反应活性。 ( 4 ) 具有长时间的储存稳定性。 ( 5 ) 光固化以后不能由于引发剂的原因而产生黄变。 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 ( 6 ) 无气味、毒性低。 ( 7 ) 价廉易得、成本低。 蕞i h v g o + h 童1 0岔祭h i 电荷转移型： o o h 、o h vr h _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ _ _ _ - - _ - 。- 分子间提取质子 单体 - i - r 一 聚合物 9 勺j h 、o i 2 ) 离子型光引发剂 r | j r 电荷转移 h 、o + r 丫日r 生 聚合物 + r m r 矗c i - 兮- + + 帕 h ( 路易斯酸)+单体 堕堡翌 聚合物 硕士学位论文 ( 2 ，4 ，6 一三甲基苯甲酰基) 二苯基氧化膦( t p o ) 多用于白色体系，可用于紫外固化 涂料、印刷油墨、紫外固化粘合剂、光导纤维涂料等。 结构式为： t p o 作为光引发剂引发聚氨酯丙烯酸酯( p u a ) 的生成，聚氨酯丙烯酸酯( p u a ) 是一种紫外光固化涂料，具有固化速度快、能耗低、限制易挥发有机物质的排放 等特点，被广泛应用在木材、皮革、金属装饰、印刷和光纤包覆等领域【4 1 。 2 1 ，3 偶极反应 2 i l ，3 偶极子的结构简介 l ，3 偶极子与不饱和叁键的加成反应合成五元环化合物在有机化学上是一个 经典的反应【5 】。许多重要基础的有机化合物分子是通过l ，3 偶极子环加成反应制备 的，这类反应在学术研究领域和工业领域都起着重要的作用，许多年来广泛地受 到化学工作者的关注【6 】。 近年来其区域选择性、非对映选择性、对映选择性偶极环加成反应的控制仍 是合成工作者研究的重点。1 ，3 偶极子是多种多样的，如叶立德类化合物、重氮化 合物、叠氮化合物等，此类反应的转化率和产率都较高【7 d 1 1 。 2 21 , 3 偶极子的基础构型介绍 1 ，3 一偶极子通常被定义为a b c 结构类型以便描述【6 】。它具体可以分为两种结构 形式：( 1 ) 烯丙基阴离子结构，( 2 ) 炔丙基丙二烯阴离子结构。烯丙基阴离子结构 式有两种共振结构，通常称为八偶式和六重式，其中中心原子b 可代表氮原子、氧 原子、硫原子；炔丙基丙二烯阴离子结构式是直线型的，其中心原子被限定为 氮原子【1 2 - l3 1 。 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 ( a ) 烯丙基阴离子结构 + + b c 一一一a b 沁 + a b c 一 一a b 占 ( b ) 炔丙基丙二烯阴离子结构 0 o l a 夕d 夕一e a b 产 图1 1 基础1 ，3 偶极子共振式结构 3 2 - 3 3 】 l ，3 偶极子的主要组成元素通常来自于第二周期的氮、碳、氧，这些限定的偶 极子结构的元素氮、碳、氧能互相转换。更高周期的元素例如硫、磷也能够表现 出1 ，3 偶极子的性质，但是仅仅有很少的不对称偶极子反应被报道过。因此，目 前有1 2 种烯丙基阴离子构型和6 种炔丙基丙二烯阴离子构型。 r ，譬+ r 3 k ” r 1 y o o r 3 r ，r 4r 翅 硕士学位论文 r 1 9 一 r 1 3 、j e s s ep w a l d o 等人研究发现在i c l 存在下，很多官能团取代的2 炔基1 对 甲基肟都可以在比较温和的反应条件下合成4 碘异嗯唑，产率较高。该4 碘异嚼唑 在p d 催化剂的催化作用下可以生成3 ，4 ，5 三取代异嗯唑，包括代表性化合物伐 地考昔的合成也可以通过这一过程【16 1 。 合成路线如下： m e o 、n u 一r 2 n 瞳- o - 犷r 2 r 八i c a t p dr e a c t i o n s 哐y 带 r 1 气2 r 。= h ，m e ，a r ，n c 6 h 1 3 ，t - b u ，e t c r 3 = a r y l ，a l k y n y l ，v i n y l i c ，c 0 2 r ，c 0 2 n h r r 2 = m e ，a r ，t - b u ，e c t 4 、k e w e iw a n g 等人研究发现环丙基肟在p o c l 3 c h 2 c 1 2 存在下，通过开环及 分子内的亲核取代反应合成了取代异嗯唑，产率很高。该反应采用简单易得的原 料、温和的反应条件和简单的取代方法，产物具有很重要的潜在应用价值。并且 可以通过控制反应条件使得反应向特定方向进行【1 7 】。 合成路线如下： r 婴r 詈r 5 、s c o t te d e n m a r k 等人研究发现了芳香烃或烷烃的腈的氧化物与炔基二甲基 硅烷反应生成异嗯唑。杂环硅烷醇再与芳香烃碘化物反应生成3 ，4 ，5 三取代异嗯唑 【1 8 】 o 反应过程如下： r 1 专三 南一o - m e e t o s i 兰三一r 2 m e r i = e t ，p h r 2 = m e ，p h 仙酬r ，掣、o 。u r 3 2 a c o h 等、s 拳i r 2 面f r 3 = n 0 2 c h 3 ，o c h 3 6 、l i d i ad el u c a 等人在室温下把炔醇固定在三苯甲基氯树脂上，洗去多余的 炔醇后，将树脂2 与八倍量的醛肟和n 一次氯酸钠( n c s ) 在二氯甲烷中进行一锅三步 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 反应，生成目标产物。反应结束后，对树脂进行过滤、洗涤、干燥，并在标准条 件t ( c h 2 c 1 2 加入5 的t f a ) 将异嗯唑5 从树脂上清洗下来【19 1 。 反应过程如下： o c 鲁口o ( c 0 三坐鼍署竖趴俐：，妗r 2 b a - k 7 、文献中报道了固相合成异嗯唑衍生物的方法，可以将目标产物与副产物分 离。在n a b h 4 的作用下将炔丙基溴固定在树脂1 上，形成树脂2 。树脂2 很容易与腈 的氧化物进行反应生成异嗯唑树脂3 。在实验过程中发现缓慢加入e t 3 n 可以防止腈 氧化物的二聚反应【2 0 1 。 反应过程如下： 令s e b r 1 a ，b 2 r s e o 3 r e a g e n t sa n dc o n d i t i o n s ：( a ) n a b h 4 ( 2e q u i v ) ，t h f ，d m f ，4 0 0 c 。8 h ； ( b ) p r o p a r g y lb r o m i d e ( 2 2e q u i v ) t h f ，r t ，12 h ：( c ) r c h = n o h ( 3e q u i v ) ， n c s ( 3e q u i v ) ，n c s ( 3e q u i v ) ，c h 2 c 1 2 ，e t 3 n ( 6e q u i v ) ，r t 。2 4 h 在碱性条件下，异嗯唑3 a 与溴代甲苯的伍c h 键的插入反应很容易进行。反应 生成物在双氧水的作用下脱去树脂，可以得到高纯度的异嗯唑产物5 a 。研究发现 当加入的碱过多、反应时间过长、碱性过大时反应产率会降低【2 0 1 。 反应过程如下： r s e o 1b a s e 2p h c h 2 b r r s e o 4 a r = 4 - c h 3 c s h 4 h 2 0 2 r r哆 ， ， 、， c 2 h ， n oh 硕士学位论文 4 异嗯唑化合物的用途举例 异嗯唑烷五元环结构存在于许多药物中，如糖蛋白i i b i i i a ( g p i i b i i i a ) 阻聚剂 2 1 , 2 4 1 以及人体白血球弹性蛋白酶阻聚剂2 5 1 。同时，异嗯唑可转化成丫氨基醇等化 合物，作为合成具有生物活性的多种化合物的母体，如生物碱、p 一内酰胺抗菌素 等【2 6 1 。因此，异嗯唑烷衍生物是合成众多具有重要生物活性的化合物的重要中间 体，在有机合成领域发挥重要作用。 异嗯唑的衍生物，如磺胺甲嗯唑，主要用于医药领域，其抗菌谱与s d 相似， 但抗菌作用较强。磺胺药在体内的代谢产物乙酰化物的溶解度低，容易在尿道中 析出结晶而致结晶尿、血尿及闭尿等，大剂量应用时宜与碳酸氢钠同服。与增效 剂t m p 合用，其抗菌效能有明显增强，可增加数倍至数十倍。临床用于扁桃体炎、 急性支气管炎、肺部感染、尿路感染、皮肤化脓性感染、茵痢及伤寒等。 4 芳亚甲基异嗯唑5 ( 4 h ) 酮类物质是一类具有重要生理和药理活性的杂环化 合物，作为新型的抗精神病药物，主要用以治疗难治性抑郁症、神分裂症，副作 用小。另外，这类化合物还是重要的有机合成中间体【2 7 1 。 5 紫外光涂料 紫外光固化涂料具有固化速度快、v o c 含量低、低温固化省能源、可用于热敏 基材、涂膜性能优良等优点，所以发展迅速，可广泛应用于许多领域。光固化涂料 非常适合自动化生产，在工业发达国家已成为加工胶合板、刨花板、木制地板等的 主要材料：光固化油漆涂膜光亮、平整、耐酸碱、有良好的打磨抛光性能：随着人 们对木器家具的需求日趋高档，正成为高档木器涂料的一个重要发展方向。迄今， 紫外光固化木器油漆主要是自由基光固化体系。这类油漆中光引发剂虽在整个涂 料中占有极小比例，一般1 5 - - 5 ，但它对光固化速度却起着决定性作用，因此光 引发剂的选择对光固化涂料性能至关重要。光引发剂应满足以下要求：在紫外光的 光谱范围内，具有较高的吸光效率：具有较高的自由基产率：易溶于稀释剂，不使树 脂着色，不在老化时引起聚合物降解：有良好的热稳定性和贮存稳定性：无气味， 毒性小：价廉易得。自由基光引发剂吸收紫外光，产生活性自由基，引发树脂中不饱 和双键迅速交联成网状结构而固化成膜，与许多单体或预聚物有良好的混容性， 并且没有活泼的氢原子，具有优异的贮存稳定性和热稳定性，其紫外吸收峰值( 3 4 5 n m ) 更接近高压汞灯输出峰值( 3 6 5r i m ) 。 光固化树脂是一种具有不饱和官能团的预聚物，是涂料的主体，一般占涂料总 质量的4 0 以上。它的性能决定着漆膜的硬度、韧性、耐久性、粘附性等，其官能 团的种类影响着涂料的固化速度。木器涂料使用的光固化树脂包括不饱和聚酯、 环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯等。不饱和聚酯主要用作光固化 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 腻子、封闭底漆和低档面漆。环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯性能优异，是目前木 器涂料最重要的预聚物。环氧丙烯酸酯预聚物由环氧树脂与( 甲基) 丙烯酸在催化 剂( 季铵盐或叔胺等) 、阻聚剂( 如对苯二酚) 等存在下反应形成。双酚a 型环氧 丙烯酸酯预聚物分子结构中的羟基使附着力提高，分子中含有苯环，刚性大。此类 预聚物赋予漆膜高硬度、高光泽、优异的机械性能和耐化学品性能，但存在耐候性 差、脆性大等缺点。 聚氨酯丙烯酸酯预聚物通常由聚多元醇、二异氰酸酯和丙烯酸羟基酯反应制 备，预聚物分子中的氨酯键使得高聚物分子链间能形成多种氢键，因而涂膜具有优 异的柔韧性、耐磨性、耐化学品性及耐高低温性。丙烯酸酯类预聚物可制备多种 高档木器面漆，能用于辊涂、淋涂甚至喷涂等施工方法，也用于制备填料和封闭底 漆。 活性稀释剂用于稀释光固化树脂，调节体系的黏度。活性稀释剂在成膜时与预 聚物共聚，成为膜的组成部分，因而应具有较高的活性。常用的活性稀释剂可分为 单官团单体和多官能团单体两类。单官能团稀释剂每个分子中包含一个反应性基 团，最终形成线性高聚物。单官能团稀释剂有利于增加涂膜的柔韧性，缓解固化中 的起皱现象，增加附着力，稀释能力强：但有一定的挥发性，刺激性大。常用的有苯 乙烯、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸异辛酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸羟乙酯等。多官 能团稀释剂每个分子中包含至少两个丙烯酸基团，不仅用作稀释剂，而且在固化时 还起交联剂的作用，对涂膜的性能有重大影响。增加稀释剂的官能度会加速固化过 程，提高交联密度，涂膜硬度增加，但柔韧性下降，并导致涂膜中有较多的残留稀释 剂。常用的有双官能团的二缩三丙二醇二丙烯酸酯、1 ，6 一己二醇二丙烯酸酯、 三官能团的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等。在涂料配方中加入少量的含氟稀释剂，能 显著提高涂膜的疏水性，改善耐化学品性和耐划伤性，据认为这是在光固化时含氟 稀释剂向空气表面迁移所致。 我们实验室从邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、一缩乙二醇、季戊四醇、丙烯 酸、环氧氯丙烷等廉价、简单易得的原料出发获得了低酸值不饱和聚酯树脂，酸 值可以根据需要进行调控。通过工艺设计与优化，获得了工业化大生产不饱和聚 酯树脂的工艺，该工艺没有产生废液、废气与废渣，工艺流程简单，整个流程是 一锅法。而且该工艺获得的不饱和聚酯树脂在木器漆中应用广泛，既可以作为底 漆中的树脂，也可以作为面漆中的树脂。同时研发出了多异腈酸酯的实验室工艺 与工业化生产工艺，且在木器漆中使用效果优秀。 用自主研发的催化剂，以苯乙酮与乙醇为试剂，获得了光固化引发剂q ，q 一 二乙氧基苯乙酮( d e a p ) 的实验室工艺与工业化生产工艺。且把只适合实验室的 以二苯二硒催化苯乙酮与乙醇小量制备d e a p 的工艺进行了改良，获得了工业化生 硕士学位论文 产的工艺，且催化剂二苯二硒可循环使用，该工艺简单可行。 利用自己生产的树脂、光固化引发剂以及相关的材料，结合公司的需要，研 发出了性能优越的透明底漆与亮光清面漆。这两种油漆经过实验室试验效果良好， 同时也经过客户的试验，客户返回的信息表明该系列油漆效果很好。目前这类油 漆深受客户的青睐。其余种类的油漆的研发工作还在进行中。 6 本课题的提出 企业需求多羟基杂环丙烯酸树脂，经过我们与企业的双向讨论以及我们课题 组前期研究的基础，提出从简单的芳香醛、炔烃、丙烯酸等简单的原料出发，经 过多不转化，高收率低成本得到具有良好性能的光固化涂料。 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 第2 章醛羰基与炔烃的多步转化反应研究 芳香醛中的醛羰基的c h 键不容易发生对碳碳叁键的插入反应，但是可以通 过官能团转化，得到醛羰基c h 键对不饱和碳碳键的插入反应产物。文献中报道 过采用用氯代特戊酸甲酯与盐酸羟胺反应首先生成肟，然后在氢氧化钠作用下环 加成生成异嗯唑，采用甲醇为溶剂、甲醇钠为缚酸剂【2 引，操作过程复杂。本实验 以氯胺t 代替氯代试剂及碱的作用，通过1 ，3 偶极环加成反应实现了芳香醛中的 醛羰基的c h 键与碳碳叁键的插入反应，并研究了其环加成产物的还原反应。 2 1 醛羰基0 【氢的加成及还原 在本实验室前期工作的基础上，结合企业需求，我们从醛羰基化合物出发， 采用的氯代试剂为对甲苯磺酰氯胺钠三水合物( 俗名氯胺t ) ，该试剂取代了常用 的氯代丁二酰亚胺和三乙胺，起到了氯代试剂和碱的两重作用，合成氯肟，再由 氯肟在碱的作用下得到腈氧化物，这类化合物通通常叫做l ，3 偶极子。 冒一一一 n 0 。 -+_+_+“ a r h ，少 所产生的1 ，3 偶极子与碳碳叁键反应生成异嗯唑类化合物。 ，o f ：g a ，j n i + + n o f g a ，火扩 总的过程就是由醛出发，经过一锅多步反应合成官能化的异嗯唑化合物。 f g a ，且h + h 2 n o h h c in a o h t s n ( c i ) n a 3 h 2 0 a ，g 然后把官能化的异嗯唑化合物选择性还原得到官能化的含碳碳双键的杂环化 合物。 a ，g 酱 总的设计过程就是获得官能化的含碳碳双键的杂环化合物。 硕士学位论文 2 2 实验部分 一a ，r 一生f u n c t i o n a l 6 吣o n a i g 唧 a r + 陀a c t o nc o n d i t i o n a r 工- 、 r e a c t i o nc o n d i t i o n a 帅酬8 i 印叩 图2 1 官能化的含碳碳双键的杂环化合物合成方案 2 2 1 主要试剂和实验仪器 主要试剂 一一 h o = 肿 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 主要实验仪器 仪器来源 f a i l 0 4 电子天平 2 0 2 型电热恒温干燥箱 1 0 l a 2 型电热鼓风恒温干燥箱 d f 1 0 1 z 和d f 1 0 i s 集热式恒 温加热磁力搅拌器 柱层层析硅胶板 玻璃点样毛细管( 内径：o 3m m ； 管长：1 0 0m m ) z f i 型三用紫外灯分析仪 s h z d ( i ) 循环水式真空泵 s b 2 0 0 0 旋转蒸发仪 z x z 2 型旋片真空泵 核磁共振仪i n o v a 4 0 0 元素分析仪v a r i oe li i i 质谱仪ag i l e n t1 1 0 0 紫外可见分光光谱仪w f z 2 6 荧光光谱仪h i t a ch f 4 5 0 0 红外光谱仪n i c o l e t6 7 0 0 双目显微熔点测定仪x t - 4 三用紫外仪z f 2 上海上平仪器公司 北京市永光明医疗仪器厂 上海市崇明实验仪器厂 郑州长城科工贸有限公司 烟台市芝罘黄务硅胶开发试验 厂烟台江友硅胶开发有限公司 华西医科大学仪器厂 。 上海顾村电光仪器厂 巩义市英峪予华仪器厂 日本e y e l a 浙江黄泵求精真空泵长 美国v a r i a n 公司 德国e l e m e n t 公司 美国a g i l e n t 公司 天津市光学仪器厂 日本日立公司 美国n i e o l e t 公司 北京泰克仪器有限公司 上海安亭电子仪器厂 2 3 中间体异嗯唑的合成 2 3 1 3 ，5 二苯基异嗯唑的合成 反应式如下： 1 2 硕士学位论文 9 。寻 j h ：n 。h h c 。 t - b u 。h 甬2 。1 1 o 矿。h t s n ( c i ) n a 3 h 2 0 伊汹】 图2 23 , 5 二苯基异嗯唑的合成方案 实验步骤： 在洗净干燥的两口烧瓶中加入o 2 1 2g ( 2m m 0 1 ) 苯甲醛，0 1 4 6g 盐酸羟胺，0 0 8 4 g 氢氧化钠( 固体) ，8m l 溶剂( 叔丁醇：水= l ：1 ) ，开启磁力搅拌，油裕锅升温至4 0 开始加热，反应约2 0 至3 0m i n 后，t l c 跟踪反应，确定原料反应完全后，少 量多次的加入0 7 0 4g 氯氨t 。再继续反应约半小时后，加入0 2 3 5g 苯乙炔。反 应1 0h 后停止反应，将反应液用饱和食盐水洗涤，再用二氯甲烷萃取3 4 次，经 无水硫酸镁干燥，过滤后旋干溶剂，最后用柱色谱分离出产物3 ，5 二苯基异嗯唑， 展开剂为石油醚：二氯甲烷= 3 ：1 。 产物为白色晶体，产量为o 3 0 5g ，三步总收率6 9 ，产物经过1 hn m r 和 m s 证实。该方法选择性高，转化率高，操作简单，反应条件温和。 3 ，5 二苯基异嗯唑的结构表征： 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) 8 ( p p m ) ：6 8 3 9 ( s ，l h ) ，7 4 7 8 ( m ，j = 6 4h z ，6h ) ， 7 8 6 4 ( m ，j = 2 0h z ，4 h ) m s ( a p i - e s ) m z ：2 2 2 ( m + 1 ，1 5 ) ，2 l ( m + ，4 9 ) ，1 4 4 ( 1 3 ) ，1 0 5 ( 1 0 0 ) ，1 0 3 ( 2 2 ) ，8 9 ( 11 ) ， 7 7 ( 6 7 ) 2 3 2 3 4 ( 甲氧基) 苯基】5 苯基异嗯唑的合成 反应式如下： 邶9 首尹 j h ：n 。h h c t - b u 。h ，i 2 。11 1 c h 。- 二卜c f i = n 一。h渊3 0 处矿制。0 h t s n ( c i ) n a 3 h 2 0 图2 33 【4 - ( 甲氧基) 苯基】- 5 苯基异嚼唑的合成方案 醛羰基与炔烃多步转化及其应用研究 实验步骤： 在洗净干燥的两1 ：3 烧瓶中加入o 2 7 9 0g ( 2m m 0 1 ) 对甲氧基苯甲醛，0 1 4 8 7g 盐 酸羟胺，0 0 9 7 0g 氢氧化钠( 固体) ，8m l 溶剂( 叔丁醇：水= 1 ：1 ) ，开启磁力搅拌，油 裕锅升温至4 0 开始加热，反应约2 0 至3 0m i n 后，t l c 跟踪反应，确定原料反 应完全后，少量多次的加入0 6 2 5 2g 氯氨t 。再继续反应约半小时后，加入0 2 0 5 3 g 苯乙炔。反应1 0h 后停止反应，将反应液用饱和食盐水洗涤，再用二氯甲烷萃 取3 - 4 次，经无水硫酸镁干燥，过滤后旋干溶剂，最后用柱色谱分离出产物3 【4 ( 甲 氧基) 苯基】5 苯基异嗯唑，展开剂为石油醚：乙酸乙酯- - 3 ：1 。 产物为黄色晶体，产量为0 3 7 1g ，三步总收率7 4 ，产物经过1 hn m r 和 m s 证实。该方法选择性高，转化率高，操作简单，反应条件温和。 3 4 ( 甲氧基) 苯基】5 苯基异嗯唑的结构表征： 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) 8 ( p p m ) ：3 8 7 5 ( s ，3h ) ，6 7 8 6 ( s ，1h ) ，7 0 0 5 ( d j = 8 8h z ，2 h ) ，7 4 7 4 ( m , j = 2 4h z ，3h ) ，7 8 3 2 ( m , j = 2 8h z ，4h ) m s ( a p i - e s ) m z ：2 5 ( m + ，7 7 ) ，2 5 2 ( m + 1 ，1 6 ) ，2 3 6 ( 1 0 ) ，2 2 0 ( 5 ) ，1 7 4 ( 1 6 ) ，1 4 9 ( 1 7 ) ， 1 0 6 ( 9 ) ，1 0 5 ( 1 0 0 ) ，7 ( 4 4 ) 2 3 35 羟甲基3 苯基异嗯唑的合成 反应式如下： 岔c h 。 l h 2 n 。二 h c 岔矿。h 1 h 2 n o h h c in a o h 2t s n ( c i ) n a 。3 h 2 0 3 纱o h t - b u o h h 2 0 1 ：1 t s n ( c j ) n a 3 h 2 0 h f 洲 伊汹 图2 45 - 羟甲基- 3 苯基异嚼唑的合成方案 实验步骤： 在洗净干燥的两口烧瓶中加入0 1 0 8 lg ( 1 0 2m m 0 1 ) 苯甲醛，o 0 6 9 5g 盐酸羟胺， 0 0 4 5 5g 氢氧化钠( 固体) ，8m l 溶剂( 叔丁醇：水= l ：1 ) ，开启磁力搅拌，油裕锅升温 至4 0 开始加热，反应约2 0 至3 0m i n 后，t l c 跟踪反应，确定原料反应完全后， 少量多次地加入0 7 2 0 4g 氯氨t 。再继续反应约半小时后，加入0 2 9 6 0g 炔丙醇。 反应1 0h 后停止反应，将反应液用饱和食盐水洗涤，再用二氯甲烷萃取3 - 4 次， 硕士学位论文 经无水硫酸镁干燥，过滤后旋干溶剂，最后用柱色谱分离出产物5 羟甲基3 一苯基 异嗯唑，展开剂为石油醚：乙酸乙酯= 4 ：l 。 产物为黄色油状固体，产量为o 0 9 3g ，三步总收率4 2 ，产物经过1 hn m r 和m s 证实。该方法选择性高，转化率高，操作简单，反应条件温和。 5 羟甲基3 苯基异嗯唑的结构表征： 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) 6 ( p p m ) ：2 7 91 ( s ，l h ) ，4 7 8 2 ( s ，2h ) ，6 4 8 4 ( s ，1h ) ， 7 3 7 l ( t ，j = 2 4h z ，3h ) ，7 6 8 5 ( q , j = 2 4h z ，2h ) m s ( a p i e s ) m z ：1 7 7 1 ( 1 6 ) ，1 7 6 o ( m + i ，1 0 0 ) 2 4 中间体异嗯唑的还原 2 4 1 铁粉的活化 因为金属铁放置久后，容易被空气氧化，所以使用前要先用酸洗过，而达到 活化的目的。 用1 0 的稀盐酸洗涤后，水洗至中性，再用丙酮( 除水) 洗涤三次，真空干 燥备用。 2 4 2 3 , 5 二苯基异嗯唑的还原 反应式如下： f e n h 4 c i a d d i t i v e e t o h ：h 2 0 = 5 ：2 图2 53 ，5 - 二苯基异嚼唑的还原方案 实验步骤： 向洗净干燥的两1 2 1 瓶中依次加入0 0 2 2 2g3 ，5 二苯基异嗯唑、0 0 6 1 7g 铁粉、 o 0 7 2 0g 氯化氨、添加剂( 2 m g ) 、7m l 溶剂( 乙醇：水= 5 ：2 ) ，将油浴锅升温至1 0 0 加热，t l c 跟踪反应，约2 4h 后，处理反应液，之后用柱色谱分离提纯出产物， 所用展开剂为石油醚：乙酸乙酯= 2 ：1 混合而得。 产物为黄色油状固体，产量为o 0 1 6g ，反应产率为7 2 ，产物经过1 hn m r 和m s 证实。该方法操作简单，反应条件温和。 3 ，5 二苯基异嗯唑的还原产物的结构表征： 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) 6 ( p p m ) ：1 2 0 2 ( s ，1h ) ，5 4 1 2 ( s ，l h ) ，6 0 7 9 ( s ，lh ) ， 7 4 1 6 ( m , j = 1 6h z ，6h ) ，7 5 6 7 ( d , j = 1 2 8h z ，2h ) ，7 8 6 9 ( d ，- - 8h z ，2h ) m s ( a p i e s ) m z ：2 2 3 ( m + ，7 ) ，2 2 4 ( 2 ) ，2 1 9 ( 3 ) ，1 4 7 ( 1 0 ) ，1 4 6 ( 1 0 0 ) ，1 0 3 ( 1 4 ) ，9 1 ( 1 3 ) ， 7 7 ( 4 ) ，51 ( 4 ) 2 4 3 3 【4 ( 甲氧基) 苯基卜5 苯基异嗯唑的还原 反应式如下： h a c o f e n h 4 c i a d d i t i v e e o h ：h 2 0 = i 3 2 = 1 h 3 c o 图2 6 3 【4 ( 甲氧基) 苯基】5 苯基异嗯唑的还原方案 实验步骤： 向洗净干燥的两1 ：3 瓶中依次加入0 0 1 0 3g5 一羟甲基一3 一【4 一( 甲氧基) 苯基】异嗯 唑、0 0 9 3 2g 铁粉、0 1 0 7 5g 氯化氨、添加剂( 2 r a g ) 、2 1m l 溶剂( 乙醇：水= 1 6 ：5 ) ， 将油裕锅升温至9 0 加热，t l c 跟踪反应，约2 4h 后，处理反应液，之后用柱 色谱分离提纯出产物，所用展开剂为石油醚：乙酸乙酯= 2 ：1 混合而得。 产物为黄色油状固体，产量为0 0 1 0g ，反应产率为9 6 ，产物经过1 hn m r 和m s 证实。该方法操作简单，反应条件温和。 3 【4 ( 甲氧基) 苯基】5 苯基异嗯唑的还原产物的结构表征： 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) 8 ( p p m ) ：2 3 8 0 ( s ，1h ) ，3 8 7 1 ( s ，3h ) ，5 4 2 0 ( s ，l h ) ， 6 1 2 9 ( s ，lh ) ，6 9 8 4 ( d , j = 8 8h z ，2h ) ，7 4 4 0 ( d ，- - 7 2h z ，3h ) ，7 6 0 1 ( d , j = 8 8h z ，2h ) ， 7 9 4 4 ( q , j = 1 6h z ，2 h ) m s ( a p i - e s ) m z ：2 5 4 ( m + 1 ，1 4 ) ，2 5 3 ( m + ，7 8 ) ，2 5 2 ( 1 0 0 ) ，2 3 7 ( 5 ) ，1 7 6 ( 4 6 ) ，1 3 3 ( 2 3 ) ， 7 7 ( 1 5 ) 2 4 35 羟甲基3 苯基异嗯唑的还原 反应式如下： n o o h f e n h 4 c i a d d i t i v e _ j 卜 e t o h ：h 2 0 = 5 ：2 图2 75 一羟甲墨- 3 一苯基异嗯唑的还原方粟 实验步骤： 向洗净干燥的两1 3 瓶中依次加入0 0 1 8 9g5 一羟甲基3 苯基异嗯唑、o 0 5 8 6g 铁粉、0 0 5 5 7g 氯化氨、添加剂( 2 m g ) 、7m l 溶剂( 乙醇：水= 5 ：2 ) ，将油裕锅升温 至8 0 加热，t l c 跟踪反应，约2 4h 后，处理反应液，之后用柱色谱分离提纯 出产物，