（应用化学专业论文）苯炔与硝酮的环加成反应研究及EDOT系列衍生物的合成探索.pdf

北京化工大学硕士学位论文 苯炔与硝酮的环加成反应研究及e d o t 系列 衍生物的合成探索 摘要 杂环化合物作为一类重要的有机化合物，是许多天然产物、生物活性 的化合物和手性药物非常重要的切块。近年来，随着合成工作者研究的深 入，杂环化合物的合成工作取得了突破性进展，1 ，3 偶极环加成反应及分 子问的取代环加成反应均是合成杂环化合物的简便方法。 本文研究了苯炔与硝酮的 3 + 2 】1 ，3 一偶极环加成反应。以价廉易得的基 础化工原料为底物，合成了一系列的硝酮和苯炔前体，并考察了碱、溶剂、 温度、物料配比等一系列的反应条件对反应的影响，本文首次研究发现可 以在温和的条件下发生此反应，最适宜的反应条件为：温度5 0 ，乙腈 为溶剂，碱为c s f ，n ( 苯炔前体) ：n ( 硝酮) = 1 ：1 3 。在此条件下，使苯炔前 体在氟化铯的催化作用下与硝酮发生【3 + 2 1 ，3 一偶极环加成反应，制备得到 一系列2 ，3 二取代的苯并嘲异嗯唑烷类化合物，通过1 h - n m r 、”c n m r 、 h r m s 等表征手段对产物的结构进行了确证。在最适宜的反应条件下，链 状、环状烷烃硝酮及芳香硝酮等九个反应底物均有较好的反应活性，环化 产物的收率均大于9 0 。 作为聚噻吩材料的重要单体，e d o t 系列化合物合成探索成为近年来 研究的热点。本文基于原料的优势，通过对合成路线的选择，研究了2 硝基3 ，4 二溴噻吩与二醇的分子间双亲核取代成环反应，并对反应条件进 行了优化，制备了一系列新的2 位硝基取代的e d o t 系列化合物。首次 t 北京化工大学硕士学位论文 研究了硝基活化的二溴代噻吩与不n - 醇间的双亲核取代成环反应，产物 采用1 h - n m r 、1 3 c - n m r 、元素分析进行了表征。反应条件确定为：温度 5 0 。c ；t h f 为溶剂；n a i l 为碱；物料配比n ( 2 硝基3 ，4 一二溴噻吩) ：n ( 二 醇) = 1 ：1 2 ；并对十余种反应底物进行了拓展，取得了较好的结果( 收率 5 0 9 9 ) 。 关键词：苯炔前体，邻三甲硅基苯基三氟甲磺酸酯，硝酮，1 ，3 一偶极环加 成，苯并嘲异嗯唑烷，3 , 4 一乙撑二氧噻吩，亲核取代成环反应 i i 北京化工大学硕士学位论文 s t u d yo nt h e 【3 + 2 11 , 3 - d i p o l a rc y e l o a d d i t i o no fa r y n e t o n i t r o n e sa n ds y n t h e s i so fs e r i e so fe d o tm o n o m e r s d e r i v a t i v e s a b s t r c t h e t e r o c y c l ec o m p o u n d sa r eo fg r e a ti m p o r t a n c ed u et ot h e i rf u n d a m e n t a l r o l e sa sb u i l d i n gb l o c k sf o rn a t u r a lp r o d u c t s ，b i o a c t i v es u b s t a n c e sa n dc h i r a l p h a r m a c e u t i c a l s i nr e c e n ty e a r s ，g r e a tp r o g r e s sh a sb e e nm a d ei nt h es y n t h e s i s o fh e t e r c y c l ec o m p o u n d sd e v e l o p i n gw i t ht h es t u d yo ft h es y n t h e s i s t h e 3 + 2 】 1 , 3 - d i p o l a re y c l o a d d i t i o n r e a c t i o na n dt h ei n t e r m o l e c u l a r n u c l e o p h i l i c s u b s t i t u t i o ne y c l i z a t i o nr e a c t i o na r et w o _ o ft h em o s ti m p o r t a n tm e t h o d sf o rt h e s y n t h e s i so f h e t e r c y c l ec o m p o u n d s i nt h i st h e s i s ，t h e 【3 + 2 】1 , 3 一d i p o l a rc y c l o a d d i t i o nr e a c t i o no fa r y n et o n i t r o n e sw a ss t u d i e d w eh a v es y n t h e s i z e das e r i e so fv e r ye a s i l ya c c e s s i b l e n i t r o n e sa n da r y n e p r e c u r s o r i n f l u e n c eo fc a t a l y s t ，t h es o l v e n tt y p e ，t h e d o s a g eo fm a t e r i a l ，a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ey i e l do ft h ep r o d u c tw a s i n v e s t i g a t e d i ti sf o u n dt h a tc e s i u mf l u o r i d eh a sah i g hc a t a l y t i ca c t i v i t yi nt h e r e a c t i o na sc o m p a r e dw i t ht h eo t h e rc a t a l y s t s w h e nt h eb a s ew a sc e s i u m f l u o r i d e ，t h es o l v e n tw a sc h 3 c n ，m o l a rr a t i oo f1 7t o1 8w a s1 ：1 3 ，t h e r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 0 。c ，t h ey i e l do fp r o d u c tw a s9 0 u n d e ro p t i m a l r e a c t i o n c o n d i t i o n s ，2 , 3 一d i s u b s t i t u t e db e n z o 明i s o x a z o l i d i n e s f i r s tw e r e l l l 北京化工大学硕士学位论文 p r e p a r e db y 【3 + 2 1 , 3 一d i p o l a re y c l o a d d i t i o nr e a c t i o nb e t w e e na r y n ep r e c u r s o r o - t r i m e t h y l s i l y l p h e n y lt r i f l a t ea n das e r i e so fn i t r o n e su n d e rm i l dc o n d i t i o n s w i t hy i e l dh i g h e rt h a n9 0 ，a n dt h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db y1 h - n m r 、 1 3 c - n m r 、h r m s w eh a v ef i r s t l yd e s c r i b e dt h ed i r e c td o u b l ei n t e r m o l e c u l a rn u c l e o p h i l i e s u b s t i t u t i o n c y c l i z a t i o nr e a c t i o n s o ff u n c t i o n a lg r o u pa c t i v a t e dt h i o p h e n e ( 2 - n i t r o - 3 ，4 - d i b r o m o t h i o p h e n e ) w i t hav a r i e t yo fd i o l sc a t a l y z e db ys o d i u m h y d r i d e t h eo p t i m a le x p e r i m e n tc o n d i t i o n sw e r ef o u n d ：t h es o l v e n tw a st h f m o l a rr a t i oo f2t o3w a s1 ：1 2 ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 0 。c t h e m e t h o dm e r i t sa t t e n t i o nb e c a u s eo ft h eg o o dt oh i 曲y i e l d su s u a l l yo b s e r v e d ( 5 0 - 9 9 ) ，t h eu s eo fs i m p l ea n dr e a d i l ya v a i l a b l es t a r t i n gm a t e r i a l s ，a n dt h e r e a c t i o ni sau s e f u la n de f f i c i e n tm e t h o df o rt h es y n t h e s i so fan e ws e r i e so f 2 - p o s i t i o nn i t r y ls u b s t i t u t e3 , 4 一e t h y l e n e d i o x y t h i o p h e n e ( e d o t ) m o n o m e r sa n d d e r i v a t i v e s t h es a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e db y1 h - n m r 、1 3 c - n m ra n dt h e e l e m e n t a la n a l y s i s k e y w o r d s ：a r y n ep r e c u r s o r , o - t r i m e t h y l s i l y l p h e n y lt r i f l a t e ，n i t r o n e ，1 ，3 - d i p o l a r c y c l o a d d i t i o n r e a c t i o n ，b e n z o d i s o x a z o l i d i n e s ， 3 , 4 一e t h y l e n e d i o x y t h i o p h e n e s ，t h en u c l e o p h i l i c s u b s t i t u t i o n c y c l i z a t i o nr e a c t i o n i v 北京化工大学硕士学位论文 d t m s t f e d o t l h - n m r 1 3 c - n m r h r m s t h f 邻位 三甲硅基 符号说明 三氟甲磺酸基 3 , 4 乙撑二氧噻吩 氢核磁共振 碳核磁共振 高分辨质谱 四氢呋哺 i x 眉 北京化工大雩砭论文原创性声明 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。 声、寸， 作者签名：五土2 刍盔 日期：墨翌! 左：! 主：! 竺 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 作者签名：耸! 豸羞 日期： 亟翌：! 主：! 竺 穸，啦i 导师签名：查! ! 墨生 日期：垫翌( ： 兰：! 生 第一部分苯炔与硝酮的环加成反应研究 北京化工大学硕士学位论文 1 前言 1 1 课题的来源及名称 本课题主要是针对于苯炔的反应方法学研究而拟的。课题名称：苯炔与硝酮的环 加成反应研究。 1 2 选题的背景和意义 苯炔是比苯少两个氢的化合物，故又称去氢苯【l 】，红外光谱已经证明了该结构的 存在。苯炔中含有一个特殊的碳碳叁键，与炔烃的不同之处在于；炔烃中碳碳叁键的 碳原子是s p 杂化的，在形成盯键时，键角为1 8 0 0 ，但这样的碳原子不可能在苯环中 存在，因此苯炔中的碳原子仍为s p 2 杂化，在碳碳叁键中，有一个，c 键是由$ p 2 轨道微 弱地重叠形成的，并与苯环的尢体系相互垂直，位于苯环之外。其结构见如图1 。 芳香 h 图1 苯炔的结构 f i g 1s t r u c t u r eo f a r y n e 重叠少 从图中可以看出，两个s p 2 轨道相距较远，彼此不可能重叠得很多，所以这个n 键很弱且有张力，容易发生反应，正是基于这个结构特点，使苯炔及其衍生物成为合 成多种化合物非常有用的中间体。 苯炔的产生主要有四种途径( 图2 ) 阁： q ：一吖 g ：一m以蚶q 一 图2 苯炔的生成反应 f 喀2p r o d u c i n gr e a c t i o no f a r y n e 2 o 缸，薹 g 嗡 北京化工大学硕士学位论文 苯炔是一类重要的具有高度反应活性的有机合成中间体1 3 一，其反应主要是对“三 键”的加成，从而使其在产物中恢复芳香性，苯块的反应主要有极性的或协同的环加 成反应、与亲核试剂的反应、与亲电试剂的反应、苯炔的聚合等。苯炔的研究与应用 已有约一百年的历史，由于其结构的特殊性而使其作为有机活性体在物理有机化学、 有机合成化学及天然产物合成等领域中引起了广泛关注【2 一0 1 。然而，由于苯炔本身 活性高而不易分离获得，故一直以来都是以合成其前体加以代替。苯炔前体的种类很 多 1 4 】，常见的主要有七种( 图3 ) ：l 【1 1 是一类简便易合成的苯炔前体，可以通过 邻氨基苯甲酸重氮化得到，加热即可分解得到苯炔，然而其缺点是不稳定，对碰撞特 别敏感，极易发生剧烈爆炸，难于分离；2 【i5 】可以通过邻溴苯酚简单酯化反应得到， 但其必须在低温强碱( 一7 8 ，正丁基锂) 的作用下才能发生消除反应得到苯炔；3 t 1 6 l 与2 类似，必须在强碱的存在下才能转化为苯炔；4 【l7 l 是以邻卤代氟苯为原料在强碱的 存在下制备的，且此前体极不稳定，不利于分离获得；5 t 1 8 】可以较好的转化为苯炔， 其缺点是必须有氧化剂( 如：四醋酸铅) 的存在下才能得到苯炔且难于合成；6 【1 9 1 可 以在f 的存在下定量的转化为苯炔，然而其制备反应周期长，操作复杂，原料昂贵； 7 】是一类合成操作简单，在温和的条件下即可( 在f 离子的存在下) 定量转化为苯 炔的前体，是目前应用最广泛的一类苯炔前体。 1 q 、n h 。 5 q 二众。，q ：i 阪 图3 苯炔前体系列物 f i g 3 s e r i e so f c o m p o u n d so f a r y n ep r e c u r s o r s 以邻一三甲硅基芳基酚三氟甲磺酸酯形式存在的苯炔前体为例：有无取代基的苯 炔、含有各种烷基、卤素及其它取代基的苯炔，以及芳香杂环、萘、菲、喹啉等系列 苯炔( 如图4 ) 。 相信随着苯炔前体合成研究的进一步深入，其必将对芳香基新化合物的合成起到 3 北京化工大学硕士学位论文 巨大的推动作用。 r 瓣3 陇h , 4 - m e 磷, 4 - f , 6 - m 孙e , 3 - m e o 、呱 8 t m s q i f 5 书叩 91 0 脬t f s s 1 l1 21 31 4 图4 以邻三甲硅基芳基酚三氟甲磺酸酯形式存在的苯炔前体系列物 f i g 4s e r i e so f a r y n ep r e c u r s o r se x i s t i n gw i t ht h es t r u c t u r eo f o t r i m e t h y l s i l y l p h e n o lt r i f l a t e 1 3 文献综述 苯炔的制备可以通过合成前体，然后在特定条件下转化为苯炔。苯炔非常活泼， 至今不能把它作为游离体分离出来，甚至在它生成后，若无其它化合物与它反应，苯 炔自身则可聚合成二聚体二联苯【i j ： 酬+ 蚓一q o 1 9 6 8 年，高林( g o w l i n g ，e n ) 等分离出了苯炔的金属络合物： o i 一蝌一。 苯炔的活性主要是其叁键的不稳定引起的，因此其反应也都是围绕在对叁键的加成 上。主要有： ( 1 ) 亲核加成 许多亲核试剂如醇、烷氧负离子、烃基锂、氨或胺、羧酸根、氰化物等都能与苯 炔发生亲核加成反应。 4 北京化工大学硕士学位论文 侧+ ：o _ 旷喝一矿喝 俐+ 扶坐卧 ( 2 ) 亲电加成 三烷基硼、卤素、卤化汞、卤化锡、卤化硅等亲电试剂易与苯炔发生亲电加成。 俐“一q 上q ： 0 渤。一嘲尹旷灿刊： ( 3 ) 环加成反应 苯炔是一个高度活泼的亲双烯体，能与大多数1 , 3 一二烯类化合物发生狄尔斯一阿 尔德反应即双烯反应。可以与蒽、呋喃、吡咯、苯、萘等反应。 俐+ q 一啦 俐+ 囝一上如上贷 酬+ 凸n 一三嘞卫的i 、i l ii-in i - i u 南 一 分 侧 北京化工大学硕士学位论文 p 卜 一 & + 如 ( 4 ) 与1 ，3 偶极体发生环加成反应 1 ，3 偶极化合物和烯烃、炔烃或相应衍生物生成五元环状化合物的环加成反应称 为1 ，3 - 偶极环加成反应( 图5 ) 。l ，3 偶极化合物简称l ，3 - 偶极体，可以用偶极共振的 极限式来进行描述，具有一个三原子四电子的兀体系。 ，s 一偶极体h 。m 。墨_ 、髻 揪体碍 蓦_ 如。，。一偶极体h 。m 。 肖 亲偶极体l u m o 图51 , 3 一偶极环加成的过渡状态 f i g 5t h et r a n s i t i o n a ls t a ：c e1 , 3 d i p o l a rc y c l o a d d i t i o nr e a c t i o n 1 , 3 偶极环加成反应研究已有一百多年的历史，是有机化学研究与应用中合成五 元杂环化合物的一种重要的有机合成方法f 9 叫”，最早可以追溯到1 8 8 3 年，c u r t i u s l 9 1 首先发现了重氮乙酸酯具有环加成的反应性并对其进行了研究。随后研究人员进行了 大量的研究工作，于1 9 6 0 年h u i s g e n 9 1 j j 、组通过系统的研究首次将l ，3 ，偶极环加成反 应系统应用在有机化学领域。由于l ，3 偶极环加成反应普遍应用于科研和工业化生产 中的分子构建等方面而备受合成工作者的关注，然而近年来其区域选择性、非对应选 择性、对应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 偶极体的 种类很多f 1 2 1 。 3 + 2 1 。3 - 偶极环加成反应是应用最广泛的一类成环反应，然而除发生 3 + 2 、 2 + 4 环加成反应外，使用适当的反应物和条件，芳炔还可以发生 2 + 2 ， 2 + 6 ， 2 + 8 等环加成反应。如： 65 6 北京化工大学硕士学位论文 表1 - 11 , 3 一偶极子的种类 t a b l e1 - 1t h es o r to f1 , 3 - d i p o l a rc o m p o u n d s a i 嘲, i m t 黼t 豫 判陬霭掣m 讯甘嬉n 龋k t l lo 砌q i a 獭e 棚蠹d 蜷孽 、 - ) 。一o ) c ；代 敉 舻p 、 、辩：岔笤 l 国。 叫- o - n 哺睡懈罐 a , 棚f l h l n ei r r 嘲嘲 麓翻m i 口l 嘲憾v h 蛳 缸辖嗣博 赢酬c 饼唧鼬 i 黼_ r o 巷翻蝴晌 嚣瓴嘲蝴呐懈 = 鼠一一 、意营铀舡哗l 锄汹 、孵霉壤 劓鼢蝴瓣淄 k o 囝- o 懈删糯 争f 嘲h 口8 钻_ h 霸强 o m 固o , 哟o r o z ：o n o | q 降嬲韵蠕l 搿喇a n i o n 镑p 霉 相r 确鳓帅转哦韵r _ 熊 一d 糟燃脚锄懒 * 黼c 善n o燃嘲9 铂婚鹋 粕勰辩嘲e 嗍 嚣兰嗣。辩嘲9 嘲瑚 一e 耄黜粕獭脚 一e 耄n 一弋 粕黔耱v 嘲簟 黼壤潮翎孵留翻裥稿罄 霸妇酬蛔h e 謦 n 基譬 删锚 粕誊 瑚档 n 盏囝n - 宫釉# 删o釉琥豫l 垮口鬟蝌尊 基于邻一三甲硅基芳基酚三氟甲磺酸酯形式所具有的优势，近期研究大多以其作 为苯炔的前体，其相关反应主要有： ( 1 ) 苯炔的酰基一烷基化反应【6 】： 韭塞垡三查兰堡主堂竺丝茎 眨枷 e f 2 j q m o i _ 0 h 搏2 蛳 c i h 艟，嘲 p ，辩u 00 。舻 k c 矿- - , o l r l a a 窑f 觞嘲瞪蚺 c # 噼麟 1 1 0 c 娟鼬删 o 囝 a ， j 互= 二五! 巫生二盟塑壁咝! 奎 s 善儿啦獬 火。( x 獬 1 l f ， i -i ，肌q 粥 g 人g ，人 、一_、一 i 埙毋沁心一i 妓姆吣渺孙 h c kd 计。洲 4 1 2 5e q u i v o f ar e l a t i v e t o f l - k e t o e s t e r a 岫6 i s o l a t e d y i e l d 2e q u i v o f ar e l a t i v e t o d ( 2 ) 酚和羧酸对苯炔的氧芳基化反应【4 】：提供了一种制备芳醚和芳基酯的有效方法。 8 l + 。唪如g哆晦幽 美监d 灶 北京化工大学硕士学位论文 x 2 i - i , o m e 6 6 9 8 ”挺+ d 。h 带d 。g ( 3 ) 苯炔与烷炔发生e n er e a c t i o n 生成苯基连二烯的反应7 】：必须有a - h 的存在，以 当没有a h 的存在时： 1e q u i v 2e q u i v h h k f 18 一c r o w i l 一6 t h f r t 6 h 4e q u i v 1e q u i v k f 1 8 c r o w n 6 唧f t 6 h 8 3 t r a n c e 5 9 2 ( 4 ) 二氧化碳参与下苯炔与亚胺反应生成苯并嗯嗪酮【2 0 】：可以直接反应得到苯并曝 嗪酮化合物，且为原子经济型反应。 r 勺i ， o t f m s + 固一r 镭n r l 肿八。+ 2 黑 ab 9 姆 、。 + 0 融 + ， h 帆火 剐丫p 。 北京化工大学硕士学位论文 o t h e 豫越咖删e 越n 枣d 稍l t 啦0 e m 肼l 懒l 曩鬟a 3 0 垃越，。b 捋越壤l 蓉稿；辩啦龇。l 摧纛1 5 a r e 僦- 6 国越3 蝴酶键畦群 重c o l 懿m 龇e ( 1 艄瞳l i l 毒o b b e d a e i d 轴毒e d 似2 - a l i o o m t e m p e r - ( 5 ) 苯炔对酰胺c - n 键的插入反应【5 1 ：作为一种合成碳一杂键的有效方法之一，其缺 点是必须有强吸电子基的存在以活化氮上的氢才能发生，当为中性或供电子基时此反 应无法发生。 l j p “： 0 1 0 2 o c s f m e c n r t 萏 北京化工大学硕士学位论文 c - na d d 拖o no fa m k t e st o 恿删 4 蝴p 2 矿 s e 7 # v 钒 键 y 锻 奋 8 蚴移2 矿 9 懈 毫 。丫镰 蝉廖”西 6 0 巷 8 8 拶严 1 0 。p 2 善蝴 缸 ，2 p ”o 1 2 曼。移4 苔 口r e 鬣蛙。救。跚l 酗。缸塞：0 5m m o ! o f 搬l i i d e + 1 2e 嚼i l 潞o f m 邓a e 捌蹙a 麓t 砌2 0e 删o f c s f i l l5 0 m lo f m e c na t f c 龇把瑚和匿翻秘r e f b f 4 k 4 h o i 鑫协d 啊e 撼x 恻a 锄狂嘶骈l p 断d a t a f o r f l l i s c o m p o d 瓣a 瞰 g a l a b l e i n t h e s l 榉n m g h 遗b 哇瞄溉口e 棚p i 州锄2 ，4e q m v o fa d 4 0 矗寸 蛾 套 。审旗 泶哪 “p 北京化工大学硕士学位论文 p 柏 ： 旺 麟 6 弋a 骞 葛孟品一 q 一聃 一矗q 器 p 。h 嘣一篇 f 毛 n 、尹o o c f ， m b 孵卜p ho 丫 g n b 4 8 ( 6 ) 苯炔的三组份偶联反应【8 l ：是近来有机合成工作者研究的热点课题。 q 二上0 盟 以t o m t f ，1 。m ；c l q r ，。1 一r 2 - m o r q ： c 竖s f ( 4 鲨e q u 竖i v ) , 阪刚。 【5 m p d ( 0 0 1 a c ) ) 2 d p p e 喵 随着苯炔前体的合成及对其反应研究工作的深入，苯炔化学作为有机化学的重要 组成部分，近年来取得了飞速发展，但作为一个新兴课题，苯炔的进一步研究和探索 工作还有一段很长的路要走。 作为新的合成方法及应用，苯炔与1 ，3 - 偶极子的环加成反应是制备新的苯并杂环 化合物的好方法。相对于硝酮、氧化腈对烯、直链炔的l ，3 一偶极环加成反应研究而言， ，、，j敝 北京化工大学硕士学位论文 苯炔与硝酮、氧化腈的l ，3 一偶极环加成反应研究还不多。由于底物的难于合成及易分 解的客观条件所限，苯炔与硝酮、氧化腈的1 ，3 偶极环加成反应研究仍然是一个具有 挑战性的课题。 1 4 课题的提出 苯并异嗯唑烷类化合物是重要的杂环族化合物，广泛存在于天然化合物中，在生 物医药、农药等领域中应用广泛【2 1 1 ，然而，此类化合物的合成方法国内外报道的较少。 苯炔作为一种重要的反应活性中间体，与硝酮的 3 + 2 】l ，3 一偶极环加成反应是制备苯并 异嗯唑烷化合物的有效方法。 2 0 0 6 年a s h r a f a a l y 2 刁小组报道了硝酮与苯炔的【3 + 2 】1 ，3 一偶极环加成反应。他 们以邻位叠氮苯甲酸酯作为苯炔前体与顺反互变异构的p c 取代的硝酮在乙腈中回流 反应3 h ，制备得到环加成产物。然而此方法中存在苯炔前体不稳定，对碰撞敏感，易 发生剧烈爆炸且难于分离等缺点，而且此反应是在回流的状态下进行的，得到了两种 构型的产物，反应的总收率偏低。 n m 一 p 、e m 一m e 刮筘刮 凑。套。管州 3 f 3 1 1 9 9 0 年k u r i t a ，j 等【2 3 1 报道了用类似硝酮的n 一氧化哒嗪与毗睫炔或喹啉炔的环加 成反应，反应过程中发生分子内的扩环重排而得到扩环产物。 北京化工大学硕士学位论文 i i 蒯+ 由一 于n 1 0 4 6 * ，睨 r ，聪+ 【| 占 _ 坦岛 一聪【l 1 -r ，7 - k 修i 、“八j 尹 p 一 r ；舻；h 掣t 洋s m e r ；确。i t 2 。h 从现有的文献可以看出，苯炔与硝酮的【3 + 2 】1 , 3 一偶极环加成反应是可行的，并得 到了一定的目标产物，但都存在反应条件严格，收率偏低的缺点。因此，研究一个更 温和、更易于操作、更具有普适性的合成方法具有重要的意义。 邻三甲硅基芳香酚三氟甲磺酸酯是一类合成操作简单，在温和的条件下即可( 在 f 离子的存在下) 定量转化为苯炔的前体，也是目前应用最广泛的一类苯炔前体。邻 三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯作为邻三甲硅基芳基酚三氟甲磺酸酯系列前体形式存在 的一种重要且最简单的苯炔前体，由于其结构的单一性及对反应的非区域选择性，因 此我们以合成邻三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯作为苯炔的前体，开展了苯炔与系列硝酮 的【3 + 2 】1 ，3 偶极环加成反应的研究。 苯炔的合成反应研究是近年来有机合成研究的热点课题。本课题的创新之处在 于：1 ) 基于文献的条件，采用简单合理的方法合成了邻三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯： 2 ) 首次在温和的条件下以邻三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯作为苯炔前体，开展了苯炔 与系列硝酮的【3 十2 】l ，3 偶极环加成反应研究，得到高的反应收率 9 0 ，合成了一系 列新的2 ，3 - 二取代苯并嘲异嗯唑烷化合物。 1 4 北京化工大学硕士学位论文 2 1 仪器与试剂 2 实验部分 2 1 1 仪器 熔点由w r s i a i b 电热数字显示熔点仪测定。 红外光谱用n i c o l e tm x - 1 型红外光谱仪测定。 j h - n m r 、1 3 c - n m r 和1 9 f - n m r 用b r u c k e r - 3 0 0 型核磁共振仪测定( 溶剂采用 c d c l 3 或d m s o ) 。 质谱用v g - 7 0 7 0 e 型色质联用仪测定。 2 1 2 主要试剂和溶剂处理 邻溴苯酚( a r ，成都爱斯特有限公司) 、b u l i ( 1 6 m o ll 1 ，正己烷，l a n c a s t e r ) 、 三氟甲磺酸酐( t r i o ，a r ，上海邦成化工) 、三甲基氯硅烷( ( c h 3 ) 3 s i c l ，t m s c i ，a r ， 成都市科龙化工试剂厂( 简称科龙) ) 、苯甲醛( a r ，科龙) 、乙醛( a r ，广东 汕头市西陇化工厂) 、甲醛( a r ，广东汕头市西陇化工厂) 、丙酮( a r ，科龙) 、环己 酮( a r ，科龙) 、苯乙酮( a r ，科龙) 、六氢哌啶( a r ，科龙) 、二正丁胺( a r ，科 龙) 、盐酸羟胺( a r 广州新港化工厂) 、钨酸钠( a r ，科龙) 、氢氧化钠( a r ，科 龙) 、过氧化氢( a r ，科龙) 、氟化铯( a r ，l a n c a s t e r ) 等。 四氢呋喃、甲苯在使用前经二苯甲酮金属钠脱水和脱氧处理。乙腈、二氯甲烷 在使用前经氢化钙脱水处理。 2 2 底物的合成 2 2 i 苯炔前体 邻一三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯的合成( 参考文献【1 1 捌) ( 图6 ) q。brh一1)bulvtmscifrhf以。tmh s t f z o q c h z c z 1 6 1 7 图6 苯炔前体邻一三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯的合成 f i 譬6s y n t h e s i so f a r y n ep r e c u r s o r0 - t r i m e t h y l s i l y l p h e n y lt r i f l a t e 1 5 北京化工大学硕士学位论文 ( 1 ) 邻一三甲硅基苯酚( 1 6 ) 的合成 在氮气流中，向干燥的烧瓶中依次加入邻溴苯酚( i s ) ( 6 0g ，o 0 3 6 7m 0 1 ) 和干燥 四氢呋哺6 0m l ，采用干冰丙酮浴控制反应温度7 8 。c ，维持此温度下缓慢滴 j i l b u l i ( 5 4 2 m l ，1 6 t o o l l 一，0 0 8 6 7 t 0 0 1 ) ，约3 0 分钟滴加完毕。反应2 h 后，维持反应温度7 8 。c ， 滴加三甲基氯硅烷( 1 3 4 m l ，o 1 0 4 t 0 0 1 ) ，继续恒温反应5 h 后，自然升至室温。然后， 在冰盐浴下缓慢滴i j i i n a o h ( 4 0 ) 溶液至p h = 1 0 ，搅拌，水解反应1h 后再加入蒸馏 水1 0 0m l ，并用乙酸乙酯1 5 0m i x 3 萃取分离，干燥浓缩，得到油状粗产品1 6 ，无需进 一步纯化而可直接用于下一步反应。 样品1 6 的结构参数：1 h - n m r6 ：0 3 2 ( s ，9 h ，c h 3 ) ，4 7 9 ( b s ，1 h ，o h ) ，6 6 6 6 6 8 ( d ， 户8 0 h z ，1 h ，a r h ) ，6 9 0 - - 6 9 5 ( t ，y = - 7 3 h z ，1 h ，a r 吼7 2 0 7 2 6 ( d d ，, - - 7 8 ，1 ，7 h z , 1 h ， a r h ) ，7 3 p 7 3 8 ( d d ，j = - 7 ，2 ，1 7 h z ，1 h ，a r h ) ( 文献值【2 5 1 ：1 h - n m r ( c d c l 3 ) 6 ：0 3 1 ( s ，9 h ) ， 4 8 0 ( b s ，1 h ) ，6 6 8 ( d ，j = 7 ，7h z ，l 功，6 9 3 ( t ，问7 h z ，i h ) ，7 2 2 ( d d ，j = 7 7h z ，2 6h z ， l h ) ，7 3 7 ( d d ，j - - 7 7 ，2 6h z ，1 8 ) ) ( 2 ) 邻一三甲硅基苯酚三氟甲磺酸酯( 1 7 ) 的合成 在氮气流、搅拌及冰水浴下，将1 6 ( 6 0g ，0 0 3 6 1m 0 1 ) 和吡啶( 4 3g ，0 0 5 4 4m 0 1 ) 依次加入盛有5 0 m l 干燥二氯甲烷的烧瓶中，然后于室温( 2 5 ) 缓慢滴加入三氟甲 磺酸酐( 1 2 2g ，o 0 4 3 3t 0 0 1 ) ，约2 0 分钟滴加完，搅拌反应2 h 。过滤，浓缩，硅胶柱 层析【洗脱剂：石油醚】分离即得到无色油状产物1 7 。以起始原料邻溴苯酚计，二步反 应总收率为7 5 。 样品1 7 的结构参数： 1 h - n m r6 ：0 3 7 ( s ，9 h ，c h 3 ) ，7 3 1 - - 7 3 6 ( m ，2 h ，a r h ) ， 7 4 l 7 4 4 ( m ，1 h ，a r h ) ，7 5 2 - 7 5 5 ( m ，1 h ，a r h ) , ”c - n m r6 ：- 0 9 ，11 6 4 ，1 1 9 5 ，1 2 0 7 ， 1 2 4 9 ，1 2 7 5 ，1 3 1 2 ，1 3 2 5 ，1 3 6 3 ，1 5 5 1 ；1 9 f - n m r 5 ：7 3 9 2 ；i r ( n e a t ) v ：2 9 5 8 ，1 4 1 9 ， 1 2 4 9 ，1 2 1 0 ，11 3 9 e m 。1 ( 文献值1 ：1 h - n m r ( c d c l 3 ) ：60 4 ( 9 h ，s ) ，7 1 7 5 ( 4 h ，m ) ； 1 9 f - n m r ( c c l 4 ，c c l 3 f ) ：67 8 o ( s ) ；i r ( n e a t ) ：v ：2 9 8 0 ，1 4 2 0 ，1 2 5 5 ，1 2 1 0 ，11 4 5c m 1 ) 。 2 2 2 硝酮的合成( 参考文献【2 6 】) ： - c h o + n h 2 0 hh c i 芈n a o h 旷刊棼旷n - o h 1 6 北京化工大学硕士学位论文 c h 2 c i 2 m g s o 4 r t 1 8 a 在不断搅拌下，将苯甲醛( o 1 t 0 0 1 ) 、盐酸羟胺( 0 1 5 t 0 0 1 ) 加入甲醇( 6 0 m 1 ) 中 使之溶解，然后缓慢加入固体n a o h ( o 2 m 0 1 ) ，室温搅拌，约2 h 后用t l c 检测，醛酮 消失后，停止反应，浓缩旋出溶剂后，加入蒸馏水( 1 0 0 m 1 ) 并用乙酸乙酯( 1 2 0 m i x 3 ) 萃取分离，干燥浓缩得到油状的苯甲醛肟，待用。 将所得的肟( o 1 m 0 1 ) 、氰基硼氢化钠( o 1 7 m 0 1 ) 和痕量的甲基橙加入到甲醇 ( 1 0 0 m 1 ) 中，室温搅拌下滴加浓盐酸至反应液呈粉红色，搅拌过夜，至肟完全消失。 抽滤浓缩，加入蒸馏水( 1 0 0 m 1 ) 并用乙酸乙酯( 1 2 0 m i x 3 ) 萃取分离，干燥浓缩柱层 析分离即得到苄基羟胺。 在不断搅拌下，将苄基羟胺( o 1 m 0 1 ) 、苯甲醛( 0 1 5 m 0 1 ) 和无水硫酸镁( o 2 m 0 1 ) 依次加入到无水二氯甲烷( 5 0 m 1 ) 中，室温搅拌过夜。t l c 检测羟胺消失，停止反应。 抽滤浓缩，柱层析即得到所需的硝酮产物1 8 a 。 样品1 8 a 的结构参数：1 h - n m r6 ：5 0 6 ( s ，2 h ，c h 2 ) ，7 2 6 7 4 1 ( m ，7 h ，舡h ) ， 7 4 4 7 5 c i ( m ，2 h ，a r h ) ，8 1 8 8 2 2 ( m ，2 h ，a r h ，c h ) 。其结构式为： 2 3 化合物1 7 与1 8 a 的1 3 + 2 1 1 , 3 偶极环加成反应 2 3 1 实验反应方程式及实验步骤 p 旷可+ h = = ： 1 8 a1 7 璺! ! 曼婪璺鬯 5 0 c ，n 2 1 7 1 9 a 北京化工大学硕士学位论文 在氮气流及搅拌下，向干燥的烧瓶中依次加入干燥乙腈( 5 m 1 ) 、1 7 ( 6 6 0 m g 。 0 2 2 1 m m 0 1 ) 、1 8 a ( 0 2 8 8 m m 0 1 ) 和氟化铯( c s f , 6 7 3 m g ，0 4 4 3 m m 0 1 ) 。于5 0 反应1 5 h 后，t l c 检测苯炔前体( 1 7 ) 原料消失，降温停止反应。室温下用饱和氯化铵溶液 1 0 m l 淬灭，并用乙酸乙酯萃取( 1 0 m i x 3 ) ，合并有机相，饱和食盐水洗涤，无水硫酸 钠干燥，浓缩并硅胶柱层析【洗脱剂：v ( p e ) ：v ( a e o e t ) = 3 0 ：1 】分离，得到产物苯并旧 异嗯唑烷化合物1 9 a ( 白色固体，收率9 0 4 ) 。 2 3 。2 产物1 9 a 的结构表征( 1 h - n m r 、”c - n m r 、h r m s ) 样品1 9 a 的1 h - n m r 见图7 。 图7 样品1 9 a 的1 h - n m r f i g 7 h n m ro f c o m p o u n d1 9 a 由图7 可知： 1 h - n m r ( c d c h ) 占：4 1 耷4 1 8 ( d ，1 h ，c h 9 ，4 3 7 4 4 2 ( d ，i h ，c h 2 ) ， 5 3 7 ( s ，i h ，c h ) ，6 8 5 - 6 8 7 ( d ，1 h ，a r t 0 ，6 8 8 6 9 1 ( t ，1 1 4 , 触固，7 0 肛7 0 1 ( d ，i h , a r h ) ， 7 2 l 7 2 7 ( t ，1 h ，a r h ) ，7 2 7 7 3 5 ( m ，8 h ，a r h ) ，7 4 2 7 4 4 ( m ，2 h ，a r h ) ， 样品1 9 a 的b c - n m r 见图8 。 = 槲 北京化工大学硕士学位论文 差 馨i 磊嚣g # 三每i 曼嚣善# 基 董曼氅燕萎曼墨墨毡每毫墨墨 蝌。铭7 ；骛 ：= # v jj| 图8 样品1 9 a 的1 c - n m r f i g 8l c - n m ro f c o m p o u n d1 9 a 由图8 可得：1 3 c - n m r ( c d c l 3 ) 6 ：6 2 6 ，7 2 6 ，1 0 8 1 ，1 2 1 3 ，1 2 4 1 ，1 2 7 6 ，1 2 7 7 ，1 2 7 9 ， 1 2 8 4 ，1 2 8 5 ，1 2 8 8 ，1 2 9 2 ，1 3 6 3 ，1 4 0 3 ，1 5 6 0 样品1 9