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硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 摘要 在有机合成化学中，醇的氧化反应有着重要的应用。三价碘化合物作为一种 易制备、反应温和、环境友好、选择性高的氧化剂，被广泛应用于醇的氧化反应 中。 本文研究了三价碘化合物t e m p o 体系中醇的氧化反应。实验发现以 4 - o h t e m p o 作为催化剂，p h i ( o a c ) 2 作为氧化剂，能够将4 硝基苯甲醇氧化为 4 硝基苯甲醛。经过条件优化，得出在p h i ( o a c ) 2 t e m p o 体系中，4 硝基苯甲 醇氧化为4 硝基苯甲醛的优化条件为：以a c o h 为溶剂，p h i ( o a c ) 2 和t e m p o 的用量分别为底物物质的量的1 1 倍和1 0 ，室温反应2 h 。4 硝基苯甲醇的转化 率达到9 9 ，4 硝基苯甲醛的分离收率达9 3 以上。在此基础上，对反应底物进 行了拓展，发现该体系能够高选择性地将苄醇、烯丙醇、环烷醇、杂环醇、脂肪 醇等在内的多种类型的醇氧化成相应的醛，反应有很高的化学选择性，各类醇的 氧化均未检测到酸的生成。 采用将聚苯乙烯树脂先碘化再酰化的方法，制得负载型二乙酰氧基碘苯 ( p s d i b ) 。4 o h t e m p o 与1 ，4 二溴丁烷反应生成4 溴丁氧基2 ，2 ，6 ，6 四 甲基1 氧哌啶醇，再与n 甲基咪唑发生季铵化反应，生成的溴化季铵盐与四氟 硼酸钠进行离子交换制得氟硼酸型2 ，2 ，6 ，6 四甲基i n 氧自由基哌啶醇负载离 子液体t e m p o i l 。室温下，以离子液体1 甲基3 丁基咪唑四氟硼酸盐 ( b m i m b f 4 ) 为溶剂，p s d i b 为氧化剂，t e m p o i l 为催化剂，协同氧化各 类伯醇、仲醇为相应的醛、酮，实现了氧化剂、催化剂和溶剂的回收循环使用， 使反应更加经济、环保。 进一步研究了在甲醇和0 5 t o o l l _ 1h b r 溶液( 2 ：1 ) 的混合溶剂中，p h i o k b r 体系氧化苯甲醇为苯甲酸甲酯，氧化剂p h i o 和活化剂k b r 的用量分别为底物物 质的量的3 5 倍和1 o 倍，室温下磁力搅拌反应6 h ，苯甲醇可定量转化，氧化产 物苯甲酸甲酯的分离收率达9 0 以上。在此基础上，对反应底物进行拓展，发现 p h i o k b r 体系可以将苯甲醇或对位连有吸电基的苄醇氧化成相应的甲酯。 关键词：醇，氧化，p h i ( o a c ) 2 ，p s d i b ，t e m p o i l ，p h i o a b s t r a c t 硕士论文 a b s t a c t t h eo x i d a t i o no fa l c o h o l st ot h ec o r r e s p o n d i n gc a r b o n y l c o m p o u n d si so n eo ft h e m o s tf u n d a m e n t a la n di m p o r t a n tt r a n s f o r m a t i o n si ns y n t h e t i co r g a n i cc h e m i 唧o v e r t h ep a s tt w od e c a d e s ，h y p e r v a l e n ti o d i n e ( 1 i dc o m p o u n d sh a v eb e e nw i d e l yu s e di n a l c o h o lo x i d a t i o nr e a c t i o n sd u et ot h e i rm i l d ，e a s yp r e p a r a t i o na n dc h e m o s e l e c t i v e o x i d i z i n gp r o p e r t i e sa n dt h e i re n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nc h a r a c t e r o x i d a t i o no fa l c o h o l sw i t l lh y p e r v a l e n ti o d i n e ( i i i ) r e a g e n t si nt h ep r e s e n c eo f t e m p o 嬲ac a t a l y s tw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r 4 - n i t r o p h e n y lm e t h a n o lc a nb e o x i d i z e dt o4 一n i t r o b e n z a l d e h y d ei n9 3 y i e l dw i t h1 1e q u i v a l e n to fp m ( o a c ) 2a n d 0 1e q u i v a l e n to f4 - o h t e m p oi na c o ha tr o o mt e m p e r a t u r ef o r2h o u r s t h es c o p e o ft h er e a c t i o nw a st h e nt e s t e d as e r i e so fb e n z y la l c o h o l s ，a l l y la l c o h o l s ，n a p h t h e n e a l c o h o l s ，h e t e r o c y c l i c a l c o h o l sa n da l i p h a t i ca l c o h o l sw e r eo x i d i z e dt ot h e c o r r e s p o n g d i n ga l d e h y d e sa n dn oa c i dw a sd e t e c t e di na l lc a s e s p o l y 4 一( d i a c e t o x y i o d o ) s t y r e n e ( p s d i b ) w a sp r e p a r e d 嬲a l l o x i d a n tb y i o d i n a t i o na n da c y l a t i o no fp o l y s t y r e n e at a s k - s p e c i a li n o n i cl i q u i d , t e m p o - i lw a s p r e p a r e dt h r o u g hi m m o b i l i z a t i o no f 2 ，2 ，6 ，6 - t e t r a m e t h y l - p i p e r i d i n - 4 - o l - n o x y lt o i n o n i cl i q u i db yt h el i t e r a t u r em e t h o d as e r i e so fp r i m a r ya n ds e c o n d a r ya l c o h o l s w e r es u c c e s s f u l l yo x i d i z e dt ot h ec o r r e s p o n d i n ga l d e h y d e sa n dk e t o n e si ng o o dy i e l d s ， r e s p e c t i v e l y , w i t hp o l y 4 一( d i a c e t o x y i o d o ) s t y r e n e 6 , s d i b ) i nt h ep r e s e n c e o f t e m p o i l ( c a t ) i n b m i m t b f 4 】a t r o o m t e m p e r a t u r e t h i ss y s t e m i s e n v i r o n m e n t - f r i e n d l ya n de c o n o m i ci nw h i c ha l lt h eo x i d a n t , c a t a l y s ta n dt h es o l v e n t c a r lb er e c o v e r e da n dr e u s e d w ea l s os t u d i e dt h eo x i d a t i o no fa l c o h o l st om e t h y le a t e r su s i n gp m oi nt h e p r e s e n c eo fk b ri nm i x e ds o l v e n to fm e t h a n o la n d0 5t o o l l 1h b rs o l u t i o n ( 2 ：1 ) b e n z y la l c o h o lc a nb et r a n s f o r m e dt ob e n z o a t ei n9 0 y i e l d 、析m3 5e q u i v o fp h i o a n d1 0e q u i v o fk b ri nt h em i x e ds o l v e n ta tr o o mt e m p e r a t u r ef o r6h o u r s i ti s f o u n dt h a tu n d e rt h e s ec o n d i t i o n sb e n z y la l c o h o l sw i t he l e c t r o nw i t h d r a w i n gg r o u p s i np a r ap o s i t i o nc a nb eo x i d i z e dt ot h ec o r r e s p o n d i n gm e t h y le s t e r s k e y w o r d s ：a l c o h o l s ，o x i d a t i o n , p h i ( o a t ) 2 ，p s d i b ，t e m p o i l ，p m o 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：l 雄 l 。年5 月汐日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：啦 p 【年月p 日 硕士论文 三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 1 绪论 在现代有机合成中，选择性地氧化醇合成相应的羰基化合物有着十分重要的 应用【1 1 ，尤其是一锅合成法氧化醇合成相应的酯或其它羧酸衍生物更为引人关 注。迄今为止，已经有各种化学计量氧化反应或催化氧化法被应用于这类反应， 氧化剂和催化剂涉及各种金属及非金属化合物。 在进行醇的氧化反应时，不同氧化体系、反应条件对最终的氧化产物影响较 大。其中，将伯醇氧化成相应醛的难度较大。这是因为一方面生成的醛极易被氧 化体系进一步氧化成羧酸：另一方面，在酸性条件下，生成的醛易于与醇形成半 缩醛，而后者极易被氧化生成酯【2 1 。 仲醇氧化则生成相应的酮，酮较难进一步被氧化。而叔醇因无a 氢原子，不 易被氧化，若在强烈条件下氧化，则发生碳碳键断裂，生成小分子产物，无实际 应用价值。 1 1 醇的化学计量氧化方法 1 1 1j o n e s 氧化法及其改进方法 在醇的氧化反应中最常用的氧化剂是一类六价铬化合物，如k 2 c r 2 0 7 h 2 s 0 4 ， c r 0 3 - h o a c ，c r 0 3 毗啶等，氧化的最终产物一般为相应的羧酸。 1 9 4 6 年，e & h j o n e s 发现三氧化铬与稀硫酸的溶液可将伯醇氧化成羧酸， 仲醇氧化成酮，称该类氧化为j o n e s 氧化f 3 1 。 r o h r = a n g l ，a r y l , a l k e n y l r 贝司 a l d e h y d e o i 竺垒竺竺垒q z 兰堡翌，d ) - - o h h o a c e t o n e c a r b o x y l i ca c i d o 。ho r t 人r 2 罟高兰塞粤r l 八r 2 1 2 k e t o n e r 1 二= a l k y l a r y l 该反应是将化学计量的c r 0 3 的硫酸水溶液在0 - 一2 0 c 滴加到溶有醇的丙酮溶 液中进行氧化。由于丙酮中的仲醇氧化速度比较快，可在短时间内完成，且由于 1 绪论硕士论文 体系中有过量的丙酮存在，能够有效地防止生成的酮被进一步氧化。同时，该反 应有较高的化学选择性，不影响其他对氧化敏感的基团，如缩酮、酯、环氧基、 氨基、不饱和键、烯丙位碳氢键等，一般仅将仲醇氧化成相应的酮。 然而，使用该方法将伯醇氧化成醛的效果不佳，为了防止生成的醛被进一步 氧化，有时可以在反应过程中及时将醛从反应体系中分离出去，但这种方法仅限 于制取低沸点的醛，而且收率较低。 1 9 5 3 年，l - h s a r e t t 研究发现采用三氧化铬双毗啶络合物( 称为s a r e t t 试 剂) ，可将伯醇和仲醇氧化成相应的醛或酮，该方法被称为s a r e t t 氧化法【4 】。1 9 6 8 年，j c c o l l i n s 小组将此方法进一步改进，采用三氧化铬双吡啶络合物 【c r 0 3 ( p y ) 2 和二氯甲烷组成的混合溶液( 称为c o l l i n s 试剂) 在室温下将伯、仲 醇迅速地氧化成相应的醛或酮，该方法被称为c o l l i n s 氧化法i s 。 o h 0 l c r o s ( p y ) 2 c h 2 c 2 i j r i 人r 2 矗_ r l 人r 2 r 1 = 甩a n o a , a r y j ；髟= a 珏矾a r y l 上述方法提高了伯醇氧化成醛的收率，但所采用的c o l l i n s 试剂存在一些缺 点：易吸潮，不稳定，不易保存，需在无水条件下反应，反应用量大，配制时容 易着火等等。 1 9 7 5 年以后，c o r c y 等学者先后报道用氯铬酸毗啶绘盐( p c c ) 、重铬酸吡 啶锚盐( p d c ) 氧化醇的方法【6 7 】。该反应一般在二氯甲烷溶液中进行，可氧化 伯醇和仲醇生成相应的醛和酮，基本上弥补了c o l l i n s 氧化法的缺点，逐步成为 应用最为广泛的氧化醇的方法之一。 然而，用p c c 法进行醇的氧化时，反应中易生成含铬离子的黑褐色胶状物 质，给后处理过程带来麻烦。为了克服这一问题，可将p c c 吸附于硅胶、3 a 分 子筛、氧化铝等无机载体或离子交换树脂、聚乙烯吡啶树脂等各种高分子载体上， 这样不仅可以简化后处理的操作步骤，而且能够控制反应的选择性，并使氧化效 率提耐删。 近些年，醇的铬酸氧化法不断得到改进和发展，并力求实现c r 0 3 、p c c 、 p d c 的催化量氧化。 1 1 2 二甲亚砜( d m s o ) 氧化法 化学计量的二甲亚砜( d m s o ) 与活化剂配合使用可以将一、二级醇氧化为 相应的醛或酮，该氧化方法反应条件极为温和，避免了铬酸法中重金属的后处理 问题，且收率较高，可广泛应用于糖类、核酸、甾体化合物、生物碱等天然化合 物和药物的合成。 2 硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 其中，常用的活化剂有：酰氯、( c h 3 c o ) 2 0 、( c f 3 c o h o 或s 0 3 等。酰氯和 酸酐主要是作为亲电试剂，活化二甲亚砜，其反应机理如下： ( c h 3 ) 2 s - - o + e + 卜( c h 3 ) 2 s 二一o e t t r r 2 c h o h+ ( c h 3 ) 2 s 一一o _ e - 二皇骂 r 2 c h o - - s ( c h 3 ) 2 一 r 2 c = o+ ( c h 3 ) 2 s d m s o d c c 氧化法( p f i t z n o r - m o f f a t 氧化法) 【l o 】，即将二环己基碳二亚胺 ( d c c ) 溶于d m s o 中，加入醇与质子授体( 如磷酸、三氟乙酸、吡啶磷酸、 吡啶三氟乙酸等) ，室温下进行氧化反应。氧化过程中，d m s o 首先和d c c 在 酸催化下生成活性锍盐，再和醇作用得烷氧锍盐，在碱催化下失去质子生成醛或 酮和二甲硫醚。该方法优先氧化立体障碍小的羟基，其缺点在于所用的d c c 成 本较高，反应中副产物尿素难以除去。 d m s o a c 2 0 氧化法( a l b d g h t g o l d m a n 氧化法) 采用a c 2 0 代替d c c ，反 应过程类似于d m s o d c c 氧化法，可避免上法中副产物难处理的缺点，并适用 于位阻较大的羟基氧化【1 1 1 。但常常伴随醇的甲硫甲醚的副产物的生成，影响产率。 用甲磺酸酐【( m e s 0 2 ) 2 0 代替醋酸酐，在六甲磷酰胺中反应，或者用p 2 0 5 代 替醋酸酐，并以d m f 作助溶剂进行醇的氧化，均能阻止甲基硫甲醚的生成，提 高氧化产物收率。 另外，d m s o 也可以与其他亲电试剂组合，如d m s o s 0 3 吡啶法、 d m s o c f 3 c o o h 法、d m s o ( c o c i ) 2 法( s w e m 法) 1 2 1 、d m s o c 1 c 0 2 c c l 3 法 【1 3 】等，可以在减少副产物的同时提高反应速度。 1 1 3 高价碘化合物氧化体系 早在1 8 8 6 年德国化学家w i l l g e r o d t t l 4 】报道了第一个有机高价碘化合物 p h i c l 2 ，之后又出现了p m ( o a c h 和高价有机碘盐a r 2 i + h s 0 4 1 5 , 1 6 。由于这类化 合物新颖的结构和特殊的功能，引起了人们的重视，对这类化合物进行了广泛、 系统、深入的理论和实际应用研究。 随着研究的不断深入，高价碘化合物的种类不断增多。其中研究最多、应用 最广的有亚碘酰苯、w i l l g e r o d t 试剂、碘苯二乙酯( p i d a ) 、二( 三氟乙酸) 碘 苯( p 姒) 、邻碘酰苯甲酸( i b x ) 、d e s s m a r t i n 试剂( d m p ) 、碘酰苯等等。 c l i c l 0 a c i i 、o a c 亚碘酰苯 w 姆m d t i 式剂p i d a p i f a f 3 3 1 绪论硕士论文 a r c h 2 0 h p h l 0 2 ( 1 - 2 5 e q u i v ) b e n z e n e ， o ra c o h , r t a r c h 0 邻碘酰苯甲酸( i b x ) 邻碘酰苯甲酸( i b x ) 是最重要的五价碘有机物之一，由h a r t m a na n dm e y e r 于1 8 9 3 年首次合成出来【3 7 1 。目前，通常用来制各i b x 的方法是由o x o n e 氧化2 碘代苯甲酸得n - 4 o o _ 八。 o 硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 io x o n e f 兰堕曼q 王鉴塑墨虫鉴2 璺g ) c 0 2 h h 2 0 ，7 0 。 1 9 9 4 年s a n t a g o s t i n o 等人报道了i b x 在d m s o 溶剂中可以进行醇的氧化【3 踟， 特别是对1 ，2 二醇的氧化，如乙二醇可以被氧化生成相应的酮醇或洳二酮类 化合物；而d m p 氧化1 ，2 二醇时则发生c c 键的断裂： r 1 0 h 。里塑 r 。 0 c h 2 c 1 2 , r t r l 八h o h o h r 2i b x d m s o ，r t r l o o f o o r l o h 如果同一分子内同时存在多种官能团，邻碘酰苯甲酸( i b x ) 甚至可以在不 同的条件下选择性氧化不同的官能团，进而通过改变反应条件来控制氧化产物。 一般氯仿与水的混合溶剂中加催化量的四丁基溴化铵( t b a b ) ，i b x 选择性氧 化硫醚，而在二甲亚砜和丙酮的混合溶剂中，i b x 则选择性氧化醇羟基。如下列 底物的氧化，就可以通过如此手段选择性地得到醛或者亚砜【3 9 】： c h c l 3 h 2 0 5 t b a b i i s 一，o h l 关于i b x 应用研究的报道很多，2 0 0 3 年，k s u r e n d r a 、k r a m ar a o 等人报 道加入b 环糊精( p - c d ) 后，以水为溶剂，i b x 即能高选择性地氧化氧、氮杂 环丙烷类化合物为a 羟基酮或a 胺基酮【4 0 】。这类反应是十分有用的，因为所形 成的产物是有机与药物化学中常见的合成活性化合物的中间体。在该反应中，肛 环糊精不仅起了活化氧氮杂环丙烷化合物的作用，而且通过氢键与i b x 形成了 c d i b x 配合物，从而增强了i b x 在水中的溶解度。 ： 一 i b x p c d ，h 2 0 o x r = h ，b r , c 1 ，m e ，o m e , n 0 2 ；x = o ，n t s ，o h , n h t s o l 绪论 硕士论文 此外，i b x 还可以参与芳烃侧链的氧化以及胺类化合物、二噻烷类化合物、 吲哚类化合物等的氧化反应【4 1 4 5 1 。 d e s s m a r t i n 试剂( d m p ) d e s s m a r t i n 试剂于1 9 8 4 年首次被合成出来 2 6 1 ，是一种选择性较高的醇氧化 试剂。通常d m p 由i b x 和乙酸酐、对甲苯磺酸反应制得： o a c 2 0 ，0 5 t s o h , 8 0 ( 2 ，2 h _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ 。_ _ _ _ - _ - _ _ 一 9 1 d 田 d e s s m a r t i n 试剂可以在室温下将伯醇、仲醇氧化成相应的醛、酮，反应完 成后碘由五价变成三价。该反应后处理很简单，只需要用碳酸氢钠溶液洗去副产 物即可。 o o h l r l , ) - - - - r 2 - a c o h a c o h r 1 = h ，a 吼a r y t ；r 2 = 啦l a r y l 据报道，当使用d m p 作为氧化剂时， 基，d m p 可以使之氧化环化，例如： o o a e 0 如果底物分子两端有活性的羟基和氨 u 锄 ! 人q 此外，还有报道d m p 可以把苄胺氧化为相应的腈类化合物，把仲胺直接氧 化成酰亚胺，将醛类化合物氧化成酰基叠氮化物【4 刀，例如： r o h2 竺- m a r t i np e r i o d i n a n e n a n 3 ，c h 2 c 1 2 ，0 c r o 然而，五价碘化合物也存在一定的缺点，例如：非环状的五价碘有机物以及 i b x 容易发生爆炸，并且易聚合而难溶于一般的有机溶剂；d m p 易潮解，不宜 储存。为了解决这些问题，近五六年，研究人员又合成出i b x 和d m p 的类似物， 6 一。儿 一 硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 应用于有机反应中。 ( 2 ) 三价碘化物氧化体系 由于五价碘存在上述缺点，限制了其应用的广泛性，因此，近几年越来越多 学者把目光投向性能更加稳定、温和的三价碘化合物。目前，已经有不少三价碘 化合物被成功地应用于醇的选择性氧化反应中【4 8 】。这类碘化物一般有着形如 p h i l 2 的结构，含有一个强的c i 键和两个弱的i l 键。由于受到这两个弱的配体 的影响，使得中心i ( 1 i d 原子具有一定的亲电性【4 9 】。 亚碘酰苯 亚碘酰苯( p h i o ) 通常由二乙酰氧基碘苯 p h i ( o a c ) 2 在氢氧化钠水溶液中水 解而得，通过这种方法也可以由苯环上连有取代基的二乙酰氧基碘苯制得相应的 邻位、间位、对位取代亚碘酰苯【5 0 1 。 3 m o p ln a o h , h 2 0 0 ct or l a r ( o a c ) 2 a d o t 4 - y ooy ) 亚碘酰苯易聚合，难溶于大多数有机溶剂。因此，亚碘酰苯参与的反应一般 需要羟基溶剂( 如水、甲醇等) 或者活化剂( 如l e w i s 酸、b r _ 、r 、过渡金属 络合物等) 的存在。 1 9 6 8 年，t a k a y a 及其同事首次报道了在干燥的二曙烷中回流，亚碘酰苯可 以选择性地氧化苄醇【5 l 】。然而，该体系不能氧化脂肪醇。这是迄今为止仅有的一 篇关于亚碘酰苯单独氧化醇的报道。 之后又相继报道了多种活化亚碘酰苯的方法【5 2 1 。k i t a 等人报道了催化量的 k b r 可以促进亚碘酰苯在水相中氧化醇，伯醇被氧化成羧酸，而仲醇则被氧化成 相应的酮【5 3 】。值得注意的是，该方法可以将二元醇氧化形成内酯，并有较高的产 率。 o h r 1 l r 2 r l o h 几h 2 0 h u h p h i o ( 1 1 - 2 2 e q u i v ) ，k b r ( 1 0 m 0 1 ) h 2 0 ，r t ，2 - 2 4 h o li一 r l 通常情况下，亚碘酰苯以聚合态形式存在，催化量k b r 的加入，可以活化 亚碘酰苯。据推测，反应可能经历了如下历程： 7 l 绪论 硕士论文 队o 耽瓿1 r i j - r 2 耽飞、_ 。lr 2 6 澎未r “ r l r 2 器 2 0 0 3 年，k i t a 等人又报道了当醇和水的混合溶液作为反应溶剂时，p m o k b r 体系可以将伯醇氧化成相应的酯1 5 4 ，然而只有当溶剂醇为甲醇时，酯的收率较高。 并进一步发现当反应溶剂换成甲醇和0 5 t 0 0 1 l 1 的稀盐酸混合溶液时，反应效果 更佳： 3 5e q u i v p m o o r 1 。h 0 5 e蕊quiv赢kbrmeoh05 m o g lh ca c l r - 人。m c 。1 1 一。 ( 2 ：1 ) ，r t 相比于p h i o k b r h 2 0 体系，p h i o p h 4 px 僻c 1 ，b r , d c h 2 c 1 2 体系更加温和， 可以氧化苄醇到相应的醛【5 5 】。当p h l o 、( c 6 h 5 ) 护x 、苯甲醇三者的用量比为1 ：0 1 ：1 时，苯甲醛的收率超过了9 9 。然而该体系在氧化仲醇时产率较低，并且不适用 于脂肪醇。 2 0 0 0 年，s u h r e z 小组利用p h i o 1 2 体系将醇羟基氧化形成环氧基，该反应具 有重要的应用价值【5 6 1 。 o h m o m e v h i o ( 2e q u i v ) 1 2 ( 1e q u i v ) ，c h 2 c 1 2 ，r ，t 1 5 1 1 m e9 0 m 0 m e 0 m e 此外，在单质碘的活化下，p h i o 可以实现c c 键的氧化，能够将碳碳双键 环氧化。 将过量的p h l o 与对甲苯磺酸配合使用，在乙腈中回流1 5 h ，可以将醇氧化 成相应的a 对甲苯磺酰氧基醛或戗对甲苯磺酰氧基酮【5 7 1 。该反应的氧化剂实际 上是p h i o 与对甲苯磺酸所形成的p h i ( o h ) o t s 。 0 h0 8 r 1 人r 2 苎瓮鬻器竽吆r l o t s n 丁 o ， r )卜i 孙町# l 眦 硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 p h i o 还可以在水中氧化含氮杂环醇，可经过氧化、g r o b 重排生成亚氨基醛， 再经过水解，环化氧化生成缩环产物【5 8 】。例如： o phio(22equiv),h20,rt,1 2 h 6 h 7 4 y b ( o t f ) 3 也可以作为p h i o 的活化剂，v a r e l e 于2 0 0 6 年报道了p h i o t e m p o y b ( o t f ) 3 体系对醇的氧化【5 9 】： o l h p h i o ( 1 3 e q u i v ) ，t e m p o ( c a t ) 冒 r - 少r 2 而面砾丽面面i r 一少r 2 r 1 ，r 2h , a l k y l , a r y l , a 毋l 该体系可以选择性地将苄醇、脂肪族伯醇氧化成相应的醛，而且不影响碳链 中的不饱和键，并且可以使二醇氧化生成内酯。 二乙酰氧基碘苯( p i d a ) 二乙酰氧基碘苯可由碘苯经过氧乙酸氧化制得，可以用于炔烃、丙二烯烃、 烯烃、含供电基的芳烃、醇以及含n 、p 、s 、s e 、t e 衍生物等多种类型有机化 合物的氧化，是应用最广泛的三价碘氧化剂。 然而，不被活化处理的p h i ( o a c ) 2 直接氧化醇的例子还是鲜有报道。k a n s a r a 等人报道在醋酸水溶液中，p i d a 可以将苄醇氧化成相应的醛。此后l z h a o 等 人通过先碘化再酰基化的方法将p h i ( o a c ) 2 负载于聚苯乙烯树脂上，实现了多种 邻二醇到相应醛的清洁型氧化【删： v 。h o h l l 、c h o 扩i j 。o a c a c o c h i a i 小组报道了三氟化硼乙醚中，3 硝基碘苯二乙酯能够将仲醇氧化成相 应的酮【6 l 】，其中三氟化硼乙醚作为一种l e w i s 酸，可以提高三价碘的氧化活性。 该反应可能经过两个步骤：首先，由于过量的底物醇存在，三价碘中心原子发生 迅速地配体交换，生成烷氧碘酸盐中间体。第二步为决速步骤，经过还原消除生 成碘苯，并伴随q c h 键的断裂生成相应的羰基化合物。 9 1 绪论 硕士论文 o h f， r 1 时 ( 过量) b f 3 e t 2 0 ，3 0 c 卜且一 为了进一步提高三价碘的氧化性能，反应体系中一般还要加入氮氧自由基化 合物( 如t e m p o 等) 或者其他活化试剂。a n t o n e l l ad cm i c o ，r o b e r t om a r g a r i t a 等人于1 9 9 7 年报道了在t e m p o 的参与下，p i d a 可以在室温下将伯醇、仲醇分 别氧化成醛、酮【6 2 】： 一t e m p o 沁a t ) p h i ( o a c ) 2 + r r t c h o h i ；二 p h i “汛c o + 2 a c o h c h 2 c 1 2 研究表明，p h i ( o a c ) 2 t e m p o 体系对伯羟基具有优异的化学选择性，可以 在有仲羟基存在的条件下选择性氧化伯羟基。因此，c j f o r s y t h 将该体系应用 于氧化多种功能型1 ，5 二羟基化合物，产物为相应的6 内酯 6 3 】。 另外，p i d a 作为氧化剂，加入单质1 2 作为助氧化剂，并以甲醇作为溶剂， 可以将底物醇氧化成相应的甲酯【6 4 1 。 o h l r i h p m ( o a c ) 2 ，1 2 m e o h ，r t ，s t i r o l l r l 户o m e l 、 与p h i o k b r 体系类似，在k b r 催化下，p h i ( o a c ) 2 也可以氧化仲醇生成相 应的酮，该反应所得酮的收率很高。当p h i ( o a c ) 2 k b r 体系用于氧化伯醇时，反 应产物一般为相应的酸，反应若以甲醇作为溶剂，往往可以得到相应的甲酯 5 4 1 ， 若改用n a b r 作活化剂，也可以得到类似的效果。 为了进一步提高反应的选择性，追求反应条件的绿色环保性，并实现碘化物 的可回收利用，一些学者把研究方向转向了研究新热点离子液体。w e i x i n g q i a n 、y o n g m i nz h a n g 小组报道利用 d i b m i m b f 4 型离子液体的脱氢性，将n - 甲基咪唑与4 溴代甲基碘苯反应，再经过过氧乙酸氧化制备出离子液体负载型二 乙酰氧基碘苯，应用于醇的氧化反应中1 6 5 】： 1 0 硕士论文 三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 o h i， r l k r 2 e 】删+ 田f 4 】。，3 0 c o ll一 r l o ：心妄 b f 4 。 推测可能是由于溶剂 e m i m b f 4 q b 存在少量的杂质b r - ，b r - 被i ( ) 氧 化成更具活性的b r + 中间体，将醇氧化成相应的羰基化合物，同时促进了b r - 的 循环再生。由此可见，在该反应体系中，离子液体起到了非常重要的作用，可以 保护所生成的羰基化合物不被进一步氧化。 i ( o a c ) 2 b ， o 近几年，一些学者从氧化剂p h i ( o a c ) 2 出发，合成出结构新颖并带有此活性 中心的三价碘试剂1 6 6 ，如： ( a c o ) ：z i ( o a c ) 2 ( 。旧) 2 i i ( o a 0 2 这些三价碘试剂为四面体结构，不发生聚合，具有良好的溶解性，能够在多 种溶剂中表现出很高的反应活性；且不易被降解，能够循环使用；易于制备，结 构便于鉴定，有广阔的工业化前景。 二( 三氟乙酸) 碘苯( p i f a ) p i f a 的性质与p i d a 相似，可以直接将p i d a 加入三氟乙酸中制得。在乙酸 水溶液中，p i f a 可以将苄醇氧化成相应的醛。 另外，p i f a 还被应用于很多其他的反应中，比如酚羟基的氧化反应【6 7 】，使 苯酚或苯酚醚类化合物发生分子内的氧化偶联反应生成二烯酮或双芳基化合物。 1 绪论 硕士论文 又比如氨基的氧化反应，p i f a 可使二胺类底物发生分子内反应，形成m 单 键，为吲唑杂环类化合物的合成提供了新的方法【6 8 】。在二氯甲烷中回流，p i f a 还可以对环状烯烃进行加成反应等等。 除了上述几种三价碘化合物之外，还有诸如p h i c l 2 、p h i ( o h ) o t s 等化合物， 并出现了更多新型的三价碘化合物，被越来越广泛的应用于醇氧化和其他的有机 合成反应中。 1 2 醇的催化氧化方法 根据反应过程中参与主体的不同，醇的催化氧化方法主要分为两类：醇在金 属配合物催化剂存在下的氧化和在非金属催化剂作用下的氧化。前者以非均相反 应为主，即使醇和催化剂在异相体系中接触并发生催化作用使氧化反应得以进 行，并得到相应的羰基化合物。而后者是在无金属参与的条件下进行氧化反应而 得到相应的羰基化合物，氧化过程可以是均相的，也可以是非均相的。 1 2 1 醇在金属催化剂作用下的催化氧化 醇在金属催化剂作用下的催化氧化主要是醇在过渡金属或稀有金属配合物 作用下的催化氧化，如p d 、r u 、c u 、v 、c o 等金属的配合物在醇的催化氧化方 面均有所应用【6 9 7 1 1 。 金属催化氧化过程中所使用的氧化剂，主要有有机过氧酸、有机过氧化物、 空气、0 2 、h 2 0 2 等。从环保和简化产物纯化步骤的角度看，以0 2 、h 2 0 2 和空气 为氧化剂在温和的条件下进行醇的选择性氧化成为研究的热点。 2 0 0 3 至2 0 0 8 年间，本实验室的刘霖博士对以分子氧为氧化剂，对 t e m p o c u c l 催化体系中的醇的选择性氧化方面作了一些探索【7 2 1 。制备离子液 体固定化t e m p o ( t e m p o i l ) ，并将其应用于t e m p o i l c u c l 催化体系，该 体系在离子液体中和无溶剂条件下的催化和循环使用性能均较好，能够高选择性 地氧化苄醇和烯丙醇为相应的醛、酮。经过研究表明除碳酸氢钠以外，其他无机 碱和有机碱均对t e m p o c u c l 催化体系有促进作用，其中吡啶、n - 甲基咪唑、 n a o h 的醇溶液的促进效果最为明显。并且进一步研究发现硝酸及其过渡金属盐 对该体系也有促进作用，分析认为硝酸及其过渡金属盐分解生成的氧化氮与制备 离子液体过程中残留的卤素离子是使反应速率提高的原因，由此发展出一个新 型、无过渡金属的催化体系砸m p o _ 饵时0 3 体系。 1 2 2 醇在高价碘化物作用下的催化氧化 前文已提及高价碘化物是优良的醇氧化剂，为了使反应更为经济实用，近几 年，研究者的目光又集中在如何实现高价碘化合物的催化量氧化这个问题上，并 1 2 硕士论文三价碘化合物氧化醇合成羰基化合物的研究 取得了一些进展。 在氧气中，t e m p o b r 2 n a n 0 2 体系能够催化氧化醇，用p l 0 2 来代替t e m p o 进行此反应，是第一个被发现的利用五价碘化合物所进行的醇的有氧氧化。据推 测，0 2 p h i o z m r 2 n a n 0 2 体系可能经历了三次循环；最终实现醇到对应醛、酮的 氧化【7 3 1 。 0 2 o l r l r 2 o h r l r 2 2 0 0 5 年，t h o m m f l c a r ak w m o d 小组报道，在o x o n e 的参与下，催化量的i b x 能够高选择性地氧化一级、二级醇到相应的醛、酮。并进一步研究发现，由邻亚 碘酰苯甲酸( i b a ) 或者邻碘代苯甲酸( 2 i b a c i d ) 替代i b x ，该反应也能够顺 利进行【7 4 】： r l i 、o h l i r 2 i ij 口3 o h l 、 r l ，。人。h i l8 0 - 9 5 r 2 ii io 办r 3 7 5 9 5 由此可以推测，该反应实际上是i b x 氧化醇到醛酮，同时o x o n e 不断的促 进i b x 、i b a 及2 i b a c i d 的循环再生，从而实现了i b x 的催化量氧化。如下所示： 2 0 0 5 年后，出现了关于催化量p h i ( o a t ) 2 进行氧化反应的报道【4 8 j 。o c h i a i 小组又发现若使用催化量的p h i ( o a t ) 2 ，并加入化学计量的间氯过氧苯甲酸 1 3 l 绪论 硕士论文 ( m c p b a ) ，在三氟化硼乙醚、水、醋酸的混合溶液中，可以实现乙酰氧基取代 羰基化物a 一碳上氢的反应 7 5 o 事实上，用催化量的p h l 来代替p h i ( o a t ) 2 也可 以完成该反应，而m c p b a 为实际消耗的最终氧化剂。 综上所述，高价碘化物的应用非常广泛，尤其是利用三价碘化物进行醇的氧 化方面的研究应用前景十分广阔，是值得进一步深入探讨和研究的。 1 3 本课题的目的意义和研究内容 1 3 1 本课题的研究目的和意义 综上所述，高价碘化合物是一种性能优良的氧化剂，它与某些无机类氧化剂， 如二价汞h g ( ) 、三价铊1 1 ( ) 、四价铅p b ( ) 和六价铬c r ( v i ) 的反 应性能相似，但具有无毒、不污染环境和反应条件温和等优点。另外，高价碘化 合物作为氧化剂的另一大优点是对底物的化学选择性极高，在含有多个官能团的 大分子中，能高选择性地氧化其中一个官能团，而对其他官能团没有影响，所以 它在合成一些药物和天然产物方面具有独特的优势。而醇的高选择性氧化一直是 一个引人关注的，有着广阔应用前景的研究内容。因此，本课题选择高价碘化合 物进行醇的氧化作为研究方向。 相比五价碘化合物，本课题采用更加稳定更加温和的三价碘化合物，通过对 三价碘化合物氧化性能的改进，在n 氧自由基化合物或其他助氧剂的参与下， 对反应条件温和、环境友好的、高选择性的醇氧化体系进行深入研究。为了提高 其经济效益，本实验将三价碘化合物负载于聚苯乙烯上，将并制备离子液体负载 的n 氧自由基化合物，以实现催化氧化体系的循环利用。本论文重点探讨该双 负载体系对芳香醇、脂肪醇、环烷基醇、杂环醇等的氧化性能以及选择性。 1 3 2 本课题研究的主要内容 1 研究p h i ( o a c ) 2 t e m p o 氧化体系对醇氧化的性能、选择性和普适性。进 一步优化该体系，提高其选择性和氧化产物的收率，以实现芳香醇、脂肪醇、环 烷基醇、杂环醇等到对应醛、酮的转化。 2 制备聚苯乙烯负载的p h i ( o a c ) 2 ( p s d i b ) 和离子液体负载的t e m p o ( t e m p o i l ) ，利用p