（有机化学专业论文）新型有机非离子超强碱的合成和表征.pdf

摘要 有机非离子强碱由于其在有机溶剂中的可溶性及在现代有机催化反应高效性而倍 受有机合成工作者的青睐。p r o a z a p h o s p h a t r a n e s ，又称v e r k a d eb a s e ，是一种由n p 作为 桥头原子形成的具有双环结构的非离子超强膦碱，其结构特点是磷原子作为供电子中心 形成其超强碱性。其促进的有机转化反应为均相反应，通常很少有使用离子碱常伴随的 副反应发生。 本文详细介绍了合成了各种不同结构的四胺、四胺衍生物方法：( 1 ) 用乙酰基来保护 端位伯胺。在回流条件下，乙酸乙酯与二乙烯三胺( 摩尔比为4 ：1 ) 反应生成酰胺保护两 端伯胺基，得到了n 乙酰基乙二胺、n ，n 3 一二乙酰基- - g _ , 烯三胺；( 2 ) 合成t - - 种氮川四 胺；仲胺与丙烯腈在回流条件下发生加成反应生成含腈基的中间体，用r a n e yn i 催化 水合肼还原腈基，水解去掉酰胺保护基，得到第一种不对称氮川四胺二( 2 一氨基乙 基) 一( 3 氨基丙基) 胺；第二种不对称氮川四胺二( 3 氨基丙基) ( 2 氨基乙基) 胺的 合成是以n 乙酰基乙二胺为原料，与丙烯腈加成，然后r a n e yn i 催化水合肼还原腈基， 水解脱酰基得到；以氨水、丙烯腈为原料，通过加成反应，得至0 z ( 2 一腈基乙基) 胺，还 原后得到第三种原料：- - ( 3 氨基丙基) 胺；( 3 ) 合成了三种取代四胺。直接还原腈基和两 端的酰胺，即锝到二乙基取代的二( 2 一氨基乙基) 一( 3 一氨基丙基) 胺。过量的异丁醛与- - ( 2 氨基乙基) ( 3 氨基丙基) 胺、- ( 3 一氨基丙基) 一( 2 氨基乙基) 胺反应后经过硼氢化钠还原， 经分离提纯后可以得到两种三异丁基取代的不对称四胺。 以上合成的- - ( 3 氨基丙基) 胺( t r p n ) 、二取代和三取代的四胺用三氯化磷和自制的六 乙基亚磷酰胺( h e p t ) 关环，在乙腈中生成四种相应的超碱盐；选取其中一例用叔丁醇钾 夺取超碱盐中的h c i ，得到具有超强碱性的有机非离子碱。 关键词：v e r k a d eb a s e ；非离子超强碱盐；非离子超强碱；四胺；有机合成 s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fn e w n o n - i o n i cs u p e r b a s e s y a n gh a i q i n ( o r g a n i cc h e m i s t r y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h a n gx i a o y u na n dp r o f x i ad a o h o n g a b s t r a c t o r g a n i cn o n i o n i cs u p e r b a s e sh a v er e c e i v e dg r e a ta t t e n t i o nd u e t ot h e i rg o o ds o l u b i l i t yi n o r g a n i c s o l v e n t sa n d h i g hc a t a l y t i ce f f i c i e n c y i nm o d e m o r g a n i c t r a n s f o r m a t i o n s p r o a z a p h o s p h a t r a n e s ，a l s o k n o w na sv e r k a d eb a s e ( ak i n do f s t r o n g n o n i o n i c p h o s p h o r u s b a s e s ) f e a t u r e s as t r u c t u r eo fb i c y c l i cr i n g sw i t hn pa t o ma st h eb r i d g e p h o s p h o r u sa t o mi st h ec e n t e r t op r o v i d ee l e c t r o n sf o rt h eb a s i c i t y o r g a n i cr e a c t i o n s m e d i a t e db yp r o a z a p h o s p h a t r a n e sa r eh o m o g e n e o u sa n dg e n e r a l l yg o e ss m o o t h l yw i t h o u t s i g n i f i c a n ts i d er e a c t i o n s ，w h i c hi so f t e np r o b l e m a t i cf o ra ni o n i cb a s e s - m e d i a t e dr e a c t i o n t h i st h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a n s ：c h a p t e r l ，i n t r o d u c t i o n ；c h a p t e r2 ，s y n t h e s i so f t e t r a m i n e s ；c h a p t e r3 ，s y n t h e s i so fn s u b s t i t u t e dt e t r a m i n e s ；c h a p t e r4 ，s y n t h e s i so fn o v e l n o n i o n i cs u p e r b a s e s t h et a r g e tp r o d u c t sa n di n t e r m e d i a t ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db y e l e m e n t a la n a l y s i s 、i r 、1 hn m r 、1 3 cn m ra n d3 1 pn m r p t c v a r i o u sp r o t o c o l sw e r ed e v o l e p e di nt h i st h e s i sf o rt h es y n t h e s i so ft e t r a m i n e s ，t h e i r d e r i v a t i v e sa n ds u p e r b a s e s s u c ha s 1 ) u n d e rr e f l u xc o n d i t i o n ，t h ep r i m a r ye n da m i n og r o u p sw e r ef i r s tp r o t e c t e db ya c e t y l g r o u p s ，t h r o u g ht h er e a c t i o no fa m i n ew i t he t h y la c e t a t e ( m o l a rr a t i ow a s1 ：4 ) t h es e c o n d a r y a m i n og r o u pr e a c t e dw i t ha c r y l o n i t r i l et of o r mt h en i t r i l ei n t e r m e d i a t e t h en i t r i l eg r o u po f t h ei n t e r m e d i a t ew a sr e d u c e db yh y d r a z i n ei nt h ep r e s e n c eo fr a n e yn i ，t h e nt h ea c e t y l g r o u p sw e r eh y d r o l y z e d ，t h ef i r s tt r i p o d a lt e t r a m i n eb i s ( 2 一a m i n o e t h y l ) - ( 3 一a m i n o p r o p y l ) a m i n e w a so b t a i n e d 2 ) t h es e c o n dt r i p o d a l t e t r a m i n e b i s ( 3 一a m i n o p r o p y l ) 一( 2 一a m i n o e t h y l ) a m i n e w a s s y n t h e s i z e ds t a r t i n g f r o m n a c e t y l e t h y l e n e d i a m i n e ，t h r o u g h a d d i t i o nr e a c t i o nw i t h a c r y l o n i t r i l e ，f o l l o w e db yh y d r o g e n a t i o na n da m i d o h y d r o l y s i s 3 ) t r i ( 3 一a m i n o p r o p y l ) a m i n ew a sp r e p a r e db yt h ea d d i t i o no fa m m o n i a 、i ma c r y l o n i t r i l e ， f o l l o w e db yh y d r o g e n a t i o n 4 1t w ot r i i s o b u t y l s u b s t i t u t e dt e t r a m i n ew e r eo b t a i n e dt h r o u g ht h ea d d i t i o n r e d u c t i o no f e x c e s si s o b u t y r a l d e h y d e 晰t hb i s ( 2 一a m i n o e t h y l ) 一( 3 - a m i n o p r o p y l ) a m i n e ，t r i ( 3 - a m i n o p r o p y l ) - ( 2 - a m i n o e t h y l ) a m i n e ，r e s p e c t i v e l y t o s y n t h e s i z e t h e s u p e r b a s e ，t h e a f o r e m e n t i o n e dd i s u b s t i t u t e da n dt r i s u b s t i t u t e d t e t r a m i n e sr e c a c t e dw i t hp h o s p h o r u st r i c h l o r i d ea n dp ( n e t 2 ) 3 ( h e p t ) i na c e t o n i t r i l e ， a f f o r d i n gt h ec o r r e s p o n d i n gs u p e r b a s es a l t s ，w h i c ht h e nw e r ec o n v e n e dt ot h ec o r r e s p o n d i n g s u p e r b a s e sb yd e h y d r o h a l o g e n a t i o n i tw a sa l s of o u n dt h a tt h et e t r a m i n et r i ( 3 - a m i n o p r o p y l ) a m i n e ( t r p n ) c o u l db er e a c t e dw i t h p h o s p h o r u st r i c h l o r i d ea n dh e p tt og e n e r a t es u p e r - b a s es a l td i r e c t l y ，a l t h o u g hi t sf r e eb a s ei s n o ts t a b l ee n o u g ht ob ei s o l a t e d k e yw o r d s ：v e r k a d eb a s e ；n o n i o n i cs u p e r b a s e ；p r o a z a p h o s p h a t r a n e ；t e t r a m i n e ；o r g a n i c s y n t h e s i s 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 拯迄銎 日期：妒7 年占月7 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版和 电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学 位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印， 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手 段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：拉洽苓一一 指导教师签名：j 弩望l 日期：2 0 7 年6 月7 e 1 日姆：硼耸多只卜 中国石油大学( 牛东) 硕上学位论文 第一章绪论 1 1 前言 p r o a z a p h o s p b a t r a n e s 又称v e r k a d eb a s e ，是一类新型的有机非离子超强碱，由于其 催化反应条件的温和性和催化转化的高效性引起了人们广泛的关注。本章综述了 v e r k a d eb a s e 的结构、种类及作为超强碱和膦配体在有机合成反应中的应用，对合成新 型非离子超强碱的前期物质的合成也进行了研究。 1 2 有机非离子强碱 1 2 1 常见非离子碱简介 有机非离子强碱( 0 n 图1 一l 所示) 己被几代有机化学家所应用，常见的为胺碱或亚胺 碱，可催化的有机反应主要有：脱卤化氢反应【l 】，h e n r y 反应【2 1 ，硅烷化反应【3 1 以及乙醇 的酰基化反应1 4 1 等。 哥田 p r o t o ns p o n g e d b nd b ut b dm t b d p k a 1 8 1 82 3 7 92 4 3 22 5 9 62 5 4 3 r ( 珂l n 勇 p r o a z a p h o s p h a t r a n e 3 2 9 3 4 4 9 f m e 、m e 蟛：；：m t 弋鲥、m ： 图1 - 1 常见有机非离子强碱 f i g 1 - 1u s u a lo r g a n i cu o n i o n i cs u p e r b a s e v e r k a d eb a s e 可用于以前诸如n a h ，t - b u o n a ，和l d a ( 二异丙基氨基锂) 等强离子 碱受限的反应中。由v e r k a d eb a s e 促进的有机转化反应为均相反应，通常很少有离子碱 常伴随的副反应发生，粗产品的纯度一般超过9 5 1 5 】，简化了产物的纯化步骤。 此外，有机膦化合物是一类非常好的配体，与过渡金属配位形成的催化体系要比胺 的催化体系优越的多，女1 ( c 6 h s ) 3 p 3 r h c l 这种配位络合物在有机催化反应中具有重要的 意义。v e r k a d eb a s e 由于本身结构的特定性而具有强给电子性和弱亲核性，又因v e r k a d e b a s e 的体积大，使它具有很好的配体特性。采用v e r k a d eb a s e 作为配体，能够有效地的 第一章绪论 提高催化体系的催化活性和选择性。 1 2 2v e r k a d eb a s e 简介 v e r k a d eb a s e 结构如图l 一2 所示，1 9 8 9 年v e r k a d e 等人首次报道了第一个v e r k a d e b a s el a 的合成1 6 1 ；目前应用较多的是v e r k a d eb a s e l e - - p ( i b u n c h 2 c h 2 ) 3 n ，其名称为： 2 ，8 ，9 - 三异丁基- 2 ，5 ，8 ，9 一四氮一1 一磷二环【3 3 3 】十一烷。 r 商落r = r 三= 懿h ：la j 之黪r ，-釜=r=莓i-bu=1：lde戮r= r 。= p i v ：1 f 。”。“。 1 n h 够 1 j 图l - 2 v e r k a d e b a s e 结构 f 嘻1 - 2t h es t r u c t u r eo fp r o a z a p h o s p h a t r a n e s i 蚓x v e r k a d eb a s e 是一类有机非离子超强膦碱，其质子化共轭酸h p - n 状态的p k a 值为 3 2 3 4 7 ，其相应盐中的p h 键只有通过叔丁氧基负离子这样的强碱才能使其发生去质子 化反应。v e r k a d eb a s e 在结构上非常特殊，由于轴氮原子与亚甲基质子间的范德华力作 用而呈现出扁长的结构( 见图1 2 中的阳离子结构2 ) ，橄榄球形的v e r k a d eb a s e 的p n 端被压扁，且底部轴氮原子被往上折叠，但跨环供电子效应并没因氢质子而受到影响， f 、x 能够稳定这种h p - n 结构。晶体结构数据表明，在2 中桥头磷原子与轴氮原子之 问的距离为2 0 a j 8 ，比这些原子间的范德华半径3 4 a 要短很多，但比p n 共价键( 1 8 5 a ) 仍要长一些。与常规膦碱不同的是，通常膦碱的质子化发生在p = n r 中的氮原子上，并 且在分子中正电荷转移到p - n r 2 的氮原子上f 9 1 ，v e r k a d eb a s e 的质子化发生在p 原子上， 而且也发生正电荷向n 原子转移，反应生成得到质子化大体积阳离子2 ，伴随生成的阴 离子是外裸的，因此其活性就更高。v e r k a d eb a s e 这一系列的应用研究填补了离子碱和 非离子碱在化学计量反应和催化应用上的空白【1 0 】。 1 3v e r k a d eb a s e 的合成 1 类型的v e r k a d eb a s e 已经可以足够量的合成，由于l b ，1 d ，1 e 的特殊有效性，它 们在a l d r i c h 化学公司已商品化。尽管这一系列的化合物在结构上非常相似，但它们在 作为催化剂和作为化学计量碱的应用上有着显著的不同。目前需要深入研究的是确定效 中国“油大学( 华东) 硕士学位论文 果最好的v e r k a d eb a s e ，如今研究最多的是l e 。 1 e 的一般合成步骤为：首先，经由三( 2 一氨基乙基) 胺通过简单的醛胺缩合反应制得 相应的底物z ( 2 氨基乙基) 胺；然后，底物三( 2 氨基乙基) 胺可以转化为相应的单取代， 二取代和三取代的四剧5 , 6 , 1 1 , 1 2 】；接着，利用六甲基亚磷酰胺进行关环反应生成相应的 h p n 类化合物( a z a p h o s p h a t r a n e s ) ；最后，利用t - b u o n a 等离子强碱使h p n 去质子化 得到相应的v e r k a d eb a s e i 7 , s , 9 】。但是由于合成该碱条件的苛刻性和不确定性，至今关于 v e r k a d eb a s e 的合成总体进展有限。 1 3 1t r c n 的合成 - - - ( 2 一氨基乙基) 胺( 简称t r e n ) 是一类重要的医药及化工中间体，是常见的螫合剂，它 对多数金属离子具有较强的螯合能力，形成的螯合物具有较强的热稳定性，在水的软 化、工业清洗、解毒药物、分离分析和萃取等过程中应用广泛。同时，在金属酶的模 拟、金属离子的富集分离、新材料的丌发等方面亦具有重要的使用及研究价值。 目前关于t r e n 的合成方法总体来说有以下几种： ( 1 ) 三乙醇胺与二氯亚砜反应制备t r e n 0 3 l 三乙醇胺和二氯亚砜反应，经邻苯二甲酰亚胺钾作用后，再经盐酸酸化得t r e n 的盐 酸盐。 限制 o n ( c h 2 c h 2 0 h ) 3 + c i s i i c i 竺竖n ( c h 2 c h 2 n h 2 ) 3 h c l ( 1 ) 这一方法并未能得到纯t r e n ，而且所用溶剂氯仿、d m f 较贵，使其在应用中受到 ( 2 ) 从三乙烯四胺中提取t r e n 向烧杯中称入市售三乙烯四胺，后加入乙醇，搅拌溶解，冰盐浴冷却至0 ，向其 中缓慢滴加浓盐酸，不断过滤出得到的雪花状固体，直至下次滴加浓盐酸操作中瞬问产 生大量粘稠物质。将所得到的雪花状固体进行重结晶，用乙醚洗涤后即得t r e n 的三盐酸 盐【1 4 】。但国内市售三乙烯四胺中t r e n 的含量较低，这一方法也值得探讨。 前两种方法均未能直接得到t r e n 纯产品，只得出了t r e n 的盐酸盐。 ( 3 ) 邻苯二甲酰亚胺与l ，2 一二溴乙烷反应在氨气作用下生成t r e n 江西宜春学院化学系的梅光泉提出了这一方法【1 5 】。 第一章绪论 k o h - - - - l 卜 c 2 1 1 5 0 l 1 b r c h 2 c h 2 b r - - - - - - - - - - - c 2 h 5 0 h ，1 8 0 1 9 0 c c s 2 c h 2 c h 2 b r 三塑； 1 4 0 1 5 0 c h 2 c h 2 ) 3n 蔫 h g ；旦n 2ch2nhn(ch2ct12nh2)3(ch 2 ) 3 ( t r e n ) 2 c h 2 ) 3n 再矿 h c ；= n2 c h 2n ) 图1 3 制备t r e n f 喀1 - 3t h es y n t h e s i so ft r e n 这一方法底物价格昂贵，且所得产品纯度不高。 ( 4 ) 霍夫曼降解制备t r e n - 先用氨水与丙烯腈反应生成氮川三丙酰胺，然后用次氯 酸钠或者次溴酸钠与之发生h o f f m a n 降解反应制备出t r e n1 1 6 。 c h 2 c h 2 一c o n h 2 n h 3 + 3 c h 2 2 c h c o n h 2 - ， n c h 2 c h 2 c o n h 2 c h 2 c h 2 c o n h 2 c h 2 c h 2 一c o n h 2 n - c h 2 c h 2 一c o n h 2 + 3 n a o c ! + 6 n a o h 、c h ，c h ，c o n h ， 。 c h 2 c h 2 n h 2 n _ c h 2 c h 2 n h 2 + 3 n a c i + 3 n a 2 c 0 3 + h 2 0 h 2 c h 2 n h 2 图1 _ 4h o f f m a n 降解制备t r e n f i g 1 - 4t h es y n t h e s i so ft r e nb yh o f f m a nd e g r a d a t i o n 1 3 2 取代基t r e n 的合成 ( 1 ) 三异丁基t r e n 的合成 t r e n 与过量2 0 的异丁醛在正丁醇中反应生成西弗碱，然后用n a b h 4 还原生成物， 得到三异】一基t r e n l l7 1 。 n ( c h 2 c h 2 n h 2 ) 3 + 3 卜h o 母告n ( c h 2 c h 2 n h c h 2 c h m e 2 ) 3 ( 2 ) ( 2 ) 三叔戊基t r e n 的合成 t r e n 与新戊醛( 摩尔比为1 ：4 ) 的叔丁醇溶液反应后用n a b h 4 还原，t l c 跟踪至反应 完全，处理后经减压蒸馏收集1 6 0 c 2m m h g 馏分即为三叔戊基t r e n l l8 1 ，如果加入的t r e n 与新戊醛摩尔比为1 ：3 ，则得到5 1 的三叔戊基t r e n 和4 3 的叔戊基t r e n ，如反应( 3 ) 4 中国_ = f i 油人学( 华东) 硕i 二学位论文 所表示。 n n h 2 ) ，羔3n湍芈(+洲n+甜nrnh2aoh5 0 ii n 3 丽赢面丽瓦一( 十n h 书n + 十辩 v n p n h ) ， 1 1、 7 5l43 ( 3 ) ( 3 ) 单、双、三异丙基t r v n 的合成 t r e n 与丙酮以摩尔比l ：3 2 反应得到单、双、三异丙基三种取代t r e n 的混合物，通 过这三种物质在碘化钠溶液中的溶解度不同，逐步分离得到纯净的三种物质i 瞎】。 n n h 2 ) ，司! a c e t o n e n ( c h 2 c ，h ：n h f 嘞+ h 2 旷一n r 科 l c ；而在相同条件下，六甲基亚磷酰胺 只能给出低产率的二聚体，催化剂不能用于循环利用，且产品中杂质含量较高。对于已 知的可用于催化此类反应的路易斯碱，已有的反应机理认为催化剂的催化活性取决于碱 中间体两性离子的碱性和稳定性。对于v e r k a d eb a s e i b ，3 1 p n m r 和质谱数据都表明， 可能的反应途径如反应4 所示： l b 爿新一函a r ，、之 职一海 1 2 “ 【4 ) 1 4 1 2p 羟基腈化合物的合成 b 一羟基腈化合物是一类非常有用的有机合成中间体，可用于1 ，3 一氨基醇类化合物 的合成。这类中间体的制备方法较多，但现存的方法无一例外的有诸多缺陷，如：产率 不高，催化剂或所需溶剂有毒，易燃易爆，所需反应时间长，多步反应或者需要在低温 下进行1 2 9 】。 研究发现，v e r k a d eb a s e 如1 b ，l d 和1 j 都能有效地催化醛类和乙腈的反应( 见反应 5 ) 【3 0 1 ，相应的p 羟基腈化合物产率很高。这类反应与仅，p 不饱和腈类化合物的合成非 常类似，在2 2 当量的m g s 0 4 存在下，反应混合物停留在生成p 一羟基腈化合物这一步。 酮类化合物发生此类反应只单一给出d 一羟基腈化合物，这或许是因为产生的三基醇的空 间位阻效应阻止了进一步的去质子化反应；另一方面，由二级醇生成的醛类化合物，由 8 中国彳i 油大学( 华东) 硕上学位论文 于立体位阻较小，因此易发生去质子化反应生成一定量的，p 不饱和腈类化合物：对 于一级醛只发生a l d o l 缩合反应。另外，当芳香醛类化合物选择性下降时可通过降低反 应温度来获得较高的产率。 r 足r ，+ c 吃m 0 2 e q v p r o a z a 峪p h o 。s p 。h a t r a n e - ( 5 ) 1 4 1 3a , p 不饱和腈类化合物的二聚反应 烯烃二聚体是合成共聚物的一个重要原料来源，因此合成烯烃二聚体的研究也受到 广泛的关注。0 l ，b 不饱和腈类化合物转化为戊二腈的反应已经有较多研究，但其产率都 很低，且应用范围也十分有限【3 i 】。 在v e r k a d eb a s e l b 或l j 存在下，乙腈与二级醛直接反应生成a , 1 3 - 不饱和腈类化合物， 继续反应可得0 t ，1 3 不饱和腈的二聚体，如反应6 所示，这一反应效率很高，如：催化底 物1 环己烯基乙腈时，9 0 的1 环己烯基乙腈发生了单一性二聚反应，其余的1 0 发 生单一的重排反应【3 2 】。 r 3 0 m 0 1 p r o a z a p h o s p h a t r a n e c n + r r c h c h o 1 赢丽薪五一【r k c n 】一霉 ( 6 ) n a ) ：二二：二) ( _ 二c i y r x n 。7 ， 9 髫 第一章绪论 乙胺- - 氧化硫和氯磺酸也能使醛肟脱水形成腈类化合物，但这些反应试剂却需要在低温 下制备。 1 b 和1 d 在温和条件下高产率的催化醛肟脱水成腈反应，不论是脂肪族还是芳香族 醛肟( 见反应8 ) t 3 4 1 。在0 4 当量的l b 或0 3 当量的l d 存在下，脂肪族醛肟室温下2h 就 可完成反应，而芳香族醛肟需在6 0 时反应3 4h 才能完成转化i 3 4 1 。 1 bo rl d r c h 2 n 。h ：夏；：i _ ：意r - c n + h 2 0 ( 8 ) 1 4 3 醛酮的其他反应 虽然上面几节中也涉及到醛酮化合物，但醛酮类化合物在v e r k a d eb a s e 催化作用下 另可发生其他特殊的反应。 1 4 3 1 芳香醛的烯丙基化反应 羰基化合物的硅氢化反应是一种合成醇类化合物的有效方法，同时也可引入不对称 合成反应，不对称合成需用到手性二级醇或手性氨基醇与有机硅试剂的混合物。目前越 来越普遍的利用聚甲基氢硅烷( p m h s ) 在催化剂作用下实现亚胺、叠氮和酯类化合物的 降级反应。 在路易斯酸存在下，利用烯丙基硅烷与醛加成制备高烯丙基醇的反应已有了深入的 研究【3 5 】，在此条件下，碳碳键的生成非常容易。另有研究发现，在路易斯碱的催化下也 可进行醛的烯丙基化反应；见诸报道的路易斯酸已有许多，但路易斯碱只发现了一种， 即：氟化物的回流t h f 体系1 3 6 】。最新研究发现，低于化学计量比的v e r k a d eb a s e l d 可 平稳的催化一系列醛的烯丙基化反应( 见反应9 ) 【3 7 1 。 八s i m e 3 - i - r c h o 2 0 m 0 1 1 d t h f r t 4 0 1 4 3 2 醛的氧原子转移成环氧化合物 环氧化合物的制备是一类很重要的有机合成反应，般足用烯烃和过氧化合物制备 环氧化合物【3 引，但是当反应分子中含有易被氧化的基团时，就不能用此类方法合成环氧 化合物。应用h m p t ( 六甲基亚磷酰胺) 可将含吸电子基团的芳香醛转化为相应的环氧化 合物1 3 9 1 ，但是这一反应选择性很低，所得顺反异构体混合物中反式与顺式之比为l ：1 到 2 6 ：1 。关于这一反应的其他尝试除立体选择性差外，还伴随有副反应，产率低，试剂有 毒等不利囚烈4 0 。然而，v e r k a d eb a s e 却可催化此类转化，选择性的生成反式异构体， 如反应1 0 所示，反应在苯巾进行，反式异构体选择性从9 6 ：1 到1 0 0 ，当反应使用酮 l o 中固石油人学( 华东) 硕上学位论文 为底物时，无论是1 b 还是h m p t 都没有环氧化合物生成1 4 1 】。 29 洲。塑型塑 沁| ， 卢 呵 o ( 1 0 ) 1 4 4v e r k a d eb a s e 作为配体的应用 v e r k a d eb a s e 除本身超强碱性可用作催化剂外，由于其结构的特殊性，非常适合作 为配体用于金属离子的催化体系，其配体特性比三苯基膦更为优越。v e r k a d eb a s e 作为 有效配体的原因是，v e r k a d eb a s e 中轴氮原子可以向磷原子提供电子，从而磷原子的强 供电子性能就可以使形成的中问体更稳定。 1 4 4 1p d v e r k a d eb a s e 催化体系 关于p d 催化体系的研究引起越来越多人的重视，p d 是活化各类有机卤化物的有效 金属元素，将p d v e r k a d eb a s e 催化体系引入含卤有机化合物的各类反应均得到很好的 实验结果。 b u c h w a l d h a r t w i g 反应 p d 催化卤代芳烃的b u c h w a l d h a r t w i g 反应近年来已发展成为合成含取代基的芳胺的 有效途径4 8 1 ，但却不能有效催化活性较低的氯代芳烃的胺化反应 4 2 , 4 3 】。p d v e r k a d eb a s e 是催化卤代芳烃发生b u c h 、a l d h a n w i g 反应的高效催化体系【4 4 ，4 卯，除可高效催化活性高 的溴代芳烃和碘代芳烃，也能够催化价廉易得的氯代芳烃的胺化反应。 p d p ( i b u n c h 2 c h 2 ) 3 n 催化体系可用于各类氯代芳烃的取代反应，芳环其它取代基 可以是吸电子基闭，电中性基团，也可以为供电子基团；参与反应的胺包括：脂肪胺， 芳胺和有位阻效应的胺。另外发现，p d v e r k a d eb a s e 催化体系也可高效催化乙烯基溴或 氯化物的氨化反应( 见反应11 ，1 2 ，1 3 ) 1 4 4 4 6 】，反应生成相应的烯胺或亚胺类化合物【5 2 】。 妒a + 纛f 一p 岬) r ” 当剖+ 州假) r 1 葡丽：函f 一娄剖 一toluene80。c ( 1 1 ) 一t r 4 = h 勉丫1 叫r 3 氏少5 1 4 4 2p t v e r k a d eb a s e 催化体系用于端基炔烃的硅氢化反应 ( 1 2 ) ( 13 ) i 人 尉邮 yx 盯 第章绪论 v e r k a d eb a s e 除可用作p d 的有效配体外，也可用于p t 的有效配体。炔烃的催化硅 氢化反应是一种合成乙烯基硅烷非常便利和直接的方法，而乙烯基硅烷作为有机合成中 一类非常重要的基体【4 7 1 ，近年来受到密切的关注。从第一例利用s p e i e r s 催化剂催化炔 烃硅氢化反应报道以来1 4 8 】，许多催化剂被开发应用于类似的转化过程4 9 1 。由于端基炔烃 的硅氢化反应有得到三种乙烯基硅烷( 1 3 一t r a n s ，p c i s 和) 的混合物的可能，所以此类转化 考虑的重点是区域选择性和立体选择性。因此，目前急需的是一类能够高选择性的合成 特定乙烯基硅烷的催化剂体系，这仍是目前有机合成方面面对的巨大挑战i 5 0 1 。大多数情 况下，选择性受到许多方面的影响，包括炔烃的种类，硅烷的种类和金属的类别，另外 溶剂和温度等反应条件也会影响选择性。在上述影响因素中，通过利用大体积配体降低 金属中心催化活性或者通过增加立体效应来提高选择性是最为可行的5 0 1 。实验表明： v e r k a d eb a s e 可用作p t 的有效配体，p t ( d v d s ) v e r k a d eb a s e 催化剂体系能够高效高立体 选择性的催化端基炔烃的硅氢化反应，反应产物为选择性非常好的反式异构体或0 【异构 体( 见反应1 4 ) 1 5 0 , 5 1 1 。 飞一haph3 -i-2 o m i n吖沪h 3 + m ， 飞+ s 掣l 一、。p 邢u ”一p h 3 s ；户 o - 48 - ( e )ar 14 、 1 5 不对称四胺的合成 合成v e r k a d eb a s e 的起始物质都是三( 2 氨基乙基) 胺( 即t r e n ) ，考虑到原料结构的变 化会对该类型碱的性质有一定的影响，本文除了关注不同取代基氮川四胺的合成，还查 阅了多种类似结构的不等臂氮门l 四胺的合成，如淮海工学院的高建、许兴友等人利用丙 烯腈和氨水合成t z ( 2 氨基乙基) 胺，此物质为合成t r p n 的前期物质；利用丙烯腈和二 ( 2 氰基乙基) 氨基乙腈、二( 氰基甲基) ( 2 氰基乙基) 胺分别合成了- ( 3 一氨基丙基) 一2 一氨基 乙基胺和二( 2 一氨基乙基) ( 3 氨基丙基) 胺1 5 2 , 5 3 , 5 4 。 1 5 1 - - ( 2 一腈基乙基) 胺的合成i 5 2 1 浓氨水与丙烯腈在回流条件下反应6 0h ，液态产物用乙醇重结晶，得到白色针状晶 体即为目标产物。 3 c h 2 = c h c n + n h 3 n c h 2 c h 2 c n c h ) c n c h ， c h 7 c h ，c n 1 5 2 合同2 - - ( 3 一氨基丙基) 2 氨基乙基胺5 3 1 1 2 ( 15 ) 中国石油人学( 华东) 硕 ：学位论文 0 ) - - ( 2 氰基乙基) 氨基乙腈的合成 称取定量的氨基乙腈盐酸盐溶于水，以对应量的n a o h 水溶液中和后倒入圆底烧瓶， 机械搅拌，室温下加入过量的丙烯腈，在一定温度下加热数小时后，减压蒸出水及过量 的丙烯腈，液态产物放置过夜后固化，产物在无水乙醇中重结晶，过滤干燥后得白色针 状晶体，熔点4 8 - - - - 4 9 。 ( 2 ) - - ( 3 氨基丙基) 一2 氨基乙基胺的合成 将上步所合成的- - ( 2 氰基乙基) 氨基乙腈溶于乙醇后投a 2l 容积的压力釜，加入适 量的复合催化剂，依次以氮气、氢气排空后，使釜内充氢2 5m p a ，于3 0 反应致氢化 过程结束。卸压出料后滤除催化剂，减压蒸馏回收溶剂，得化合物2 氨基乙基二( 3 氨 基丙基) 胺，淡黄色油状物( 见反应16 ) 。 2 c h z h 蜊+ n h 2 c h 2 c n n 鼢c h 2 c h 2 洲c n 催化剂c h 2 c h 2 c h 2 n h 2 高压加氢 c h 2 c h 2 n h 2 ( 16 ) j ，- = _ 一， 1 5 3 合成二( 2 氨基乙基) - 3 氨基丙基胺【5 4 j ( 1 ) 二( 氰基甲基) - 2 - ( 氰基乙基胺) 的合成 二( 氰基甲基) 胺与适量的氢氧化苄基三甲基铵的混合物在搅拌条件下加入丙烯腈回 流4 0h 后得到固体，用无水乙醇重结晶后得到白色针状固体。 ( 2 ) - - ( 2 一氨基乙基) - 3 ( 氨基丙基) 胺的合成 把上步所得的晶体溶解在乙醇中，在压力釜用适量的复合催化剂( 自己制备) ，依次 以氮气、氢气排空后，使釜内充氢至2 5m p a ，于4 0 反应至氢化过程结束。卸压出料 后滤除催化剂，减压蒸馏回收溶剂，得标题化合物( 见反应l7 ) 。 州啦c 攀n 笛攀n 茹 c h 2 c h 2 c n c h 2 c h 2 c h 2 n h 2 ( 17 ) 1 6 本章小结 v e r k a d eb a s e 是一类特殊的非离子超强碱，v e r k a d eb a s e 和h p n 可用于以前诸如 n a i l 、t b u o n a 、l d a 和n a h m p s 等离子碱受限的反应中，且反应为均相。由v e r k a d eb a s e 促进的有机转化反应选择性就更好，通常很少伴随有副反应( 如离子碱常伴随的副反应) ， 第一章绪论 粗产品的纯度一般超过9 5 ，间接促进了产物的纯化。v e r k a d eb a s e 的超强碱性和弱亲 核性，对于v e r k a d eb a s e 这一系列的应用研究填补了离子键和非离子碱在化学计量反应 和催化应用上的空白。在作为催化剂应用中，各类v e r k a d eb a s e 的应用效果并不一致， 因此有必要通过改变取代基团，尤其是改变与磷原子相接的氮原子上的取代基，以期获 得活性更好的化合物。 有机膦化合物在作为n ，p d ，r h 等贵金属的配体方面的研究越来越多，目前应用 最多的如三苯基磷。研究发现p 洲| e r k a d eb a s e 催化体系在用于以往的p d 催化的有机反 应中，催化效果比以往催化体系高效得多，一方面可以催化一些以往活性太低而不与采 用的反应底物，如：p d v e r k a d eb a s e 催化体系可催化多类有机氯化合物的反应，价廉宜 得的有机氯化合物就可替代相应的溴化物和碘化物1 5 5 】；另一方面，由于v e r k a d eb a s e 是 一类大体积配体，催化反应过程中就涉及区域选择性和立体选择性，如：p t ( d v d s ) v e r k a d eb a s e 催化剂体系能够高效高立体选择性的催化端基炔烃的硅氢化反应，反应产 物为选择性很好的反式异构体或仅异构体【5 6 】。 手性v e r k a d eb a s e 也更多地被合成出来，不论作为手性催化剂还是作为手性配体都 有很深远的研究意义。另外，发现手性v e r k a d eb a s e 是一类极好的标记化合物，可以通 过3 1 p 谱和1 h 谱对手性叠氮化物对映体进行测定f 5 7 1 。 在循环利用方面，由于v e r k a d eb a s e 通常在反应中转