（有机化学专业论文）钐试剂及baylishillman加成物在有机合成中的应用.pdf

浙江大学理学博士论文 中文摘要 本论文共分三章。第一章对钐试剂促进的有机反应和b a y l i s h i l l m a i l 反应在 有机合成中的应用作了简要介绍；第二章研究了二碘化钐促进的还原消除反应； 第三章研究了b a y l i s h i l l i n a n 加成物参与的立体选择幽均转化反应。 第一章主要是两部分内容：第一部分介绍了钐试剂促进的有机反应和常见 钐试剂的种类，以及二碘化钐促进的有机反应和直接使用金属钐( 通常需要活 化) 的反应。第二部分简述了b a v l i s h i l h n a n 反应在有机合成中的应用和使用各 种催化剂的b a y l i s h i l l m a n 反应；并对b a y l i s h i l l m a n 加成物在有机合成中的应用 作了介绍。 第二章研究了通过二碘化钐促进的还原消除反应构建碳碳双键的策略。实验 表明，三氯甲醇在二碘化钐的作用下可以顺利发生1 ，2 一消除生成重要的中闰体 1 ，卜二氯乙烯，该方法的优势在于可以直接将底物的羟基脱除，具有重要的合成 应用价值。同样地，结构类似的三氯乙醇酰胺的酯在二碘化钐的促进下也发生 了类似的还原消除反应，以高产率得到一( 2 ，2 一二氯乙烯) 酰胺，该方法特色 是条件温和，反应迅速。 第三章对b a y l i s 硪l l m a n 加成物在有机合成中的应用做了一些新的探索。主 要有以下几方面内容：1 研究了b a y l i s h m m a n 加成物在二碘化钐的t h f 溶液中 发生的脱羟基反应，首次发现这是一个温度控制的选择性反应，即调节温度可以 改变两种产物的比例：回流温度下反应有利于简单还原产物o 【一甲基肉桂烯酸酯 的生成；而在较低温度下偶联产物1 ，5 一二烯占优势。2 研究了b a v i i s h i l l m a i l 加成物的乙酸酯在金属钐和催化量碘的作用下的还原反应，该反应不需氮气保 护，且有大规模制备的潜在优势。令人意外的是，当碘的用量增至常量时，即以 高产率得到碘化反应产物( 2 z ) 一2 ( 碘甲基) 烷基2 烯基酯。3 研究了由 b a y l i s h i l l m a n 加成物立体选择性合成烯丙基卤的反应，在t m s c l n a i 体系的促 进下，室温就可以高立体选择性地转化为( z ) 一烯丙基碘；进一步的研究还表明 t c t d m f 体系也可以使b a y l i s h i l l m a n 加成物直接转化为相应的烯丙基氯。4 研究了b a y l i s h m m a i l 加成物与咪唑发生亲核取代合成一取代的咪唑衍生物的 浙江大学理学博士论文 2 反应，发现水对反应有显著的促进作用。还对加入d a b c o 后生成另一种一取 代咪唑衍生物的反应进行了研究，该过程实质上是一个串联的s n 2 s n 2 反应； 同样加入d a b c o 后，苯并咪唑也可以与b a y l i s - h i l l m a i l 加成物发生s n 2 反应生 成相应的一取代苯并咪唑，这些反应的条件温和，产物稳定，在医药化学上具 有潜在的应用价值。 浙江大学理学博士论文： a b s t r a c t t h ed i s s e n a t i o nc o n s i s t so ft h r e ec h a p t e r s i nt h ef i r s to n e ，s a m 撕u mr e a g e n t s p r o m o t e do r g 觚i cr e a c t i o n sa n dt h ea p p l i c a d o no fb a y l i s - h 姒m a f e a c t i o ni no 略a n i c s v n t h e s i sa r eb r i e n vd e s c r i b e d t h es e c o n do n ed e s a r i b e st h er e d u c t i v ee l i m i n a t i o n r e a c t i o n sp r o m o t e db ys 锄a u mr e a g e n t s t h et h i r dc h a p t e rm a k e s ad e t a i l e ds t u d yo f av a r i e t yo fs t e f e o s e l e c t i v et r a n s f o n n a t i o nb a s e do nb a y l i s - h i l l m a na d d u e t s c h p t e ro n ei n t r o d u c e s t t l eu s u a l t y p c so f s a m a f i u m r e a g e n l s ， a n dt h e r e p r e s e n t a t i v eu s a g e i n o 唱a n i cs y l l t h e s i s o f s a m a r i u m ( i i ) i o d i d ea n dm e t a i l i c s a m 缸i u mi sd i s c u s s e d i ng e n e f a l ，a c t j v 砒i o ni sn e e d e di n 也ed i r e c tu s e0 fm e t a l l i c s a m a r i u m t h e nt h eo r i g j no fb a y l i s h i l l m a nr e a c t i o ni sm e n t i o n e dt o g e t h e rw i t ht h e p r o c e e d i n go fb a y l i s h i l l m a nr e a c t i o nc a t a l ) 睨e db yv a r i o u sc a t a l y s t s ，f i n a l l y 山e a p p l i c a t i 。no fb a y l i s h i l l m a na d d u c t si sa l s ob r i 咀yr “i e w e d a l a p t e rt w od e s c r i b e san e ws t r a t e g yt 0f o 皿c a r b o n c a r b o nd o u b l eb o n d sv 谊t h e r e d u c t i v ee l i m i n a t i o nr e a c t i o np r o m o t e db ys a m a r i u md i i o d i de t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h es m l 2 - m e d i a t e dr e d u c t i o ne l i m i n a t i o no ft r i c h l o m e t h y lc a r b i n o l s 1 e a d st ot h ef o 彻a t i o no ft h ei m p o n a n ti n t e n i l e d i a t ev i n y ld i c h l o r i d e s t h ea d v a n t a g e s o ft h i sm e t h o da r et h ed i r e c te i i m i n a t i o no fh y d r o x y l 掣o u pf m mt h es u b s t r a t e ，w h i c h h a v ei n l p o r t a n ts y n t h e t i cv a l u e i na d d i t i o n ，s t r u c t u r a l l ys i m i l a rs u b s t r a t e sc h l o r a l a m i d ea l s oe x p e r i e n c et h ee l i m i n a t i o nr e a c t i o np r o m o t e db ys a m a r i u n md i i o d i d et o g i v en 一( 2 ，2 一d i c h l o r o v i n y l ) a i l l i d e s i ne x c e i l e n ty i e l d s t h i sn o v e lr e a c t i o np i d c e e d s r e a d i l yw i t h i naf e wm i n u t c sa ti o o mt e m p 盯a t u r e c h a p t e rt h r e ef o c u s e so nt h ea p p l i c a t i o n0 ft h eb a y l i s h i l h l l a na d d u c ti no r 旨a n i c s y n t h e s i sa n ds o m en e we x p l o r a t i o nw a sm a d e i np a no n et h ed i r e c te l i m i n a t i o no f h y d r o x y 謦o u pf r o mb a y l i s h i l l m a 芏1a d d u c t sw e r ei n v e s t i g a t e dp r o m o t e db ys m l 2i na s o l u t i o no ft h f t h ep r e s e n tm e t h o dw a sf b u n dt ob eat e m p e r a t u r e c o n t r o u e d s e l e c t i v er e a c t i o nf o rt h ef i r s tt i m e ：t h er a t i oo ft w op r o d u c t sc o u l db et u n e db ys i m p l e t e m p e r a t u r ec h a n g e s w h n et h ef o 皿a t i o no fr e d u c t i v ep r o d u c ta - m e t 量l y l c i n n a m i ce s t e r p r e d o m i n a i e s u n d e rr e n u x ，1 0 w e rt e m p e r a t u r ef a v o r st h et r a m s f 0 舯a t i o nt o w a r d s 堂兰查兰墨兰堡主垒查 ! c o u p l i n gp r o d u c t1 ，5 - h e x a d i e n e 。kp 搬铆ow ea l s om a d ed e t 以e ds t u 曲锄也e r e “c t i o no fb a y l i s h i l l m a na c e t a t e sb yt h ed i r e c tu s eo fm e t a l l i cs a m “u ma 1 1 d c a t a l y t i ca m o u n to fi o d i d e s i tw a sf o u n d t h a tt h et r a n s f o m l a t i o nc o u l dp r o c e e dw i t h o u t t h ep r o t e c t i o no fn i t r o g e na l m o s p h e r ea n dh a v ep o t e n t i a lf o rl a r g e s c a l ep r e p a i a “o n t o o u rs u r p r i s e ，w h e nt h ea m o u n to fi o d i d ew a sa d d e dt o1 ：1r a t i ow i t hs a m a r i u m ，a n o t h e r d i f f 色r e n tr e a c t i o n o o c u i t e dt o g i v e t h ei o d i n a t i o n p r o d u c t ( 2 z ) 一2 一( i o d o m e t h y l ) a l k 一2 一e n o a t e si nh i g hy i e l d s i np a r tt h r e ew ed e v e l o p e d a n o t h e rh i g h l ye f f i c j e n tm e t h o df o rt h es y n t h e s i so fa l l y l i ci o d j d e p r o m o t e d b yt h et m s c l n a is y s t e mt h eb a y l i s h i l l m a na d d u c t sw a sc o v e r t e dt oa l l y l i c i o d i d ew i t hh i g hs t e r e o s e l e c t i v ya n dt h ep i e s e n tm e t h o dp r o c e e d e dr e a d i l ya t r o o mt e m p e r a t u r e f u r t h e ri n v e s t i g a t i o s h o w e dt h a tt h et c t d m fs y s t e m c o u l da l s ob eu s e df o rt h ea 王l y l a t i o no fb a y l i s h i l l m a na d d u c t s i nt h el a s t p a r tt h en u c l e o p h i l i cr e a c t i o no fb a y l i s h i l l m a na d d u c t sw i t hi m i d a z o l ew a s a f t e m p t e dt os y n t h e s i z bav a r i e t yo fn e w s u b s t i t u t e di m j d a z o l ed e r i v a t j v e s i tw a sf o u n dt h a tw a t e rh a v eo b v i o u sa c c e l e r a t i o ne f f e c to nt h i ss u b s t i t u t i o n f e a c t i o n s u b s e q u e n t ly w ep a i dm u e ha t t e n t i o n t oa n o t h e rt r a n s f o h n a t i o n a f t e rt h ea d d i t i o no fd a b c ot ot h ea b o v er e a c t i o ns y s t e ma n da n o t h e rs n 2 t y p e 一i m i d a z o l ed e r i v a t i v e sw e t eo b t a i n e d i nf a c t ，t o t a lp r o c e s sw a si n d e e d t a n d e ms n 2 - s n 2 p a t h w a yt og i v es n 2p r o d u c t s i m i l a r l y ，b e d z o t r i a z o l ew a s a l s ot e di nt h i ss u b s t i t u t j o nr e a c t i o ni nt h ep r e s e n c eo fd a b c oa n dt h es n 2 t y p e 一s u b s t i t u t e db e n z o t r i a z o l e sw e r ei s o l a t e di n h i g hy i e i d s t h e s e b e n z o t r i a z o l ed e r i v a t i v e sw e i es t a b i ea n dt h ec o n d i t i o nw a sa i s om i l d a sa r e s u l t ， t h e s e s p e c i a lc o m p o u n d s h a d g r e a tp o t e n t i a l t o b eu s e di n p h a r m a c e u t i c a li n d u s t r y 浙江天学理学博士论文 第一章综述 第一节钐试剂促进的有机反应简述 钐，s a m a r i u m ( 元素符号s m ) ，原子量1 5 0 3 6 ，属于元素周期表中的镧系元 素，是铈组稀土元素。钐的外层电子排布为4 f 6 5 s 2 5 p 6 6 s 2 ，易失去电子形成+ 2 ，+ 3 两种价态，其中+ 3 是稳定价态。钐是一种较活泼的金属元素，其第一离子化势为 5 6 4e v ，其还原电势e os m 3 + s m = 一2 4 1v 与金属镁相当( e 。m 孑+ m g = 2 3 7v ) ， 而优于金属锌。金属钐有金属光泽，在空气中较为稳定。但是若在空气中放置过 久，其金属光泽易失去。已知钐是铈组稀土元素中硬度最大的元素。通常市场上 购得的是高纯钐块( 纯度 9 9 9 ) ，在实际使用时，需磨碎成细小颗粒的钐粉， 它具有大的表面积和高的活性，易参与反应，但需尽快用于反应申。 多年来，本课题组在国家自然科学基金委的资助下较为系统的研究了各类钐 试剂促进的有机反应，取得了一些有意义的成果，丰富了钐的反应化学。本课题 组研究的钐试剂主要包括以下4 类：1 、金属钐( 直接使用金属钐以及金属钐一 辅助试剂组成的体系，如s m 门臣c 1 4 ，s m h g c l 2 体系等) ；2 、二价钐试剂( 如二碘 化钐，二溴化钐) ；3 、三价钐试剂( 如三碘化钐，三氯化钐) ；4 、有机钐试剂( 如 烯丙基溴化钐) 。 钐试剂的应用无疑是近年来有机合成方法学中十分活跃的研究领域之一，该 类试剂通常具有高的反应活性及立体选择性，而且它们促进的许多反应都可以在 温和的反应条件下进行。下面我们就对其中研究较多的二碘化钐和金属钐试剂所 促进的有机反应进行简单介绍。 一、二碘化钐促进的有机反应 自从1 9 8 0 年由法国化学家1 吨a n 首次把s m l 2 引入有机合成中以来【1 】，二碘 化钐作为一个醚溶性的优良的单电子转移试剂在有机合成中得到了非常广泛的 应用，有关二碘化钐的综述文章就有近2 0 篇之多2 矧。 浙江大学理学博士论文 多年的研究成果已经充分证明，二碘化钐是一种性能优异的单电子转移偶联 剂和还原剂，它能促进多种类型的化学反应和官能团的转化，并且已被成功地应 用于多种天然产物的合成【矧。本课题组对二碘化钐的研究工作前期已经做过综述 【1 3 1 ，此处仅将二碘化钐近年来的部分研究应用作一简单介绍。 ( 1 ) b a r b i e r 型反应 二碘化钐与卤代烃反应可以现场脱卤随后生成的中间体对亲电试剂进攻，而 发生b a r b i e r 型反应，关于此类反应已有大量文献报道。由于二碘化钐是一种均 相还原剂，所以用它来促进b a r b i e r 反应，较之于传统的锂、镁等试剂来说，具 有很多优点，不仅可以促进分子内，而且还能促进分子问的反应。各种卤代烃， 无论是伯卤代烃，仲卤代烃，烯丙基卤化物，苄基卤化物还是d 杂原子取代的卤 代烃都可以在二碘化钐作用下发生b a r b i e r 反应吼 f l o w e r s 最近报遣了在有添加剂( h m p a ，i j c l ，l i b r ，“i ) 存在下二碘化钐 促进的烷基碘对脂肪酮发生的b a r b i e r 发应，并对添加剂对反应结果的影响作了 较仔细的研究【2 3 】。 o c h a 一邑一( c a ) s c 一。+ i ( c h 。) n c h 。塑：砉；昙：翌1 1m m o i 1m m o i n = 3 1 1 9 ho h c h 3 9 一( c h 2 ) 5 c h 3 + c h 3 一七一( c h 2 ) 5 c h 3 c h 3 一乍一( c h d 5 c h 3 ( 亡h 2 ) 。c h 3 o h 在无添加剂存在时该反应也可发生。 二乙基碘甲基磷酸酯和羰基化合物在s m l 2 的作用下可以制备b 一羟基磷酸酯 曰 ( c h 3 c h 2 0 ) 2 p l + r r “c o s m l 2 曰h ( ，r 。 1 ：五i 一 ( c h 3 c h 2 0 ) 2 p 、卢、r “ e v a n s 等用1 m 1 2 和s m l 2 h mp ：a 促进了笨乙基卤化物和环己酮之间的偶联反 浙江大学理学博士论文 应，得到的b a r b i e r 加成产物以l 为主要产物【吲。 2s m l 2o r t m l 2 = i b r c i 1 ，4 - t e n b u t y i d yc i o h e x a n o n o 2 ，n h 4 c l ，h 2 0 9 姿 该反应中的亲电试剂也不局限于醛酮等羰基化合物【2 6 2 7 。 n 营素胁啦i 杂1 5 0 c 。3 hl “l 。 x y = m e ( 2 ) 成环反应 2 7 在有甲醇存在下，二碘化钐成功地把环醚转换为碳环化合物。反应实际上经 过了一个开环再关环的过程【2 引。 s p h o b n b n = b e n z y i s m j 2 t h f c h 3 0 h 8 3 ( 7 5 2 5 ) h 。， b n c r 、o h 勺b n x = c h = c h 2 y = h x = h y = c h = c h 2 上述反应在环转换过程中，手性碳原子构型保持。 我们课题组近期报道了酰基苯骈三唑在t h f 中发生脱苯骈三唑基偶联生成 譬 洲凡p n j k r 1 5 ：1 n = 2 ( 5 8 ) 妇九s ：c 堵 2 5 ：1 ( 3 ) 其它反应 此外，近期的报道中尚有不少其它反应类型，如二碘化钐促进的碳卤键简单 的断裂还原反应，通常是在有质子源如水，甲醇，特丁醇，2 一丙醇”】等存在 下发生的。二碘化钐还原卤代烃的难易次序为( i b r c 1 ) 。二碘化钐还原卤 代烃的能力还依赖于所选择的溶液，在t h f h m p a 溶液中，一级，二级，三级 卤代烷都可以被还原，但在t h f 的溶液中，只有一级碘代烷和一级溴代炕可以 被还原。当同一分子中舍有不同种卤原子时，可以发生选择性的脱卤反应。 r o i 卜 ( ! ) i o 卜 ， + 夕、p m 浙江大学理学博士论文 9 二碘化钐可以促进碳硫键的断裂，如硫氧缩醛中的苹硫基可以被选择性的脱 除 川。酰胺a 位的芳硫基被二碘化钐还原脱除后，能与环酮发生偶联反应从而实 现肽类化合物的a 一羟烷基化反应【3 ”。 芊料日 r h n y “l 八o m e + o p h r = b z ，x ；s ( 2 - p y r ) s mj 2 几- h f 2 0 1h 酰胺的- 雒的苯硫基也可以方便地被二碘化钐脱除，并进一步与醛、酮发 生偶联发应【3 6 】。 +r 1 c 0 r 2 s m l 2 t h f n 芳基硫代酯在二碘化钐的还原下，可以脱除芳硫基，并继续进攻_ 苄基丙烯 酰胺的不饱和双键，得到m i c h a e l 加成产物【3 7 】。 f 9 “ c b z h n 人丫8 ( 1 5 钿山f ) o o 姒n h b n ( 1e q u i v ) s m l 2 ( 3 3e q u c b z h n t h f n h b n 亚胺- 氧化物在s m l 2 佃f 体系中，生成亚胺自由基，可以进一步与q 肛不 饱和酰胺或酯发生m i c h a e l 加成，v 一氨基酸衍生物【3 8 】。 o 卧 囊。 弘 浙江大学理学博士论文 ，n i 一+ r 2 r r 1x 薷h ：璐x 7 8 ，1 2h h 占1 丫、 1 0 a g a 州a l 等人在最新的研究中成功地实现了将二碘化钐用在聚合物的合成 上，从而拓宽了钐试剂在有机合成的应用领域 3 9 】。 器卜。卜士 二、金属钐直接应用于有机合成的研究 虽然s m l 2 作为醚溶性的优良的单电子转移试剂被广泛应用于有机合成，但其 对空气中的氧及水分十分敏感，储存困难，需要严格的无水无氧操作条件。另一 方面，二碘化钐作为单电子转移试剂，在使用过程中只利用了一个电子：与之不 同的是，金属钐在空气中较稳定，并有较强的还原能力，而且有三个电子可以转移。 另外金属钐可以在在含水溶液中促进某些有机反应，体现了对环境友好的特点。 因此，直接把金属钐用于有机合成受到了重视 4 0 1 ，人们考虑是否有些反应用金属钐 取代二碘化钐也可以取得比较好的效果。 由于金属钐表面不够活泼，所以常需在反应体系中加入一些所谓的“活化剂” 使之活化，然后再去促进有机反应的进行。文献中曾经报道过的能对金属钐表面 起活化作用的试剂主要有：1 2 、州s a 、t h f n 凰c 1 ( a q ) 、稀h c l 、h o a c 及烯 丙基溴等。 y a n a d a 等则报道了在甲醇中，金属钐能使1 ，2 二卤代烷还原脱卤生成烯烃， 少量的盐酸或对甲苯磺酸对反应有一定的加速作用【4 ”。 娜：鼢眦啦。音黯：； 尢 浙江大学理学博士论文 y a n a d a 等报遭了在碘存在下，金属钐对酯和酰胺的去保护反应【4 2 】。 m e o r 且n 足科 o a c s m i ， 2 m e o h 墨堂2 ， m e o h m e o c h ，o h 在催化量碘存在下，1 ，1 二乙醚和1 ，4 二甲氧基2 一丁烯在钐促进下生成呋喃 衍生物【4 3 】。 c lc 1 m e 人。人m 。+ - m 。击= 1 。m 。竺生 酰胺通常被认为是低活性反应基团，但是却对s i i l s m l 2 表现出一些意料外的 反应活性。如在s m ，s m l 2 体系中回流的条件下，m 卜二烷基化的酰胺可以发生自 身脱氧偶联生成邻二胺基烯。我们课题组报道了二芳酮在s 叫s m l 2 体系中可以 与 一二烷基芳酰胺发生脱氧偶联反应生成烯胺 4 5 1 ； a r ，c o a r 2 + a r 。c o n r ：； ：；妻： 一 三甲基卤硅烷能够活化金属钐旱有报道。如l a u t e n s 用三甲基氯硅烷作为活 化剂，研究了钐促进的烯丙基醇与联烯醇进行的环丙化反应【蚓。 2 hn o 足 r 胪0 m = 产 a a 浙江大学理学博士论文 强：署氏。+ ： i s h i i 等报道了用s m 厂r m s i 及s m 厂r m s b r 体系作为二价钐的等价物，来促进 醛酮的p i n a 0 0 l i c 反应和r e f 0 册a t s k y 反应，以及促进酮或亚腠与不饱争羰基化合 物的交叉偶联反应来合成y 丁内酯或y 丁内酰胺m 。 厂 。+ 诊c 眦皇生厂丫。 - +(y o rs m 1 m s b r l j + 矿、c o o c 嚆 ! 竺：! ! ! c h 3 c n r 。 另外，我们课题组也报道了痕量的水能加速芳羰基化合物在s i i 】协d s c 帆h f 促进下发生的片呐醇偶联反应【蚓。最近我们课题组用s m ，i h f n h 4 c l ( a q ) 体系实 现了偕二活化烯烃的还原二聚环化反应，烷基硫代硫酸钠的还原反应及邻二溴化 物脱溴反应【4 9 l 。 s m 母一n 地c l ( a q ) 以及磺酰亚胺在s i 棚c l 佣f ( a q ) 进行双分子偶联的反应【5 0 】。 心 醇ii 醇li 卜 浙江大学理学博士论文 时s 0 2 n ：c 脯塑坚望竺? 1 s o ，h nn h s o ，a r l ，。+ 1 s 0 2 n 卜c h 舡2 舻o ( m a j o r ) ( m i n o r ) b a i l i k 等人利用活泼有机卤活化金属钐来促进醛( 酮) 的p i n a c o l j c 反应亦取得 成功【5 1 】。 最近我们课题组发现，甚至不需要活化剂存在或预处理，只需用d m f 作为 溶剂，金属钐即可促进多种有机反应顺利进行。在s r r l d m f 体系里，芳酰氯与多 种c = c 双键发生加成反应。金属钐促进芳酰氯与o 【，p 一不饱和羧酸酯发生双 酰化反应生成o 【，d 一双芳酰化丙酸酯，一步生成多羰基化合物。其它舍有共轭 双键的化合物如n ，n 一二甲基丙酰胺、甲基乙烯基酮、苯乙烯等在s m d m f 体 系的促进下也能与酰氯顺利地发生双酰化反应1 5 2 l 。 r 噼 s m ，d m f r t ，1hr 与上述反应不同的是，当使用异戊二烯作为加成底物时，并没有得到双酰 化加成产物，而是发生了四分子的偶联反应，高度区域和立体选择性地得到了萜 类化合物，产物使用单晶x m y 进行了表征【5 3 j 。 r 9 c o c i + 如蔫 芳香族酰氯在s 州d m f 体系中同样具有较高的反应活性，可以通过控制反 应务件分别得到o 一芳酰基苯偶姻，脱氧苯偶姻和二苯乙烯基二醇的二苯甲酸酯 等不同的产物【5 4 】。 浙江大学理学博士论文 纩p c 鲫 r ，、= = ， r 以d m f 为溶剂，二芳基二酮在s m 厂i m s c l 促进下，与溶剂d m f 发生分子 间偶联，并进一步脱除二甲胺基重排成苯偶姻，提供了一个增长碳链的方法【5 5 】。 g 篇笋l 圆卫l ： d m fu蚶 出乎意料的是，与二芳基二酮具有一定相似性的1 ，1 一二芳基一2 ，2 一二氰 基乙烯在s m d m f 厂r m s c l 体系中却发生了苯环邻位参与进攻氰基同时n 一双硅 烷化得到多取代的茚，对合成该类化合物提供了一个非常新颖的简便方法【5 6 1 。 t m s c l s m ，d m f n r 除了上面介绍的两类重要的钐试剂外，三价钐试剂作为路易斯酸在有机合成 中的应用也是一个重要方面；烯丙基溴化钐作为一类高效的烯丙基化试剂具有很 好的反应活性，可以参与发生多种多样的亲核加成和取代反应，在此我们就不展 浙江大学理学博士论文 开介绍。 综上所述，钐试剂可以促进多种官能团的转化而广泛用于有机合成中，由于 篇幅所限，在此不再一一叙述。在国际上，尽管对钐试剂在有机合成中的应用研 究持续了2 0 多年，由于钐试剂独特的反应性能，迄今为止，仍不断有新的有 价值的反应被开发出来。众所周知，稀土金属在我国的蕴藏量最丰富，因此研究 钐试剂的应用具有重大的现实意义。以上这些因素激励着我们继续深入从事这 方面的研究，对钐试剂的研究有望能进一步开发出有价值的反应。 第二节b a y l i s - h i l l m a n 反应在有机合成中的应用 1 9 7 2 年a b b a y l j s 和m e d h i l l m a n 报道了一个新型的三组分反应： 活化烯烃的c 【一位与碳亲核试剂在催化量的叔胺的作用下发生偶联反应，从 而简单高效地合成了一种多官能团的新型分子，现在我们通常把这个反应称 为b a y l i s h i l l m a n 反应| 5 7 】。然而这样一个特别的反应在此后数年内却没有引 起化学家们的关注，直到上个世纪的八十年代人们才开始认识到这个反应的 重要性并开始了广泛的研究。到目前为止，b a y l i s h i l l m a n 反应已成为最重 要的碳碳键形成反应之一，特别是自1 9 9 7 年以来，关于b a v l i s h i l l m a n 反应 的研究呈现出爆炸性增长，越来越多的化学家开始投入到反应研究的各个方 面，认识越来越深入，迄今已有几篇系统性综述和大量的研究论文发表1 5 8 】。 r 豆引+m t e r t a m i n e h 卧m r = a r y f ，a i k y i ，h e t e r o a r y i ：r = h c o o r ，a i k y l x = o ，n c o o r n t s ，n s 0 生p h e w g = e i e c t r o nw j t h d r a w i n gg r o u p c o r ，c h o c n ，c o o r p o ( o e t ) 2 ，s 0 2 p h ，s 0 3 p h ，s o p h b a y l i s h i l l m a n 反应实际上可以看成是一类新型的三组分的加成反应： 从下面的反应图集中我们可以看到，在催化量的叔胺蛆c o 存在下，各种各样 浙江大学理学博士论文 1 6 的活化烯烃如丙烯酸酯、丙烯腈、烯基砜、联烯酸酯等都可以与醛反应生成一系 列的多官能化分子。然而，需要注意的是d 位有取代的活化烯烃如丁烯酸酯、丁 烯腈和烯基亚砜的反应活性都比较低，需要在高压的辅助下反应才能进行。在上 面的三组分反应中，通常醛是作为亲电试荆的主要来源，无论是脂肪醛、芳香醛 还是芳环上有杂原子取代的醛都可以很好的生成相应的b a v l i s h i l l m a f l 加成物。 不仅如此，c 【酮酯，醛亚胺的衍生物，氟取代的酮也已经作为亲电试剂而应用与 上述反应中。但是，需要指出的是一些简单的酮与活化烯烃的反应却通常需要在 高压下才能发生。 r 根据一个普遍接受的胺催化的反应机理，b a y l i s h i l i m a n 反应实际上是一个 先经过最初的m i c h a e l 加戍随后发生消除的过程。下面我们以甲基乙烯基酮( 活 化烯烃) 和苯甲醛( 亲电试剂) 在d a b c o 催化下的加成反应作为模型解释。 浙江大学理学博士论文 b 一，矗e + 如 一w 如 首先是叔胺的氮原子与甲基乙烯基酮的双键发生m i c h a e l 型的亲核加成反 应，生成烯醇离子中间体a ，中问体a 继续对苯甲醛进行亲核进攻发生类似羟醛 缩合( 烈d 0 1 ) 反应生成中间体b ，随后分子内的质子氢发生转移并释放出碱催化 剂，从而完成整个催化循环。另一方面，m i c h a e l 型的二聚体也可能同时作为副 产物形成，因为活化烯烃本身也可以作为亲电试剂参与反应。 通常b a y l i s h i l l m a n 反应是一个比较慢的反应，根据底物反应活性的不同反 应要在几天甚至几个星期才能完成。在催化b a v l i s h i l l m a n 的反应中，d a b c o 是最常用的碱性催化剂，一些具有类似结构的碱性催化剂如a u i n u c l i d i n e ( 2 ) ， 3 一h q d ( 3 ) ，3 q u i n u c l i d o n e ( 4 ) 和i n d o l i z i n e ( 5 ) 也常被用来催化b a v l i s h i l l m a n 反应。 如如务。h 23 5 由于b a y l i s h i l l m a n 反应本身的重要性，所以对该反应的研究吸引了众多的 目光，到目前为止有很多新的试荆被证明可以很好地促进b a y l i s h m m a n 反应的 进行，当然这其中最重要的部分还是胺催化的b a y l i s h i l l m a n 反应。 r e z g u i 和g a i e d 首次发现在含水介质中利用d m a p 作为催化剂可以很好的促 进环己烯酮与甲醛的偶联反应，而这个反应在d a b c o 的催化下却不能进行。随 ， 惫 务。 浙江大学理学博士论文 后i ( i m 等人又利用d m a p 作为催化剂蹿环烷基烯酮和各种醛的偶联反应作为更 为全面的研究【5 ”。 o m e 、n ，m e 弋 l 一( 1 0 2 0 m 0 i ) h 萌o ( a q ) ，t h f r 1 n - 6 0 0 c ，1 5 h - 6d a y s 6 8 - 8 3 a g g a n v a l 等人也发现d b u 也能很好地催化b a y l j s h i l l m a n 反应，而且反应 速度更快【删。 r 员旷m ( d b u ) 1e q r t 。n e a t 。0 5 7 2 h 1 7 - 9 5 r = p h ，2 一n 0 2 p h 2 o m e p h ，e t ，b u r = h ，c f 3 e w g = c o o m e ，c o o e t ，c 0 0 b 小c n r r 卜e w g h o| | 另外，b a s a v a i a h 课题组也发现三甲胺的水溶液和甲醇溶液也被证明对于该反 应又很好的加速作用，并且能完成一些比较特别的反应【6 1 l 。 竺! 皇壁坚竺竺! 呈! ! ! t h f ，n ，1 2 h 7 6 我国的程津培课题组也开发了一种新型的离子液体支持的催化剂，展示了良 好的反应活性。该方法将奎宁环嫁接到离子液体的分子中，可以重复的回收利用， 根据实验报道，循环使用6 次，催化反应活性没有明显降低【6 2 】。 如 滔 浙江大学理学博士论文 r 1 _ c h 。 + 旷r 2 1 1 竺型竺! ! 竺：! ! ! 竺! c h 3 0 h 2 0o q u i o h r 艮 a u 删谳n e n - c 。h 9 ，0 西、一，l j 丫队 b 厶n 最近，大阪大学的s a s a i 教授利用开发的一种双功能的有机金属催化剂，可 以很好的催化对映选择性的b a y i i s h i l l i n a n 反应，这个催化剂巧妙地将一个毗啶 胺甲基安装到b i n o l 上，通过将k w i s 碱和b r o n s t e d 酸的结合非常高效的促进 了亚胺和丙烯酸酯不对称的加成反应，反应的e e 值高达9 7 ，产率也在9 0 左 右【矧。 o 一，八+ 。& t o l u e n e ：c p m e 1 ：9 ) - 1 5 0 c 需要指出的是，除了最重要的胺催化b a y l i s h i l l m a n 反应之外，还有膦催化、 路易斯酸催化和过渡金属配合物的催化等类型，特别是膦催化的反应类型研究也 是很重要的类型。1 9 6 8 年，m o r i t a 等人发现醛和活化烯烃在三环己基膦的存在下 发生偶联生成新的多官能团分子，这也是最早的关于b a v l i s h i l l m a n 反应的报道 之一，因此该反应也经常称为m 0 f i t a b a y l i s h i l l m a n 反应1 6 4 1 。膦催化的 b a y l i s h i l l m a n 反应很可能经过了下面的反应过程：开始由叔膦和活化烯烃生成1 ， 3 一偶极子中间体a ，然后中间体的碳负离子对羰基进攻进一步生成膦氧中间体， 最终得到正常加成产物。而中问体a 也可能会发生邻位的氢转移反应从而异构化 生成膦叶立德中间体b ，进而经过w i t t i g 反应而得到相应的烯烃，但是通常后一 个过程需要较高的温度才能进行【5 8 l 。 浙江大学理学博士论文 孙一一r s f r ，鼍。& 三一一夏；? l r 1 7 r 凡毫诊r ，詈r 令r ， b 0 1 3 7u 。 从下面的例子中可以看到，丙烯腈和苯甲醛在三苯基膦的加热催化下，就得 到了w “t i g 犀应产物，而在更温和的条件下则能收率很好地得到相应的加成产物 瞄1 。从目前的情况来看，发生相应的w i t t i g 反应的情况很少，并不常见。 呲h 。+ 分c n 掣裳等生p n 飞洲 n - e u c + 少c 。日 譬黑 n - 8 0 y i e i d 而三环己基膦除了能很好地促进醛和丙烯酸酯的加成反应外，还能很好的催 化活化烯烃与丁二酸酯的加成反应，这是最早的使用膦催化的反应。此后膦催 化剂催化的醛和活化烯烃的b a y l j s m l l m a l l 反应被广泛研究，而通常认为最有效 的膦催化荆是三丁基膦( b u 3 p ) ，因此在此类催化反应中，关于它的研究和应用也 是最广泛的。在催化反应中，它还经常和三乙基铝联合使用【6 7 】。 n - b u c h 0 n b u 3 p ( 2 0m o i ) e 1 3 a