（有机化学专业论文）绿色有机合成研究.pdf

ab s t r a c t t h e p a s t f e w y e a r s h a v e w i t n e s s e d g r e a t a d v a n c e i n t h e f i e l d o f g r e e n c h e m i s t r y a n d i t s c o u n t e r p a rt i n s y n t h e t ic c h e m i s t ry: g r e e n s y n t h e s i s . i n t h i s t h e s i s , t h e r e c e n t r e s e a r c h c o n c e n t r a t e s w e r e re v i e w e d a c c o r d i n g t o t h e c a t e g o r i e s o f a lt e m a t iv e s o l v e n t s a n d a l t e rn a t iv e r e a g e n t s . i n t r i g u e d b y t h e g re a t s t r id e s a c h i e v e d i n t h i s f i e l d , w e c a r r i e d o u t t h e f o l l o w i n g w o r k s a d v a n c e d i n t h i s t h e s i s i n l i g h t o f t h e d e m a n d s t o d e v e l o p e f f i c i e n t g r e e n s y n t h e t i c p a t h w a y : 1 . t h e u s e o f y tt e r b i u m t r i fl a t e i n t h e r e a c t i o n o f e p o x i d e s a n d a z o l e s w as i n v e s t i g a t e d . y t t e r b i u m t r i fl a t e w a s s h o w n t o e ff e c t i v e l y c a t a l y z e t h e r i n g o p e n i n g o f e p o x i d e s w it h n it r o g e n h e t e r o c y c l e s i n m e t h y l e n e d i c h l o r i d e . b e s i d e s t h e n o r m a l a l k y l a t e d p r o d u c t s , d o u b l e a l k y l a t i o n a d d u c t s w e r e o b t a i n e d as w e l l . t h e s c o p e a n d m e c h a n i s m o f t h i s r e a c t i o n w e r e a l s o d i s c u s s e d . t h e s a m e re a c t io n u n d e r s o l v e n t - fr e e c o n d it i o n p r o v i d e d a h i g h y i e ld i n g , e n v i r o n m e n t a l l y b e n i g n a n d e c o n o m ic a l s y n t h e t i c p r o t o c o l . s u b s e q u e n t a q u e o u s v e r s i o n o f t h i s r e a c t i o n w as a l s o a t t e m p t e d , a n d 卜 c d w a s s h o w n t o p r o m o t e t h e re a c t i o n . 2 . a s e x t e n s i o n o f o u r p re v i o u s s t u d y ( o f w a n g s g r o u p ) , t h e u t i l it y o f l a n t h a n i d e - c a t a l y z e d re a c t io n s i n s y n t h e s i s w e r e f u r t h e r e x a m i n e d . i n a d d i t i o n , s t a b l e s u r ro g a t e o f u n s t a b l e im i n e s b a s e d o n o x a z o l i d i o n e w e re s y n t h e s i z e d a n d t h e i r a p p l ic a b i l it y w as e v a l u a t e d . 3 . a q u e o u s b a y l i s - h i l l m a n r e a c t i o n w as s y s t e m a t i c a l l y i n v e s t i g a t e d . me 3 n w as p r o v e d t o b e a n e ff i c i e n t c a t a l y s t i n t h e r e a c t i o n o f a c ry l o n it r i le . l a n t h a n u m t r i fl a t e c o u ld p ro m o t e t h e re a c t i o n , m o s t l i k e l y i n t h e f o r m o f l a ( o h ) ( o t f 另一方面， 金属锢对沸水及碱金属不敏感， 在空 气中 不易 形 成氧化物. 利用 这一 神奇的 金属， p aq ue tte报道了 水相中 轻基醛的 高 选 择 性烯丙 基化反 应11 9 。 该 研究表明， 即 使 在水 相中 仍然能 够通过鳌合控制反应的 立体 选 择 性 (sc he m e l 一 6)。 利用 金 属 锢 或 锡， c h an和u i201以 及w hi t e si de slz ，1 都 成 功 地 实 现了 对唾液酸 ( si al i 。 ac i d) 衍生物的全合成。合成中， 采用未保护的糖作为前体， 通过烯丙 基化、臭氧化得到目 标产物 ( s c h e m e l 一 7 ) 。 b r 叼 / 枚、c o o c h 3 ohohoh 一-一一 一 - 知 卜 o hin ， h 2 0 o c h 3 ohoho 一 卫 主 争 一 ( + ) 一 k d n s c h e . 口 el 一 7 近年来的报道显示， 与传统的 有机溶剂相比， 水相中过渡金属催化的c 一 c键形成反 应往往具有更高的反应活性， 给出更好的选择性。将过渡金属催化剂应用于水相，首先 要解决其溶解度问 题。目 前常用的策略是设计合适的水溶性配体， 增加催化剂在水中的 溶 解度。 h 助 son 研究组 【22 】 致力于开发 具有 表面活 性的 磷配体， 这些磷 配体在水 溶液中 具 有不同的 聚集 度， 使络合的 催化剂产生 不同 的 催化活 性。 b o sn i ch23 开发了 一系列 空 气一 水稳定的过渡金属路易斯酸催化剂。最近，过渡金属催化的聚合反应也成功地适用 于水相. g ru b b s 研究组124 1 应用v n ib金属催化剂可以 在水中催化一系列开环裂解聚合反 应 ( ri n g 一e n i 飞m e t a l h e s i s p o l 卿e ri zati on， rom p ) 。 水相的不对称催化合成近年来也有所发展， 较为成功的例子包括介c k- p engloh 的 不 对 称 烯丙 化反 应25l、 e ngbert s 等 人 的 不 对 称d a反 应 126以 及k ob ay as hi的 不 对 称 m u k a iy azna 反 应 12 7 ;等。 ( s c h e m e l 一 8 ) 南开大学硕士毕业论文第一章 t e c k - p e n g l o b 吧多 介 尸 日 i n , c e ( o t % j a n b. f . n. e n g b e rt s c u ( i i ) na t u r a l ( % - a mi n o a c i d s 产o 件 k o b a y a s h i o o 10 护 k o b a y a s h i s c h e m e 1 - 8 s e l e c t e d e x a m p l e s o f a s y m m e t r ic c a t a ly s i s i n a q u e o u s m e d i a 1 .2 . 2 离子液中的有机反应 有机离子液是新近出现的可调控型绿色溶剂，主要指在室温下呈液态的离子化合物 28 1 。 离子液的历史最早可上溯至 1 9 1 4 年，当时发现乙 胺的硝酸盐在室温下为液态29 1 二十世纪九十年代初，发现了 空气和水稳定的离子液 1 , 3 一 二烷基取代咪哇嗡盐3 0 1 。自 此之后离子液逐渐受到人们的重视。由 于其优越而独特的性能， 离子液体的应用和研究 是当前绿色化学的一大热点。 常见的有机离子液体如s c h e m e 1 - 9 所示。 通过改变阳离子 取代基或改变阴离子的种类， 可以很容易地做到对离子液性质的调控，以适应不同反应 过程的需要。概括起来，有机离子液有两个显著的特点。 第一、可调控的内在性质以 及 特有的溶解特性使离子液成为两相催化体系中理想的溶剂。 第二、 离子液几乎没有挥发 性， 这一特性不但使产物更容易分离， 同时也有利于催化剂及溶剂的回收， 减少了 对环 境的负面影响，离子液因此被认为是传统挥发性溶剂理想的替代者。 南开大学硕士毕业论文 第一章 r - 尽- r 1 i mi d a z o l i u m i o n 中八 p y r i d i n i u m i o n a mm o n i u m i o n p h o s p h o n i u m i o n a i c i 4 , p f s， s b f e , b f 一 ， ( c f 3 s o 2 ) z n , e t c . s c h e m e 1 - 9 i m p o r ta n t t y p e s o f c a t io n s a n d a n i o n s i n i o n i c l i q u i d 目 前的研究结果表明， 有机离子液在两相催化反应， 路易斯酸催化反应， 酶催化反应， 过渡金属催化反应， 分离提纯， 生物工程以及机械润滑等许多方面都有广阔的应用前景。 本节我们将就离子液的制备及在有机合成中的应用做一简介。 1 . 2 .2 . 1 有机离子液的制备 离子液制备的第一步是对三级胺或三级麟的季碱化反应，形成阳离子。当然，通过 这样一步得到的也是离子型化合物， 其中一些在室温下是液体， 可以直接作为离子液使 用，其阴离子取决于所选用的烷基化试剂。 常用的烷基化试剂包括卤代烷、三氟甲基磺 酸甲酷、 对甲 苯磺酸醋等。 大多数情况下， 直接季碱化得到的离子化合物并不是理想的 离 子 液， 还 需要 选 择合 适的 阴 离 子。以 卤 化季 铰 盐 r r 3 n + x 一 为 例， 根据 所 需离 子 液 类 型的不同，可以通过两条不同的途径来改变阴离子。其一、将 r r 3 n 十 x 一 与路易斯酸 m x , 作 用 ， 可以 形 成 路 易 斯 酸 型 的 离 子 液 r r 3 n + m x y + i ( s t e p i l a , s c h e m e 1 - 1 0 ) . 其二、 直接用所需要的阴离子与)c进行交换。 一般依据阴离子的不同， 而采取不同的交 换试剂。比如可以用金属盐a , m 十 在实验条件下与x 一 形成沉淀。 也可以将卤离子用 强 酸h + a 置 换( s t e p i i b , s c h e m e 1 - 1 0 ) 。 在 前一 种 途 径中， 阴 离 子种 类 取决 于 所 用路 易 斯酸的 量。 比 如最常见的卤 化铝盐离子液， 在a i c 1 3 过量的情况下， 存在着如下的平衡: r r 3 n a ic h 十a ic i3 二 二 二 ， - 一 r r 3 n + a iz c f r r 3 n + a iz c i7+a ic i。一 r r 3 n + a i3 c i1 o 在卤化铝盐离子液中，当a i c 13 的摩尔分数x 0 . 5 时为酸性。 _一. - - - - - 一 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 户 种 种 种 种 种 种 种 . . . . 种 .一 南开大学硕士毕业论文 第一章 离子液并不能通过常规的方法比如蒸馏等进行纯化，因此需要确保在合成步骤中的 。 一般可以通过离子交换的方法得到高纯度的离子液。 常见的离子液的制备见t a b l e n r 3 s t e p i 1侧t x . r r r 3 n i* s t e p i l a m x y . 1 一 r r 3 n x s t e p i l b r r 3 n . a l e w i s a c i d m x y s c h e me t a b l e 1 - 1通过两种途径制备的常用离子液 1 . m e t a s a lt m i a - - m x ( p r e c ip it a t io n ) 2 . b r q n s te d a c id h a - - hx 3 . io n e x c h a n g e r e s i n 卜iti . s t e p i i as t e p i i b i o n i c l iq u id b c a t i o n b f 4 c a t i o n p f 6 c a t i o n s b f 6 f c a t i o n n o 3 c a t i o n c h 3 c o 2 c a t i o n h s 0 4 c a t i o n j b ( e t 3 h e x ) re f . 3 0 , 3 6 3 6 , 3 7 1 3 6 , 3 4 3 0 3 0 3 8 仁 3 9 ，.，j，.卫j，.jl.jl卫esj 1，冲j月，哎 j气j、j，j气 r.lf.lr.lr.lf.l i o n i c l i q u i d c a t i o n c u a l c 1 3 c a t io n c u a l e t c 2 c a t i o n c i i b c i 3 c a t i o n c i / c u c l c a t i o n c u s n c l 2 re f ( a ) c a t i o n = p y ri d in i u m , i m i d a z o l i u m i o n . b ) c a t i o n = p y ri d i n i u m , i m id a z o l i u m , a m m o n i u m i o n . 最 近 有 报 道 采 用 微 波促 进的 手 段 合 成 离 子 液， 提 高了 离 子 液合 成的 效 率4 0 1 。 也 有 报 道 首 次 展示 具 有q对 称性的 离 子 液 (4 11 ， 在 合 成中 可以 一 步 从咪 哇 得到 季 碱化的 阳 离 子， 再通过离子交换形成离子液体。 1 . 2 . 2 .2离子液 ( i l )中的反应 离子液在有机合成上的 应用始于上世纪八十年代末。 研究发现f r a n k l i n 酸性氯化铝 盐 离 子 液 ( x ( a l c 1 3 ) 0 . 5 ) 不仅可以 作为 强 有力的 路易 斯酸， 还是一 种强有力的 溶 剂， 可 以 溶 解 包 括油 岩、 c 6 。 以 及 聚 合物 在内 的 许多 物质 14 2 1 . 作 为 路 易 斯酸， 离 子 液 克 服了a i c 13 南开大学硕士毕业论文第一章 在许多溶剂中的低溶解度问题。 酸性氯化铝盐离子液可以 有效地催化一系列经典的路易 斯酸 催 化的 反 应， 比 如f r i e d e l - c r a ft s 反 应4 3 1 ， 裂 解反 应 4 4 1 ， 异构 化反 应以 及聚 合反 应 (4 5 1 等。 s e d d o n 发现， 在离子液中蔡环的酞化反应高选择性地生成1 一 位异构体4 6 1 0 1 一 位异构 体与2 一 位的比例高达 8 9 : 2 ，这是目 前已知的最高选择性。( s c h e m e 1 - 1 1 ) - 0 丫 交 洲夕 子 a cet y l c h lo r id e e mim c i- a ic 13 ( x = 0 .fi 7 ) 工二 e m im = 必人 8 9 % 1 - i s o me r 2 % 2 - i s o me r s c h e me 1 - 1 1 氯化铝盐离子液在许多的化学过程中都是十分优良的催化剂和溶剂。但它对潮气的 极度敏感限制了其进一步的应用; 此外， 含有杂原子的产物往往很难从该离子液中分离， 同 时造成对离子液的污染0 1 9 9 2 年， w i lk e s 研究组开发出了 对空气及水稳定的离子液3 6 1 这极大地扩展了离子液的种类， 有力地推动了离子液的研究及应用。 现阶段有关离子液 的研究主要集中于三个方面: 新型离子液的合成、 离子液物理及化学性质的 研究和离子 液作为溶剂和催化剂的使用。 对空气和水稳定的离子液， 特别是 1 , 3 一 二烷基化咪哇嗡盐在过渡金属催化领域展 示了诱人的应用前景。 首先， 离子液能够很好溶解过渡金属化合物，是均相催化的理想 溶剂; 同时由于良 好的溶解度， 可以 使催化剂很好地回收再利用。 其次， 离子液由 弱配 位能力的离子构成， 一般不影响催化剂的活性， 在一些离子型络合物催化的反应中， 还 能增强催化剂的活性和稳定性。 离子液对原料和产物的溶解性一般与其对催化剂溶解性 有很大的差异， 这一特性是其它溶剂包括水和有机溶剂所不具备的。 最后需要指出的是， 作为“ 可调控型”溶剂，离子液的溶解性能取决于不同的阳离子一 阴离子组合， 这使得 它们成为两相或多相催化体系中的理想选择。 我们将在下节讨论绿色化学中多相催化的 问题。 c h a u v in 4 7 1, d e s o u z a 3 6 和d u p o n t 4 8 1等 研 究 组 对 离 子 液中 的 催 化 氢 化 反 应 进 行 了 广 泛 的 研究。 与其它介质中的反应相比， 反应速度在离子液中有明显的改善。 并且由 于离子 液 特殊的 溶解 性能， 能 够实 现很好的 选择 性。比 如c h a u v i n发现， 可以 在 b m i m s b f 6 中 选 择性 地 将 环己 二 烯还 原为 环己 烯4 7 1 。 因 为 前 者 在离 子 液中 的 溶 解度比 后者 大 五 倍。 d u p o n t 在离 子 液中 实 现了 不 对 称催 化 氢化 还 原 4 9 1 ， 其中 一 个 例子 是 抗炎、 解热、 镇 痛 南开大学硕士毕业论文第一章 药蔡普生 ( ( 5 ) 农a p r o x en) 的合成 ( s chem e l 一 1 2 ) 。 君h 3 c 0 2 hc 0 2 h me o 卜 尽 一 ; 日厂4二 一 m。 s c h c me l 一 1 2 w as s erscheid ， chauvin和d upo nt等 系 统 地研 究了 离 子液中 的 氢甲 酞 化 反 应50和 调 聚 反 应 价lo m e ri zatio n) 【川 。 研 究 显 示 ， 在 离 子 液中 进 行 反 应， 不 仅 提高 了 催 化 剂的 活 性， 加快了反应速度， 而且更有利于产物的分离。同时含催化剂的离子液相可以重复使用十 次而没有明显的活性损失。 有关 在离子液中 过渡金属 催化的 氧化反 应报道很少， 最近， s ong和roh 成功 地将 j a c o bsen不对称环氧化反应开展到离子液中， 取得了良好的效果， 反应时间由原来的6h 缩减到 zh， 而保持同 样的 立体 选择性 152 】 。 催化剂可以 往复使用五次， 但活 性有一定的 降 低， 这被 解释为手 性锰催化剂的降 解。 (s ch e m e l 一 13 ) c h i r a l 【 mn( sale n ) i cataly s t ooc 。 z h 丫i e l d : 8 6 % 日 e: 9 6 % s c h e mel 一 1 3 seddo nl 53 1 和 k a u 丘 1 ann l5 1研究组在一系列的离子液中 研究了 把催化的 h e c k反应。 s e d d o n 在研究中发现， 反应活性在咪哇型离子液和毗吮型离子液在中有明显的差别。 作 者推测，可能是在h e ck 反应的碱性条件下，咪哇嗡盐的2 一 c容易脱氢与金属把形成卡 宾络合物，而卡宾络合物可能是催化的活性中间体。这一推测在 xiao 等人的实验中得 到 证 实 娜 1 ， 他 们 在ib m i m ib r 中 进行 反 应， 观 测到 了 卡宾 的 形 成. 这是目 前唯 一的 一 例 离 子 液本身 参与的 过渡金 属催化反 应。 ( sc he m e 卜 1 4) 稀土 金属路易斯酸， 特别是三氟甲 基磺酸悯 ( 咫 o t 场) ， 是目 前绿色有 机合成中 研 究 较多 的 环 境 友 好路 易 斯酸 催 化剂 156 1 。 由 于 其 特别 的 水 稳定 性， 在 替 代传 统 路易 斯 酸的 研 究 方 面， 展示了 广阔 的 应 用 前 景。 为 了 更 便于 催 化 剂 的 回 收 再 用， kob ay as hi 571 以 及 节 抽 n 梦 司 的 研究 组 分 别开 发出 了 许多 负 载 钢 系 催 化 剂的 方 法， 在 这 些 方 法中 ， 都 采 用了 固相负载的手段， 这或多或少会造成催化剂活性的损失。 最近的研究发现， 将悯系催化 南开大学硕士毕业论文第一章 o rxr i / r o b u p d (o a c )2 ， o日u i o n ic liq u id 日 a s e x=br rme brp氏 d i me r ic c a b e n e c o mp l e x b s c h e me 1 - 1 4 剂负载在离子液中， 不但有利于催化剂的回收再用， 而且还能够在一定程度上增强催化 活 性。 离 子 液 负 载的r e ( o t 0 3 已 被 成 功 地用 于d a反 应 5 9 1 , f c烷基 化反 应 16 0 1 以 及 。 - 氨 基 磷 脂的 合 成 16 11 . s o n g 等 人 发 现 5 9 ， 在 有 机 溶 剂 或 在 水 中， s c ( o t f ) 3 不 能 催 化以 烯 烃作为烷基化试剂的f c反应。但令人惊奇的是，该反应能够在离子液中顺利地进行。 研究还表明，在不同离子液的反应也有很大的差别，反应在亲水性的离子液中 ( 比如 b m i m b f 4 , b m i m o t f ) 不能进行。 ( s c h e m e 1 - 1 5 ) / sc(o t% (0.2 ， 。、 ) 2 0 0 c . 1 2 h n o n / x l a : x = p f b ; b : x = s b f e ; c : x = b f 4 ; d : x = o t f s c h e me 1 - 1 5 作为 绿色 溶剂， 离 子液还 被成功 地 应用于 烯丙 化反 应6 2 1 、自 由 基 环化反 应 16 3 ) 、 光化 学 反 应 6 4 1 , w i tt ig 反 应 6 5 , b i g n e l li 反 应 6 6 、 亲 核 取 代 反 应 6 7 1 、 芳 香 族 化 合 物 的 硝 化 反 应 16 8 1硼 烷还 原反 应 16 9 1 以 及不 对 称 环 氧开 环 7 0 】等。 离 子液中 天 然 产物的 全 合成 也 有 报 道 7 1 1 新近的研究表明，离子液可以成功地应用于酶催化反应和其它类型的生物转化反应 中， 这在很大程度上扩展了离子液的应用范围。酶广泛地存在于自 然界中， 酶催化反应 南开大学硕士毕业论文 第一章 以其高效率、 高选择性成为有机合成特别是绿色有机合成中无可比 拟的强大工具。 二十 年来， 如何将催化反应应用于有机合成， 一直是有机合成化学家孜孜以求的目 标。 美国 s c r ip p s 研究 所的w o n g c h i - h u e y 和w a y n e s t a t e u n iv e r s it y的 王 鹏 在应 用 酶催 化 合成 复 杂分子方面作出了杰出的贡献，他们因此而获得2 0 0 0年的美国p g c c a学术奖。与其 他介质中的酶催化反应相比，离子液中的酶催化反应具有下列的优点: 第一、可以增加 酶的稳定性， 有利于酶的反复利用: 第二、 可以提高酶催化反应的速度: 第三、 有报道 显示， 在一些酶促动力学拆分反应中，离子液可以增加反应的对映体选择性;第四、由 于离子液特有的溶解性能， 可以将强极性的底物应用于酶催化反应， 比如用糖类化合物。 s h e l d o n 等人在该领域的研究中作了许多工作， 为酶催化反应在有机合成中的应用开 启了一扇崭新的大门。 已报道的离子液中酶促反应包括嗜热菌蛋白酶催化的人工甜味剂 的 合 成 7 2 1 ， 脂 肪 酶 催 化 的 醇 解 、 氨 解 、 双 氧 化 反 应 ( p e r h y d r o ly s i s , s c h e m e 1 一 1 6 ) 7 3 以 及 脂肪酶 催 化的 动力学拆分 【 7 4 1 等。 最新 报道 显示， 离子 液作 为绿色介 质可以 应用于生物 燃 料( b i o m a s s的分离7 5 1 。 例如1 一 辛基- 3 一 甲 基咪哇的六氟磷酸盐可以 选择性地从a b e 发 酵液中提取丁醇， 后者在工业上有着广泛的 用途。 值得注意的是，离子液对生物体包括 酶是否有毒负作用，目前还不清楚，这有可能限制离子液在生物催化上的应用。 h 2 o e 一 一 一 一 一 二 、 一 一 一 ， 一一 一h 2 0 2 e n z y me s c h e m e 1 - 1 6 i n s i t u f o r m e d p e r a c i d b y e n z y m e 离子 液研究的先 驱者s e d d o n 三年前 就曾 经说 过， i t n o w l o o k s a s t h o u g h th e r e i s n o s i g n i f i c a n t a r e a o f o r g a n i c s y n t h e s i s t h a t c a n n o t b e p e r f o r m e d in a n i o n i c l i q u i d . ”近几年有 关离子液的报道频率似乎印证了 这一说法。 可以 预计的是，由于人们对离子液的认识还 不全面， 相对于水相来说， 离子液的研究还刚刚开始， 有更多的未知等待着合成化学家 去探索。 1 .2 .3两相或多相催化体系 过渡金属催化剂的均相化是改善“ 原子经济性” 的理想途径， 因为与异相的催化剂 南开大学硕士毕业论文第一章 1 . 3绿色路易斯酸一 三氟甲基磺酸稀土盐在有机合成上的应用 起始于k a g a n 和l u c h e 等人的 研究， 斓系试剂在有机合成中得到了 广泛的应用 8 7 1 许多钥系试剂成为有机合成上不可缺少的工具。 斓系试剂的应用几乎覆盖有机合成的各 个方面包括氧化、还原、碳一 碳键的形成等。比如c e( w)是一种最有效的单电子氧化 试剂， s m i 2 作为一种温和的单电子还原试剂， 可应用于各种有机转化， 三价的斓系金属 盐一般作为硬路易斯酸催化拨基参与的反应，以 及其它路易斯酸催化的反应，比如d a 反 应， d a n i s h e f s k y 就 成功 地 应用 钢系 路 易 斯酸 催 化 杂d a反 应 8 8 1 。 手 性的 三 价 斓系 试 剂还被用做位移试剂。 在众多的三价悯系盐中，三氟甲基磺酸钥是目 前应用最为广泛的 悯系试剂。 它可以 代替传统的路易斯酸催化各种各样的有机反应， 包括碳一 碳键形成的反应， 如a l d o l 反 应 8 9 1 . m ic h e a l 加 成 19 0 1 、 d a反 应 19 1 . f r ie d e l - c r a ft s 反 应 9 2 1烯 丙 化反 应 9 3 ，以 及 其 他 一 些 碳一 杂原 子键形 成的反应， 如 糖基化反 应9 4 、 环氧和 氮丙 淀的 开环9 5 等。 在 这一领 域 k o b a y a s h i , s h i b a s a k i 和 i n a n a g a等人作出了 卓越贡献，尤以 k o b a y a s h i 最为突出。 k o b a y a s h i 研 究 组 成 功 地 开 发出 一 系 列 固 载 悯 系 催 化 剂 5 7 ， 并 将 之 应 用 于 组 合 化 学 合 成 9 6 1 . in a n a g a 最 早 将y b ( o t 场 应 用 于 毅 基 化 反 应 中 9 4 1 . s h ib a s a k i 研 究 组 开 发 了 许 多 手 性 的 翎系 催 化剂， s h i b a s a k i 以 此 成为1 9 %年f l u k a p r iz e f o r r e a g e n t 的 得主。 这个新型的 试 剂 是 由 佣 系 金 属、 碱 金 属、 r 或s - b i n o l 构 成的 手 性 双 金 属 络 合 物 9 7 1 . k o b a y a s h i 也 报道了由y b ( o t f ) 3 , r - ( + ) - b i n o l 和三 级胺 构成的 手性 路易斯酸 催化剂， 可用来 催化不 对称d a反应9 8 与通常的l e w i s 酸不同的是， 三氟甲 基磺酸悯在水中相当稳定。由于这一性质， 使 之在绿色化学中备受关注。 在许多有机反应中， 能够代替经典的对水不稳定的 路易斯酸， 将这些反应成功地适用于水相。 三氟甲基磺酸铺另一个显著的特点是可以重复使用. 一 般在反应结束后，用有机相萃取分离出产物，催化剂保留在水相中，可以重复使用 ( s c h e m e 1 - 2 0 ) . k o b a y a s h i 研究 组 也是 从 事 水相 悯 系 催 化 研究 的 主 要 研究 组 之一 9 9 1 应用l n ( o t f ) 3 作为 路易 斯酸， 他 们首 次 报道了 水相 中的 路 易 斯酸 催 化的m u k a iy a m a 反 应。随后，该研究组还广泛地研究了水相中烯醇硅醚的 a l d o l 反应、烯丙化反应以及 m a n n ic h 反应等。 南开大学硕士毕业论文 第一章 s c h e me 1 - 2 0 把经典 的 有机反 应转移到 水中 进行， w a n g 的 科 研小组 在此 方面发展了 一 种叫 做 l a n t e c h ( 指在质子溶剂中催化有机反应)的技术。自1 9 9 5 年以 来，该组已 将其成功地应 用于 一 系 列 的 有 机反 应中 5 6 ,i d o 。 下 面 简 要的 介 绍 一 下 我 们研 究 组( w a n g s g r o u p ) 在 该 领域内的一些工作。 wl . 氮杂 d a反应 。 、 。 b nn h 3 。 一 。 p r(o t 3h e0 168%4 . - 十 成 n 白 ，n e x o / e n d o二3 1 1 h c h o * b n n h 2 .h c i ， 丫l n (o t 3 、 一 p 卜 s c h e me 1 - 2 1 g r i e c 。 研究的水相氮杂d a反应 妈1 . 1 ) 仅局限 于活泼的醛 ( 如甲 醛，乙醛酸酷) 和 双烯 ( 如环戊二烯) ，而非活化的醛 ( 如乙醛等)反应活性则很低，除环戊二烯之外的 其它二烯的反应活性也很低。y u等人最近的研究突破了这一局限 p o q ，他们采用 l n ( o t f ) 3 作为 催化剂 在水相中 催化 氮杂d a反 应， 得到了 很好的 结果: 各种双烯与甲 醛 的 反 应均表 现出 很高的 活性。 在所用的 各种l n ( o t f ) 3 中， 观察到p r ( o t f ) 3 与y b ( o t f ) 3 的催化效果最好。 ( s c h e m e 1 - 2 1 ) y u 还 将上述反 应成功地应 用于氮 杂 糖系列 化 合物的 合成 1 0 2 1 。比 如， 甘 油醛丙 酮缩 醛、 节 按盐、 环 戊二 烯三组分 在水相中 用l n ( o t f ) 3 催 化， 得 三种产 物 ( 1 :3 : 8 ) .由 于反 南开大学硕士毕业论文 第一章 h火n编 了;刀 h p h c h 2 n h 3 c l l n ( o t 幻 3 . h 2 0 n 火 必 ， a p h c h 2 n h 3 c i l n ( o t t ) 3 . h 2 0l p oac cho d s c h e me 1 - 2 2 应是在水相中进行的， 因此可以使用未保护的糖类或糖类衍生物做为底物， 使反应更加 简单经济。例如，d - 氨基葡萄糖盐酸盐经重氮化生成一个手性醛后，利用上述氮杂d a 反应，可选择性地只生成产物d ( s c h e m e 1 - 2 2 ) 。该反应的主产物通过对双键的二轻基 化可以很容易转化为氮杂糖系列物， 这些氮杂糖有可能成为糖化酶的抑制剂。 w2 . c h i c h i b a b i n 反应 c h i c h i b a b i n 反应是通过醛与胺的缩合合成毗咤衍生物， 该反应通常在高温高压下进 行， 这限 制了 其 在合 成中的 应用。 y u等人 研究发 现， l n ( o t f ) 3 能 够在水相中 催化醛 与 胺的 反 应， 生 成2 , 3 一 二氢毗淀 和毗咙 衍生 物 ( s c h e m e 1 - 2 3 ) ( 1 0 3 1 。 用三乙 胺将二 氢毗吮 在甲苯中回流脱氢，即转化为毗吮衍生物。用不同的润系金属催化反应，发现分子量较 小的金属催化活性较高。与制备毗淀衍生物的 c h i c h ib a b i n反应相比，此反应克服了高 温高压或蒸气相等不利条件，条件变得十分温和。 十 户 。 一 n h 3c l 偿罕 各 n e 七 ， t o lu e n e s c h e me 1 一3 w3 . 芳香族化合物的亲电 取代反应 用0 1 119与醛酮反应，在质子酸或路易斯酸的催化下可生成双a 5 ia2c 基甲烷型化合物。 南开大学硕士毕业论文 第一幸 c h e n 等 人 最 近 发 现 0 4 t , l n ( o t f) 3 能 够 在 水 相 中 催 化 p a ir 与 醛 酮 的 反 应 ， 高 产 率 地 生 成 双叫基甲烷化合物。实验表明，乙醇一 水是很好的溶剂体系，含水高达 1 : 5的乙醇/ 水 配比仍给出很高的产率。 吸电子和给电子的芳香醛反应活性都很好， 酮类化合物虽然反 应较慢， 但产率也相当可观，且产物单一。 与 l n ( o t f ) 3 催化不同的是，路易斯酸 ( 如 b f 3 . e t 2 0或 a i c 1 3 )催化的反应中产物可能比较复杂，往往无法预料。进一步的研究表 明，l n ( o t f) : 也能够催化亚胺与o i l 的类似反应，生成 m a n n i c h型的产物p o l l ( s c h e me l - 2 4 ) ph 碳日 汀日 溉日 e t o h i h 2 0 , rt 9 5 % o r r 1 n - r 2 h o呼 呻or低、 + 却日 s c he me l - 2 4 w4 . 亲电 环化反应 开链 1 , 5 一 多烯的亲电环化是合成环裕类化合物 ( 如幽族化合物、类胡萝 卜 素等)的 一种重要方法. 质子酸， 路易斯酸催化的反应常见于生物碱的合成。 此外，以亚胺为链 端 的 多 烯 也 可 发 生 亲电 环 化反 应， 用 来 合 成氮 杂 多 环。 0 6 1 ， 但以 悯 系作 为 催 化 剂的 亲电 环 化反 应 还未见 有报道。 最近 m e 等人 在 研究中 发 现 1 0 7 1 ，乙 醛 酸与一 些端 烯型 胺生成 的 亚 胺可 在y b ( o t f ) 3 催化下发生亲电 环化， 立 体选 择性 地主要生 成t r a n s 型 氮杂 环并y 一 内 酷化合物。实验还证明，水合y b ( o t f ) ， 能 够更好地催化反应的 进行。( s c h e m e l - 2 5 ) m e 日2 o 。 三飞 m e1, n h2 h f1 o et a t o i 与丫o r 户k , 0 s c h e me l - 2 5 w5 . 质子溶剂中氮丙咤的合成 丙咤是合成许多生物分子的重要合成子。卡宾对亚胺的加成是合成丙淀单元的重要 方法， 文献曾 报道此类反应可被过渡金属离子催化。 me 等人研究发现1 08 1 ， 在质子溶剂 南开大学硕士毕业论文第一章 中( 如乙醇) ， 三氟甲 基磺酸斓可以催化丙吮的生成 ( s c h e n l e l 一 2 6)， 高选择性地生成 15 型产物。实验还表明，使用钢系重金属 ( 如er和yb)会降低反应的选择性。重氮乙酸 乙酷和其它重氮盐，如邻硝基苯基重氮甲烷、重氮乙酞乙酸乙酷等都曾被用于此反应。 r l 七闪 +n z c 日 c o z e t e 1 0h 尽 2 n+ r ，今c o 2 : 。 早 2 n 尺 尸 。 2 o t s c h e me l 一 2 6 w6 ， l n o n ) 参与的固 相合成研究 固相或固相负载催化剂在有机合成中有着广泛的应用。与路易斯酸在有机合成中的 重要的作用相比，固相负载的路易斯酸催化剂只有很少的报道。yu 等人新近成功开发 出了一系列聚合物负载的 三价斓系金属催化剂5s， 在一些有机反应中， 如轻醛缩合反应、 氮杂diel s 一 alde: 反应以及拨基化反应中得到了成功的应用。 聚合物负载的锅系催化剂系 由 润系金属离子与离子交换树脂通过离子交换得到。把强酸性树脂制成n a 于 形式，然后 在水相中与润系金属离子进行离子交换，即可得到相应的 催化剂( schem el 一 2 7) 。 这种 固相负载的催化剂很容易分离， 因此解决了质子溶剂中令人头疼的产物与催化剂分离的 问题。 3 n a + ln 3+ cl 丁 l n 3 十 5 0 丁 日 + o 3 n a + 5 0 3-n a + s c h e m e l 一 2 7 p l e p ar at i on o f l n- res i n 。 洲 二 卜 n 、 2 * 肠任! 飞 0/、 y b ( 0 功3 c h z c 12 oc ， 。 一。 人 2 .c h 3 o h