（有机化学专业论文）芳醛与芳酮的无溶剂缩合反应研究.pdf

摘要 缩合反应是有机合成的重要反应之一，它在构建具有生物活性的杂环化合物以及形 成碳碳双键等反应中起着举足轻重的作用。而近年来，无溶剂等绿色合成技术也越来越 引起有机合成化学家们的关注，这项技术符合绿色化学的要求，是一种新兴的环境友好 有机合成技术。近年来将微波技术应用于无溶剂合成中，为有机合成方法学提供了一条 新的思路，它具有操作简便、反应快速、提高产率等优点。 我们对芳醛和芳酮的无溶剂缩合反应进行了研究，并对微波辐射下芳醛与芳酮的无 溶剂缩合反应也作了进一步的考察，希望能够从简单的原料出发，在温和的条件下经过 简单的步骤，发展高效、高选择性的“原子经济性”反应，拓展无溶剂及微波联用技术 在有机合成中的应用范围。 本论文共分为五章 第一章：微波辐射下环境友好的有机合成进展 本章对微波辐射下无溶剂合成、离子液体中、水相等条件下的各种有机合成反应， 按其反应类型进行了较为详细的综述。 第二章：无溶剂相转移催化下多取代环己醇的合成反应研究 首次将无溶剂一相转移催化联用合成技术应用于芳醛与芳酮、杂坏醛与芳香酮，芳 醛与杂环酮，杂环醛与杂环酮的缩合反应中，合成了多种取代环己醇。考察了各种相转 移催化剂对该反应的影响。通过实验发现，t b a b 对该反应具有良好的促进作用，使在 液相中需十几个小时甚至几十个小时才能完成的反应，在无溶剂条件下几分钟就可完成， 并且使液相中两步完成的反应，而在无溶剂条件下一步就可完成，且产率优良。此方法 特点：反应速度快、操作简便、产率较高。为合成多取代的环己醇类化合物提供了一个 新的通用方法。 第三章：无溶剂室温搅拌下l ，5 二酮类化合物的合成 我们主要研究了在无相转移催化下芳醛与芳酮，杂环醛与芳香酮，芳醛与杂环酮， 杂环醛与杂环酮在固体氢氧化钠存在下发生羟醛缩台反应，m i c h a e l 加成反应。通过实验 发现具有芳香性的醛与酮在无溶剂条件下可顺利地发生反应，得到产率中等的1 , 5 二酮 类化合物。 第四章：微波辐射相转移催化下快速合成2 , 4 ，6 三芳基取代的毗啶 本文首次报道了在无溶剂、微波辐射、p e g 一4 0 0 作用下，以芳醛与芳酮为起始原料， 二二步合成了2 , 4 ，6 三芳基耿代的吡啶。通过实验发现，芳醛与芳酮可在无溶剂微波辐射下 合成毗喃盐，接着毗喃赫与浓氨水，p e g 4 0 0 催化下可直接得到2 , 4 ，6 三芳基取代的毗啶。 该反应具有产率高，反应时间短，操作简便，无溶剂等优点，是一种快速、环境友好合 成2 ，4 ，6 - 三芳基毗啶化台物的方法，并扩大了微波辐射、相转移催化、无溶剂三者联 用技术在有机合成中的应用范围。 第五章：微波辐射下3 ，5 一二芳基吡哗类化合物的合成反应研究 本文在无溶剂微波辐射下合成2 ，4 ，6 - 三芳基吡喃盐的基础上，重点探索了从吡喃 盐出发合成3 ，5 二芳基吡唑的研究。 通过实验发现，p i l p 南盐在室温下可生成假碱类化合物，在微波辐射下假碱在酸性介 质中与水合肼一步反应可生成吡唑。与文献报道的方法相比，此方法反应速度快、产率 较高，实验步骤短，为合成3 ，5 - 二芳基吡唑提供了个新的合成方法。 合成路线为： r b f 3o 戮 ，( 2 j n h a o h p e g 4 0 0 m w r 2 2 廷y 8 一n + 1 逛 f 伙 o l _ r t u 父c o c 。八 、g 融嗽。： r 广h , c i ，c h 】 r 2 = h 4 一c i ，4 - b r ，4 一c h 3 f i ( 3 ) n h 2 n h 2 h 2 0 c l 厶c o o h m w r a b s t r a c t c o n d e n s a t i o ni so n eo fi m p o r t a n tr e a c t i o n si no r g a n i cs y n t h e s i s i tp l a yak e yr o l ei n s y n t h e s i z i n gh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sd u et o t h e i r i m p o r t a n tp e r f o r m a n c e i nav a r i e t yo f d i s c i p l i n e s a n df o r m i n gc a r b o n c a r b o n d o u b l eb o n d i n r e c e n t l y , t h ea p p l i c a t i o n o f s o l v e n t f r e em e t h o dt oo r g a n i cs y n t h e s i sh a sb e e nt h ef o c u so fc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o ni nr e c e n t y e a r sa n db e c o m i n ga ne m e r g i n gt e c h n o l o g yt h a tc o u l dm a k ei n d u s t r i a l l yi m p o r t a n to r g m a i c s y n t h e s e sm o r ee n v i r o n m e n t a l l ye c o f r i e n d l y t h a ns o l u t i o nr e a c t i o n s m o r e o v e r , t h ec o u p l e m i c r o w a v ei n a d i l i t i o nw i i hs o l v e n t f r e eo f f e ran e wm e t h o df o r o r g a n i cs y n t h e s i s e n h a n c e m e n to fac h e m i c a lr e a c t i o nc a nm a n i f e s ti t s e l f i ns e v e r a lw a y s i n c l u d i n gt h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) h i g h l ya c c e l e r a t e dr e a c t i o nr a t e sf o rv a r i o u st y p e so fr e a c t i o n s ；( 2 ) i m p r o v e dy i e l di nm a n y c a s e s ；( 3 ) r e d u c t i o ni ns i d ep r o d u c t s ；( 4 ) s i m p l i f i c a t i o na n di m p r o v e m e n t o fc l a s s i c a ls y n t h e t i c m e t h o d s ，e t c t h ed e s t i n a t i o no ft h i st h e s i si st os t u d yt h ec o n d e n s a t i o no f f r a g r a n ta l d e h y d e sa n df r a g r a n t k e t o n e su n d e rs o l v e n t f r e ea n dm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n i ti s e x p e c t e dt h a ts y n t h e s i s o ft h e a i m e d p r o d u c t su n d e rm i l dc o n d i t i o nf r o mc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l em a t e r i a l sa n de x p a n dt h e a p p l i c a t i o ne f m i c r o w a v ei r r a d i a t i o na n ds o l v e n t f r e ei no r g a n i cs y n t h e s i s t h et h e s i si n c l u d e sf i v ec h a p t e r s c h a p t e r o n e ：t h ea d v a n c eo f e e o f r i e n d l ys y n t h e s i su n d e r m i c r o w a v ei r r a d i a t i o n 。 t h i sp a r tc o v e r st h en e wa d v a n c eo ft h ee n v i r o n m e n t a l l ye c o f r i e n d l ys y n t h e s i su n d e r m i c r o w a v ei r r a d i a t i o ni ns o l v e n t f r e e ，i o n i cl i q u i d ，w a t e r ，s o l i dp h a s e ，e f c c h a p t e rt w o ：an o v e lm e t h o df o rs y n t h e s i so fp o l y s u b s t i t u t e dc y e l o h e x a n o lv i ap h a s e t r a n s f e rc a t a l y z e du n d e rs o l v e n t - f r e ec o n d i t i o n s t h e a p p l i c a t i o no f s o l v e n t - f r e ea n d p h a s et r a n s f e rc a t a l y s tt oo r g a n i cs y n t h e s i sh a sb e e n a t t r a c t i v ei nr e c e n ty e a r s i nt h i ss e c t i o n ，w ef o c u s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ft h ec o n d e n s a t i o n ， m i c h a e lr e a c t i o no fd i f f e r e n ta r o m a t i ca l d e h y d ew i t l ld i f f e r e n ta r y ls u b s t i t u t e dk e t o n e su n d e r s o l v e n t f l e ea n dp t c c o n d i t i o n s ，o b t a i n e dp o l y s u b s t i t u t e d c y c l o h e x a n o ld e r i v a t i v e si nm o r d e n t y i e l dw h e nu s i n gt b a b a st h ec a t a l y s t i nt h ee x p e r i m e n t ，w ef o u n dt h a tt h er e a c t i o nt i m e ( 3 - 7 r a i n ) i ns o l v e n t - f r e ec o n d i t i o ni sm u c h s h o r t e rt h a nt h o s ei ns o l u t i o n ( 1 6 - 7 2 h ) t h er e a c t i o ni sa s t r a i g h t f o r w a r d m e t h o l o d o l o g y f o rt h e s y n t h e s i s o f p o l y s u b s t i t u t e d c y c l o h e x a n o la n da d v a n t a g e so f t h em e t h o da r et h ee x c e l l e n ty i e l d s ，o p e r a t i o n a l s i m p l i c i t y , s h o r tr e a c t i o nt i m e ，a n da v o i d a n c eo f t h e u s eo f s o l v e n t c h a p t e rt h r e e ：s y n t h e s i so f1 , 5 一d i k e t o n e s d e r i v a t i v e su n d e rs o l v e n t - f r e ec o n d i t i o n sa t r o o m t e m p e r a t u r e 1 , 5 一d i k e t o n e sa r ee x t r e m e l yi m p o r t a n ts y n t h e t i ci n t e r m e d i a t e si nt h e i ro w nr i g h ta n da r e d e s i r a b l es t a r t i n gm a t e r i a l sf o rp r e p a r i n gm a n yh e t e r o c y c l i ca n dp o l y f u n c t i o n a lc o m p o u n d s t h i sc h a p t e ri n c l u d e st h er e a c t i o no fd i f f e r e n tf r a g r a n ta i d e h y d ew i t hd i f f e r e n ta r y ls u b s t i t u t e d k e t o n e su n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s ，a n dl e a dt o 1 ，5 一d i k e t o n e s u s i n gt h e s em e t h o d s ，w e o b t a i n e dt e nk i n d so f c o m p o u n d s t h e p r o d u c t s w e r ec h a r a c t e r i z e db ym o d e m s p e c t r a ld a t a c h a p t e r f o u r ：ar a p i ds y n t h e s i so f2 , 4 ，6 一t r i a r y l p y r i d i n e su n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n a n d p h a s e t r a n s f e r c a t a l y s t i nt h i s c h a p t e r , w ef i r s t l y u s e dt h em i c r o w a v ei r r a d i a t i o na n dp t ct e c h n o l o g yt o a c c e l e r a t et h ec o n v e r s i o no f 2 , 4 ，6 一t r i a r y l p y r y l i u ms a l t sw i t ha m m o n i a i ns o l v e n t l e s sc o n d i t i o n a n do n e - p o ts y n t h e s i z e dt h e2 , 4 ，6 一t r i a r y l p y r i d i n ed e r i v a t i v e s i nc o m p a r i s o nw i t hl i t e r a t u r e m e t h o d ，t h es a l i e n tf e a t u r e so f t h em i c r o w a v ea n dp t c a p p r o a c ha r er a p i dr e a c t i o nr a t e sa n d r e s u l ti ns i g n i f i c a n te n e r g ys a v i n g ，c l e a nr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，e n h a n c e m e n ti nc h e m i c a ly i e l d s ， a n da v o i d i n gt h eu s eo fo r g a n i cs o l v e n t ，w h i c hw i l lr e s u l ti nc o s ts a v i n ga n dm i n i m i z es a f e t y c o n c e r n si nt h eo r g a n i cl a b o r a t o r y f i n a l l y ，t h eu s eo fs o l v e n t l e s sr e a c t i o nc o n d i t i o n sr e s u l t si n s i m p l e ，e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yw o r k u pp r o c e d u r e s t h i sr a p i da n de a s yt e c h n i q u ec o u p l e d w i t hw a t e rm e d i a m a y c o n t r i b u t et ot h ed r e a mo fg r e e nt e c h n o l o g y i nt h ee x p e r i m e n t ，t a k i n g t h ec o n v e r s i o no f 2 , 4 ，6 - t r i p h e n y l p y r y l i u ms a l tw i t ha m m o n i a a sa l le x a m p l e ，w es t u d i e dt h e i n f l u e n c eo fm i c r o w a v ep o w e r , t i m e ，p h a s et r a n s f e rc a t a l y s to nt h er e a c t i o n ab e t t e rr e a c t i o n c o n d i t i o nw a so b t a i n e d ( p = 3 0 0 w ，t = 3 m i n ) w ep r e s e n t e dr e a c t i o nm e c h a n i s ma c c o r d i n gt o t h el i t e r a t u r ea n de x p e r i m e n t w eo p e nan e ws i m p l y , e c o f r i e n d l yw a yf o rt h eo n e p o t s y n t h e s i s o f 2 ，4 ，6 t r i a r y l p y r i d i n ed e r i v a t i v e s c h a p t e rf i v e ：s t u d yo n t h es y n t h e s i so f 3 , 5 一d i a r y l p y r a z o l e sd e r i v a t i v e su n d e r m i c r o w a v e i r r a d i a t i o n p y r a z o l ed e r i v a t i v e sp o s s e s saw i d ev a r i e t y o fm e d i c i n a lp r o p e r t i e s ，i nt h i sc h a p t e r , w e s u c c e e d e di ns y n t h e s i z e3 , 5 - d i a r y l p y r a z o l ed e r i v a t i v e su s i n ga r o m a t i ca l d e h y d ea n da r o m a t i c k e t o n e sa n dh y d r a z i n ea ss t a r t i n gm a s t e r i e s i nt h es e c t i o n ，w ef o u n dt h a tt h i si sa n e a tr e a c t i o n p r o d u c i n g a s i n g l ep r o d u c ti na c e t i ca c i ds o l v e n t t h eo p t i m u m r e a c t i o nc o n d i t i o nw a ss e l e c t e d a n dt w e l v e 3 , 5 - d i a r y l p y r a z o l ec o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e db yt h i sp r o c e d u r e t h e m a i n a d v a n c e so f t h i sm e t h o d o l o g ya r er a p i dr e a c t i o nr a t e ，h i g hy i e l da n dc o n v e n i e n tm a n i p u l a t i o n v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包括其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北师范 大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：盔础兹 日期溺哂js j 6 。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：= 衄导师签名：垄型矮闩期2 西0 5 ? 芎jl 毛 第一章微波辐射下环境友好的有机合成进展 第一章微波辐射下环境友好的有机合成研究进展 1 1 前言 微波作为一种传输介质和加热能源已被广泛应用于各学科领域，如食品加工、废 物处理、陶瓷烧结、药物合成、橡胶和塑料的固化等【l 3 】。早在1 9 6 9 年，美国科学家 v a n d e r h o 一4 j 就利用家用微波炉加热进行了丙烯酸酯、丙烯酸和d 一甲基丙烯酸的乳液聚 合，意外地发现微波加热会使聚合速度比常规加热明显加快。这是微波用于有机合成的 最早记载，但当时并没有引起人们的重视。直到1 9 8 6 年g e d y e 及其同事【5 】研究了在微 波炉中进行的酯化反应，并与常规反应进行比较，才使得微波技术作为一种新技术在有 机合成中被广泛应用，这也是微波有机合成化学开始的标志。在后来短短十几年时间罩 已逐渐发展成了一门新兴交叉学科一m o r e 化学( m i c r o w a v e i n d u c e do r g a n i cr e a c t i o n s e n h a n c e m e n tc h e m i s t r y ) ，即微波促进有机反应化学，也叫做微波诱导催化有机反应化 学【6 - 8 1 。 与传统加热反应相比，微波辐射下的有机合成具有反应速度快、产率高、副反应 少、产品易纯化等优点，还可以节约能源，实现原子经济性合成和生态友好绿色合成。 到目前为止，微波加快有机合成反应类型众多。根据以前的文献及相关书籍可知至少有 4 0 种以上 9 】，其中具有代表性的反应类型有烷基化反应、氧化反应、缩合反应、脱保护 反应、重排反应、偶合反应、h e e k 反应、金属有机化合物合成、水解反应、立体选择 性合成、m a n n i c h 反应、d i e l s a l d e r 反应、消除、取代、成环、环链转移反应等，几乎 涉及到有机合成反应的各个领域。另外，出于微波为强电磁波，产生的微波等离子体中 常可存在热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子，因而可使一些热力学上不可能 发生的反应得以发生1 加】。 1 2 微波诱导化学反应机理 微波( m i c r o w a v e ，m w ) ，即指波长从l m m l m ，频率从3 0 0 m h z - - 3 0 0 g h z 的超 高频电磁波。民用微波频率一般为9 0 0 ( 土1 5 ) m h z 和2 4 5 0 ( 土1 5 ) m h z 。微波对物质的作用 很复杂，目前对于微波加速有机反应的机理没有统一的说法。 对于凝聚态物质，微波主要通过极化和传导机制进行加热。一般说来，离子化合物中 离子传导机制占主导；共价化合物则是极化机制占优势。微波的辐射功率、微波对反应物 的加热速率、溶剂的性质、反应的体系以等均能影响化学反应的速率。反应物对微波能 量的吸收与分子的极性有关 1 ”。极性分子由于分子内部电荷分布不均匀，在微波辐射下 西北师范土学硕士学位论文 吸收能量，通过分子的偶极作用产生热效应，称为介质损耗；非极性分子内部电荷分布均匀 在微波辐射下不易产生极化所以微波对此类物质加热作用较小。通常对于非磁性介质可 以忽略磁损耗，反应物单位体积内吸收的微波功率为p 。= 1 2 o i ei2 + 1 2u 1ei2 其中 。为电导率e 为复介电常数的虚部，e 为电场强度。 传统的观点认为是对极性有机物的选择性加热，是微波的致热效应【1 2 1 ，它是靠介 质的偶极子转向极化和界面极化在微波场中的介电耗损而引起的体内加热，即是极性介 质在微波场作用下随其高速旋转而产生相当于“分子搅拌”的运动，从而被均匀快速地 加热，此即“内加热”。“内加热”只是微波对物质的表面作用。微波能量只有约几个j t o o l 。，因此不能引起分子能级的跃迁，所以微波只会使物质内能增加，并不会造成反 应动力学的不同。微波引起反应速度加快是因为极性分子由于分子内电荷分布不平衡， 在微波场中能迅速吸收电磁波的能量，通过分子偶极作用以每秒4 9 1 0 9 次的超高速振 动，提高了分子的平均能量，使反应温度与速度急剧提高。分子的偶极矩越大，则加热 越快，此时能显著提高有机反应的速度。而对于非极性分子，由于其在微波场中不能产 生高速运动，所以微波辐射对这类物质的反应作用很小甚至没有。同时对于极性分子在 非极性溶剂( 如甲苯、正己烷、乙醚、四氯化碳等) 中吸收m w i 能量后，通过分子碰 撞而转移到非极性分子上，使加热速率大为降低，所以微波也不能使这类反应的温度得 以显著提高。 另一种观点是认为微波加热还具有特殊效应，即“非热效应” 3 - 1 5 】，微波作用下 的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能，即微波对化学反应存在着选择性 加热的影响( 物质分子结构与微波频率的匹配关系) 。黄卡玛等人【t 6 , 1 7 1 以日与h 2 0 2 反 应为例，研究了微波场对化学反应作用的动力学原理，提出了微波辐射能够改变化学反 应的活化能和指前因子，而且这种改变与温度有关。这一结果有力的证明了“非热效应”。 总的来说，微波加速有机反应机理的解释有许多种，“热效应”和“非热效应”两 种观点都有不少的证据支持，到目前为止，仍没有一个统一的理论。有的文献 1 7 提出了 探讨微波化学反应机理的思路，他们认为其关键是要根据电磁波的特性对化学反应进行 研究：研究同一类型化学反应在不同频率微波下的反应结果，找出微波频率与化合物之 间的关系( 对分子结构的影响) ；研究分子结构在微波辐射下的变化情况，找出微波对 分子结构的影响条件：研究微波频率与化学键振动频率的关系等，从而揭示出存在于微 波反应中的某些非热效应。探索微波的致热效应和非致热效应的剥立统关系将是一个 很有意义的研究方向，也是微波化学领域中亟待解决的问题。 第一幸微波辐射下环境友好的有机合成进展 1 3 现代微波化学合成仪 目前用于化学反应的专用微波仪器已设计制造出来，并应用于实验研究及工业生产 i 馆1 1 9 】。世界领先的有机微波合成仪，如荚国c e m 公司的m a r s5 高压密闭微波化学 工作站、d i s c o v e r y 单模微波加速有机合成系统，e t h o ss y n t h 微波有机合成系统，意 大利m i l e s t o n e 公司的m i c r os y n t h 合成系统，瑞典p e r s o n a l c h e m i s t r t y 公司的e m r y s 7 m 微波台成仪等。专用微波合成系统能对反应的热力学条件进行过程控制，按程序设定时 恻、温度、压力，在线显示化学反应各种参数的变化及其动态曲线，并具有智能化控制 的专家系统软件口。由于专用微波合成系统价格昂贵，使用它进行基础研究的人员较少， 因此绝大多数的研究是在改进的家用微波炉中进行的。 传统微波炉采用的是多模技术，不同模式微波的重叠会造成反应容器受热不均匀， 是反应不稳定，重现性不好，且容易爆炸。现在微波炉采用了先进的单模技术，保证微 波从波源发出，经过波导传导，以单一模式进入反应腔，在反应腔内按一定方向传导， 形成一个能量均匀的微波场，保证了反应体系升温快、受热均匀。 与传统的微波炉相比，先进的微波化学合成仪有以下优点： a ) 温度均匀、升温速度快、试验重现性好。 b ) 绝对安全性。 c ) 以有效地进行微波化学合成，提高合成的成功率，以及捕捉各种信息。 d ) 过触摸显示屏进行实验参数的设置( 如温度、压力、反应时间) ，以及在反应过程中实时 观察各参数的变化，远程浏览设备运行状况和实验过程，保存、打印实验结果。 e ) 更加绿色环保的合成反应，现在微波合成是在密闭容器中进行，完全不存在溶剂挥发 对环境造成的污染。 1 4 微波促进环境友好的有机合成 随着2 1 世纪的临近，社会的可持续发展及其所涉及的生态、环境、资源、经济等 方面的问题愈来愈成为国际社会关注的焦点，被提到发展战略的高度。更为严厉的保护环 境的法规不断出台，促使化工界把注意力集中到从本源上杜绝或减少废弃物的产生，即原 始污染的预防而并非产生污染后的治理。当今的许多化工产品及其生产过程多以本世纪 前5 0 年，甚至是上个世纪的技术为基础发展起来的，它们对人类的衣食住行和医疗保健等 方面作出贡献的同时，也对环境产生诸多不良影响。这对科学技术必然提出新的要求，对 化学，尤其是合成化学更是提出了挑战，同时也提供了学科发展的机会。近年来，绿色化学、 环境温和化学、洁净技术、环境友好过程等己成为使用率很高的词汇，这对化学提出了新 西北师范大学硕士学位论文 的挑战。环境经济性f 成为技术创新的主要推动力。近年来发展很快，并得到愈来愈多 的关注，著名的n a t u r e 杂志2 0 0 3 年初一篇评论 2 1 1 对论了当前微波化学的优势和研究热 点。微波化学在相关产业中的应用可以降低能源消耗、减少污染、改良产物特性，因此被 誉为“绿色化学”，有着巨大的应用前景。 本文就近几年柬微波促进下无溶剂、离子液体、固相、水相等环境友好的有机合 成作一综述。 1 4 1 微波辐射下无溶剂的有机合成反应 有机合成反应大多以有机溶剂为介质，因而造成有机溶剂对环境的污染。各国化 学家研究了许多取代传统有机溶剂的方法，如无溶剂反应、这种方法除了可取代传统有 机溶剂、减少污染外，还因为它们为反应分子提供了新的分子环境，因而使反应的选择 性、转化率得到改善和提高，或使分离提纯等操作过程较容易进行。 以试剂或原料本身作为溶剂( 或在熔融状念下反应) 的方法，无溶剂体系，对人类 健康和环境具有最显著的优点【2 2 】。由于反应过程完全不用溶剂，彻底克服了反应过程中 溶剂对环境造成的污染，降低了生产成本，产物的分离提纯过程也变得容易进行。 无溶剂有机反应可归为3 种情形：( 1 ) 无机氧化物作载体：a 1 2 0 3 、s i 0 2 、粘土、沸 石可作为酸性或碱性载体，蒙脱土可作为酸性载体：( 2 ) 无溶剂固液相转移催化：固体 季铵赫作载体，液体反应试剂浸入载体；( 3 ) 无催化剂或载体的非均相反应：固体试剂 部分溶解于液体试剂，或液体试剂吸附在固体试剂表面，反应在界面上进行【2 3 , 2 4 1 。 1 4 1 1 迈克尔加成反应 迈克尔加成反应是有机化学中一类重要的反应，在有机合成中有很重要的作用。 m i c h a e l 加成反应是有机合成化学中一种构筑碳一碳键的极为重要的策略【2 ”。它在有机 合成，尤其是药物合成中取得了广泛应用。由于无溶剂条件下微波促进的有机反应，不论 对于合成化学的理论性研究，还是绿色化工等均具有重要意义。因此，微波辐射的无溶 剂m i c h a e l 加成反应已成为当前的一个热点研究领域。无溶剂条件下使用各种催化效率 高，廉价易得的碱性、酸性催化剂，甚至无任何催化剂，可以有效地避免缩合、重排、聚合 等副反应的发生。一些相转移手性催化剂的应用，在类似条件下也成功地实现了m i c h a e l 加成，从而使得该项技术同臻成熟，为工业化应用奠定了良好基础。 p a t o n a y 等1 2 6j 以d b u n a 2 s 0 4 为催化剂在无溶剂和微波辐射条件卜使2 一羟基查耳 酮1 a 发生分子内的m i c h a e l 加成高度非对映异构体选择性地获得l c 和l d ，转化率为 1 0 0 。研究表明，采用普通加热会使1 c 和l d 的收率均有所降低，日选择性不强、产物中 第一章微波辐射下环境友好的有机合成进展 确3o ，2 8 ，13 的l b ，1 c ，l d 及11 的l e ( s c h e m e l ) 。 d b u ，n a 2 s o 。 m w d b u n a 2 s 吼 m w h 礅 ： ”“ 1 d l e s c h e m e l a m b e r l y s t a 2 7 是种含有n ( c h 3 ) 3 + 官能团的大网络阴离子树脂，可作为非均相催化 剂，有效催化硝基烷烃类化合物对c l ，p 不饱和酮的无溶剂m i c h a e l 加成反应 2 7 】。例如， 硝基乙烷与2 , 4 一戊二烯酸甲酯2 a 在其催化下，微波辐射7 r a i n ，立体选择性地得到8 5 的 1 , 6 一共轭加成产物( e ) 一- 硝基p ，t 一庚烯酸甲酯2 b ，且无( z ) 型产物( s c h e m e2 ) 。该反应结 果明显优于使用其他碱性催化剂和有机溶媒的相应结果【2 8 j 。 c h 3 c h 2 n 0 2 卿洲e a m b m e w f l y s t ai兰0 7 i v v 2 a2 b s c h e m e2 r a n u 等 2 93 0 1 报道，以浸润在硅胶表面的i n c l 3 为催化剂，在无溶剂条件下微波辐射 ( 6 0 0 w ) 数分钟，“一勺烩”合成了一系列喹啉及二氢喹啉类化合物，收率最高可达 8 7 ( s c h e m e3 ) 。研究认为，该反应历程是苯胺对0 【，3 - 不饱和酮m i c h a e l 加成，然后环化、 芳香化反应。如果反应只以i n c l 3 为催化剂，则反应缓慢甚至不发生；如果只以硅胶作载体 而没有i n c l 3 催化，反应只生成亚胺；若采用普通加热方式，会导致，1 3 - 不饱和酮的大量 聚合。 无机氧化物是热的不良导体，可是在微波下它却能迅速均匀地吸收热量，因此表现 出很强的微波效应，能显著地提高温度和加快反应速度，与常规加热相比，具有很大的 优点。 v _ 西北师范大学硕士学位论文 媛。l y 警 久n h r ，一 m w r = h m e m e o ，e t c r 2 = h b r 0 。：7 r 1 = h ，m e ，e t c r 3 = m e ，4 - m e o c 6 h 4 i n c l 3 s i 0 2 m w r = h m e m e o 。e t c s c h e m e3 例如，无需任何溶剂，蒙脱土k 1 0 催化即可完成2 氨基查耳酮的分子内m i c h a e l 加成， 得到2 一芳基一1 ，2 ，3 ，4 - 四氢- 4 一喹诺酮，收率7 0 8 0 ( ( s c h e m e4 ) ，微波辐射条件 下，蒙脱土k1 0 催化呋哺与甲基乙烯酮反应，得到双m i c h a e l 加成产物，收率 7 4 ( ( s c h e m es ) 3 2 1 。 r 1 r 2 0 r i = c i ，b r ，m e ，m e o ，o fn 0 2r 2 = h r 1 = r 2 = ho fm e o s c h e m e4 夕 0 竺! 型型 m w 5 m i n o s c h e m e5 以硝基烷烃、脂肪伯胺和c 【，d 不饱和酮为反应原料，在硅胶催化下，“一勺烩”合 成了毗咯类化合物( s c h e m e6 ) 。操作过程中均不涉及强酸、强碱和反应溶媒，且硅胶经洗 涤、干燥后仍可循环利用，相比之下，如果在t h f 中进行反应，收率会大大降低口3 ，3 4 】。 胺类化合物7 a c 与t r a n s ( s ) - 7 d 于微波辐射下反应1 2 m i n ，在t r a n s 一( s ) 7 d 中的y 位手心碳原子的不对称诱导作用下，选择性地得到7 e g 7 h - j 的顺、反式非对映异构体 9 ”。( s c h e m e7 ) 生成的顺反非对映异构体的情况见下表1 。 第一章微波辐射下环境友好的有机合成进展 + r 4 n h 2 + 一s 一慨 r 1 = p h ，h ，f u r y lr 2 = h ，e ir 3 ：h m e p h r 4 2 p h c h z ，m e z c h r 5 = m e ，e t 。磁， f 。 r d t 。n s _ ( s ) 7 d s y n 7 e ga n 叫 、 s c h e m e7 表1 微波促进下胺类化合物与7 d 反应结果 萘环尤论在化妆品还是在香料工业中部是十分重要的中矧体，l o u p y 等报道了在 微波促进尤溶剂下d ，d 不饱和酮与务尔酮经m i c h a e l 7 j 口成反应合成了二芳基c c 四氢萘酮。 _ | ：j = 微波】i 经5 8 m i n ，使可得到7 9 9 2 的收率，町在常枷条件卜并在有机溶剂乙醇中经 1 4 4 0 r a i n ，爿得到4 0 一5 6 1 筘j 产物( s c h e m e 8 ) 。 焱象 ，。 ， s c h e m e 8 吲哚环化合物是重要的有机原料和化工产品，不仅可以合成燃料、制各香料，而且 可以用作植物生长素、饲料添加剂，可以治疗心血管病、糖尿病及肺癌等多种疾病，因 此它在工业、农业及医药领域中都有着十分广泛的用途 3 7 1 。近年来对含吲哚环类化合物 的合成也越来越多。c h a k m b a r t y 等【3 8 1 报道了反式吲哚硝基乙烯与取代的吲哚在微波辐 讯 掣 0丫r 。 。( i 蓼 m 巳衫 西北师范大学硕士学位论文 射无溶剂下经麦克尔加成合成了具有生物活性的2 ，2 一二吲哚基硝基乙烷。在7 1 2 分 钟得到7 0 。8 6 的收率，而在是室温下经8 1 4 小时得到产率为6 9 8 4 的产物。( s c h e m e9 ) s c h e m e 9 2 0 0 4 年y a d a v 等【3 9 】报道了在i n c l 3 s i 0 2 催化下乙酰乙酸乙酯与偶氮二羧酸乙酯，反应 仅用4 分钟就n j i 得至i j 9 0 的d 一酮一a 一肼酯，而在常规加热下需8 d , 时才得n s l 的收 率( s c h e m el o ) 。 00 人八。+ c 啡啪。日 m w s c h e m e1 0 f r a n c o i s e 报道1 4 0 1 了存微波辐刺下经两次迈克尔加成反应合成新的高度官能化的环 已烯( s c h e m e1 1 ) z c s h 4 、，c n c ”3 “。2 + h ，。c 。，m e j i i i z 2 h ，p c i ，p - m e o ，p - n 0 2 ，m - f ，o 。f - o - b r s c h e m e1 1 通过硝撼r | _ j | 烷与查尔酮在微波辐射，k f a 1 2 0 3 作用卜经过两次迈克尔加成反应及关 环反应