（有机化学专业论文）钐试剂促进的有机反应研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 本文主要分为两个方面：二碘化钐促进的有机反应和金属钐促进的有机反 应研究。本文分三章： 第一章简单介绍了常见钐试剂的种类，对近年来二碘化钐和金属钐在有机 合成上的应用做了简述。 第二章主要研究了苯乙酮衍生物在二碘化钐和乙酸酐的作用下经过还原 消除，得到2 ，3 一二芳基丁二烯。我们对于反应的条件进行了三次的改进，在应 用方案一的时候发现对甲氧基苯乙酮得到二烯的产率很低，而吸电子取代基的 苯乙酮得到单烯，没有二烯生成；我们改用了方案二，在这种情况下，只有对 氯和对溴的反应效果不好；应用方案三后，不好的情况得到了解决。取代基对 反应的影响非常明显，供电子取代基对反应有利，吸电子取代基不利于反应的 进行，空间位阻也是影响这个反应的重要因素，位阻越大，反应越艰难。 第三章主要研究了在s m a c 2 0 f e c l 3 1 2 体系作用下，通过b a y l i s - h i l l m a n 力d 成物的碳乙酰化反应合成p 酮酸酯。在反应条件的优化过程中我们发现，三氯 化铁和碘都是必不可少的催化剂，二者缺少任何一个，原料转化都不完全；研 究中还发现带有吸电子取代基的底物反应速度快，但是还原产物较多；带有供 电子取代基的底物的反应速度相对很慢，但乙酰化产物多一些。 关键词：二碘化钐， 金属钐， 2 ，3 二芳基丁二烯，苯乙酮衍生物，卜酮酸 酯，b a y l i s h i l l m a n 加成物。 v i 上海大学硕士学位论文 a bs t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so ft w oa s p e c t s ：s t u d i e so no r g a n i cr e a c t i o np r o m o t e db y s a m a r i u m ( i i ) i o d i n ea n d m e t a ls a m a r i u m t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so ft h r e ec h a p t e r s ： c h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h eu s u a lt y p e so fs a m a r i u n lr e n g e n t s ，a n dd e s c r i b e st h e a p p l i c a t i o no fs a m a r i u mm ) i o d i n ea n dm e t a ls a m a r i u mi no r g a n i cs y n t h e s i si n r e c e n ty e a r s c h a p t e rt w om a i n l yd i s c u s s e st h es y n t h e s i so f2 , 3 一d i a r y l b u t a - 1 ，3 - d i e n ev i a s e l f - c o u p l i n ga n dd e h y d r a t i o no fa c e t o p h e n o n e sp r o m o t e db ys a m a r i u m ( i i ) i o d i n e w ei m p r o v e dt h er e a c t i o nc o n d i t i o n sf o rt w ot i m e st og e tag o o dr e s u l t i nm e t h o d o n et h ey i e l do f2 , 3 - d i a r y l b u t a - 1 ，3 - d i e n ef r o mp - m e t h o x y a c e t o p h e n o n ew a sr a t h e r l o wa n da c e t o p h e n o n e sw i t he l e c t r o n w i t h d r a w i n g g r o u p s f a i l e dt o p r o d u c e 2 , 3 - d i a r y l b u t a - 1 ，3 一d i e n e ，o n l ym c m u r r yc o u p l i n gp r o d u c t sw e r eo b t a i n e d t h e nw e u s e dt h es e c o n dm e t h o d ，a n da l lt h es u b s t r a t e sp r o d u c e d2 , 3 一d i a r y l b u t a - 1 ，3 - d i e n ei n g o o dy i e l d se x c e p tf o rp - c h l o r o a c c t o p h e n o n ea n dp b r o m o a c e t o p h e n o n e b u tt h e p r o b l e mw a ss o l v e di nm e t h o dt h r e e f r o mt h er e s u l t so fr e a c t i o n s ，w ef o u n d e l e c t r o n - d o n a t i n gg r o u p ss e e mt of a v o rt h er e a c t i o n s t e r i ch i n d e r a n c ei sa n o t h e r i n f l u e n c ef a c t o r , t h eb i g g e rh i n d e r a n c e ，t h eh a r d e rr e a c t i o n c h a p t e rt h r e em a k e sap r e l i m i n a r ys t u d yo fs y n t h e s i so ft o k e t o e s t e r sv i a c - a c e t y l a t i o no fb a y l i s h - h i l l m a na d d u c t sp r o m o t e db ym e t a ls a m a r i u m f e r r i c c h l o r i d ea n di o d i n ea r ea l li n d i s p e n s a b l e t h er e s u l t ss h o wt h a te l e c t r o n - w i t h d r a w i n g g r o u p sa r ef a v o rt or a t eo fr e a c t i o n ，b u ti n f a v o rt op r o d u c eo f 恤t o e s t e r s ；h o w e v e r , e l e c t r o n - d o n a t i n gg r o u p sh a v eo p p o s i t ee f f e c t i o n k e y w o r d s ：s a m a r i u m ( i i ) i o d i n e ；m e t a ls a m a r i u m ；2 , 3 一d i a r y l b u t a 1 ，3 - d i e n e ； a c e t o p h e n o n ea n a l o g u e s ；心t o e s t e r s ；b a y l i s h - - h i l l m a na d d u c t v 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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。 本论文使用授权说明 期： 蜱玉成知a 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，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。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 师签名：塑日期：少寻：塑乙 i l l 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 自从1 9 8 0 年由法国化学家k g a n a 1 1 首次把二碘化钐引入有机合成中以来， 二碘化钐作为一种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 2 1 。同时对二碘化钐的研究也进一步推动了对其他钐试剂，如金属钐， 三碘化钐以及有机钐试剂在有机反应中的研究 几年来，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 t i c l 。，s m h g c l ：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。 1 2 二碘化钐促进的有机反应 自二十世纪八十年代以来，二碘化钐经过k a g 觚【3 1 ，i n a n a g a 4 l ；g l m o l a n d e r 5 】 等人的工作，已经迅速发展成为广泛使用的单电子转移偶联剂和还原剂，它不 仅能促进多种类型的有机反应和官能团转化，而且被广泛应用于天然产物的合 成中【6 。 1 2 1b a r b i e r 型反应 二碘化钐能高效地促进醛、酮和有机卤代烃之间的b a r b i e r 类型反应，这方面 的工作已有大量的文献报道【8 加】。作为一个醚溶性的均相还原剂，二碘化钐相对 于传统的锂、镁试剂所促进的b a r b i e r 型反应来说，具有很多优点；它不仅可以促 进分子间b a b i e r 型反应，而且还能促进分子内的b a r b i e r 型反应，从而可以有效地 合成环状化合物，并且具有较高的立体选择性。在二碘化钐促进的b a r b i e r 型反 上海大学硕士学位论文 应中，有机碘( 二碘甲烷、烯丙基碘、炔丙基碘) 和苄卤都有很高的反应活性，在 四氢呋喃中室温下他们与醛或酮的反应可以很快完成【m 1 4 1 ，利用该反应可以很方 便地合成相应的烯( 炔) 丙基醇。 c h o - t - c h 2 1 2 一s m l 2 r l3 m i n 艿2 s m l 2 t h f ，r t 2 m i n n 七1 6 h 1 7 _ 三_ i + r 1 c o r 2 t b s - t - p h c h 2 c 1 2 ( 9 1 ) 6 5 ) 响洲仃 s m l 2 t h f r t 2 h 状心p h x p h 与镁试剂不同的是，二碘化钐除了可以促进卤代烃发g e b a r b i e r 型反应外， 还可以促进烯丙基砜、烯丙基磷酸酯以及双砜制e b a r b i e r 型反应；甚至亲核 试剂不仅可以是醛( 酮) ，还可以是亚胺等化合物【1 5 , 1 6 。 眦h ，凡+ y 2 兰嘛 以+ n c 气 人s 。2 阳+ n - c e h l 3 c h o 2 ab( a j b = 6 4 3 6 ) s m l 2 t h f 。r t 5 h h c 6 h 1 3 - n 上海大学硕士学位论文 s 0 2 p h r 1 r - s 0 2 p h + r 2 r 卫r 4 加b r + p h n 7 p h 坠，p h 0 2 s 骅r 4 t h f r i2r i3 s m l 2 t h f p h i 夕小n p h h 二碘化钐促进分子内的b a r b i e r 型反应还是一种构建环状化合物的有效方法 与传统的碱金属、碱土金属以及有机锂等试剂促进的同类反应相比，二碘化钐促 进的分子内b a r b i e r 型反应具有条件温和、操作简单、产率高等优点：并且，由于 反应过程中钐与底物中的一些官能团配位的模板效应，常使反应具有一定的立体 选择性 1 7 - 2 0 】。 s m l 2 t h f 。- 7 8 0 ct o0 0 c s m l 2 ，c a t f e c l 3 h t h f , - 7 8 0 ct o0 0 c s m l 2 ，c a t f e 皿i ) i t h f ，3 0 0 ct or t s m l 2 t h f ，r t 16 h 3 e t 上海大学硕士学位论文 i p r is m l 2 h m p a 。t h f s m l 2 c o n e t = t h f 。- 7 8 0 ct or t h i - p r o n e t 2 ( ) 9 1 7 0 0 纠e ) 当卤代烃分子中卤素的a 一位连有不饱和基团( c = c 或c = 0 ) 时，在二碘化钐作 用下卤代烃和羰基化合物很容易发生分子间的b a r b i e r 型反应而得到醇类化合物： 卤素的a 一位连有氰基时，也易和酮发生b a r b i e r 型反应【2 1 2 2 1 。 ，b r r 弋+ r i c o r 2 c n 旦r ，靴 t h f r i2 ，c n 类似的反应，e p b a y l i s - - h i l l m n a 反应p 3 2 5 1 。 n 吣一r r 1 r 3 r 芦一4 c o 氐必r 0 磅 叫产一b r 钆乒吴5 r ： 。+ 叩喝一呲三5 r 1 弋r 1 _ 9 9 ：1d s 二碘化钐还可用于分子i 内k e t y l - - o l e f i n 偶联反应，得到环状化合物，并具有 很高的立体选择性【6 7 】。 h s m l 2 m e o h 羰基自由基负离子不仅可以和烯烃发生偶联反应，而且可以与炔烃发生类 似的反应【6 8 6 9 1 。 o s m l 2 ，t - b u o h t h f h m p a ，r t ，15 h m 最近，我们课题组报道了在金属钐存在的条件下，二碘化钐促进的二芳酮 和查尔酮之间的还原偶联环化反应，为一步合成取代二氢呋喃类化合物提供一 个简便方法【7 0 1 。 r 1 c o r 2 - t -r 3 c h = c h c o r 4 s m l 2 s m 2 0 m i n ，r t r r 二碘化钐诱发的分子内酮酯偶联在环合于扩环战略中也很重要【7 1 1 。 上海大学硕士学位论文 s m l 2 - - - - - - - - - t t h f o r 6 一氧代一仅，p 一不饱和酯在二碘化钐诱发下产生羰自由基，该羰自由基发 生分子内反应最后可得到张力很大的小环，即环丙醇类化合物【碉。 共轭腈的活性没有其相应共轭酯的高，当丙烯腈和醛、酮进行k e t y l - - o l e f m 反应时，产率只有1 7 2 0 6 s 。其它的共轭烯烃( 如苯乙烯，l ，3 一二甲基丁二烯) ， 乙烯基硅烷，乙烯基乙酸酯，烯丙基乙酸酯等都可以有效地作为羰游基的接受 体【7 3 1 。 r 妊c o o b n 旦k k c o o b n + 企 ， t m s 2 s m l 2 t h f ，hm pa ir t - 5 m i n 9 3 o o b l 3 用手性0 r , ，p 一不饱和醋与酮( 醛) 进行k e t y l - - o l e f i n 反应，可以立体控制地得 到手性丫一丁内酯，产物具有良好的e e 值7 4 1 。反应具有良好的立体选择性可能是 由于在h m p a 存在下，s m 与氧原子的配位具有很好的模板作用，控制着羰游基 的形成及其构型，从而决定产物的构型7 4 , 7 5 l 。 h r 。鼍e 警r ，裘3 羰基自由基负离子与烯烃的偶联反应不仅能发生在分子间，对于分子内的 此类偶联反应更易发生，不活泼的烯烃也可发生此类反应。利用分子内k e 锣l 1 2 上海大学硕士学位论文 o l e f m 反应，很容易地构造出双环丁内酯，以及五元，六元，七元，八元等环状 化合物【7 6 , 7 7 1 。 2s m l 2 t h f ，a ，4 h 9 2 y ，8 0 d e 2s m l 2 。t h f l | h t - - - - - - - - - - - - - - ， t - b u o h ，一7 8 0 c o s h i m 利用分子内含有杂原子化合物为原料，合成了一些氧杂和氮杂等类环 状化合物【7 钔。 p o 峙c 0 2 e t o 2s m l 2 t h f ，h m p a ，t b u o h 0 。c 6 4 由于k e 够l - - o l e f i n 反应具有良好的立体选择性及反应收率，因此已广泛地 用来合成复杂的目标分子。 1 3 金属钐直接应用于有机合成的研究 尽管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中， 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。 同时，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，造成 了反应过程中的原子不经济性；与之不同的是，金属钐在空气中较稳定，易于 操作，价格相对便宜，并有较强的还原能力，而且有三个电子可以转移。另外， 金属钐可以在含水溶液中促进某些有机反应，体现了环境友好的特点。因此， 用金属钐直接作为还原、偶联剂可以克服二碘化钐的不足之处【7 9 】。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， 然后再用于促进有机反应的进行。文献中曾经报道过的能对金属衫表面起活化 作用的试剂主要有：1 2 、t m s c i 、n 开n h 4 c i ( a q ) 、稀h c i 、稀h o a c 及烯丙 1 3 赫 上海大学硕士学位论文 基溴等。直接使用金属钐不需任何活化剂或预处理反应的少见报道 s o , s u 。 1 3 1s m r i m s c i 体系 三甲基卤硅烷能够活化金属钐早有报道如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a 一联烯醇进行的环丙化反应l 捌。 2 s m ，t m s c l 3 c h 2 1 2 t h f 2 r 3 i s h i i 等报道了用s m t m s i 及s m t 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 c o l 反应和r e f o m a r s t k y 反应，以及促进酮或亚胺与不饱和羰基化合物的 交叉偶联反应来合成丫一丁内酯或丫一丁内酰胺【8 3 】。 c o o m e 殄c o o m e s m ，t m s l o rs m ，t m s b r s m ，t m s i c h 3 c n 1 3 2s i n n h 4 c i 等体系 最近我们课题组用s m t h f - n h 4 c i ( a q ) 体系实现了偕一二活化烯烃的还原 二聚环化反应，烷基硫代硫酸钠的还原反应及邻一二溴化物脱溴反应1 8 4 1 。 r s s 0 3 n a 咩，r 2 r 3 寸十凡 b rb r g v m i i i 雨舔瓦面而r s s r t h f - n h 4 c l ( a q ) s m h c i ( a q ) 体系能将羧酸还原为醇，而对于吡啶衍生物的还原，则得到六 氢吡啶衍生物8 习；醛酮在s i i l h c i ( a q ) 体系中则发生p i n a c o l 偶联反应8 6 1 。 1 4 丫 r 、z 尺 上海大学硕士学位论文 c o o h s m a r 贝r 1 0 h c i s m ，2 mh c i c h 2 0 h o ho h a r 卜+ rr 1 3 3s m d m f 体系 浙江大学刘永军等发现，金属钐在d m f 溶剂中不需要活化剂存在或预处理 即可促进多种有机反应顺利进行。在s m 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a ，p 一不饱和羧酸酯发生双酰化反应生成0 t ，p 一双芳酰化丙酸酯，一步生成多羰基化合物c 其它含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【8 7 1 。 o 纩谭c 。 r 气一 o + 噼 s m ，d m f - - - - - - - - - - - - l 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【8 引。 纩v c o c i r 气= s m d m f r t 芳香族酰氯在s m 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 条件分别得到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【聊。 1 5 上海大学硕士学位论文 纩v c o c i r 气一 r t 1h s m 1e q u i v s m d m f r t ，1 6h ( o r7 0 ( 2 ，1h ) f 0 3 5e q u i v s m 1 3 4s m 1 2 和s m s m l 2 体系 y a n a d a 等报道了在碘存在下，金属钐对酯和酰胺的去保护反应 9 0 1 。 r 贝n 员r h m e o s m 1 2 m e o h c h 2 0 a c s m 1 2 m e o h m e o r 员m c h 2 0 h 在催化量碘存在下，1 ，1 一二乙醚和1 ，4 一二甲氧基一2 一二丁烯在钐促进下 生成呋喃衍生物刚。 m 工。只啪凡 s m c a t 1 2 李健还报道了在s m 1 2 ( c a t ) 体系下，b a y l i s h i l l m a n 力 1 成物的乙酸酯经过还 原消除过程得到相应的( e ) 仪甲基肉桂烯酸酯【9 2 1 。 1 6 上海大学硕士学位论文 a ，嚣c o o s m 1 2 ( c a t ) t h f ，r e f l u x h c o 洲e c h 3 酰胺通常被认为是低活性反应基团，但是却对s m 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，n n - - - 烷基化的酰胺可以发生自 身脱氧偶联生成邻二胺基烯【9 引。我们课题组报道了二芳酮在s m s m l 2 体系, t 口- j - 以与形n - - - - 烷基芳酰胺发生脱氧偶联反应生成烯胺【9 4 】： ， c 叭产+ a r 3 c o n r 2 詈：2 除了上面介绍的两类重要的钐试剂# 1 - ，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，- j - 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，在此就不再一一叙述。金属钐作为稀有金属的一种，在我国产量比较 丰富。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。因此 研究钐试剂的应用具有重大的现实意义。 1 7 上海大学硕士学位论文 第二章二碘化钐促进的2 ，3 一二芳基丁二烯的合成 2 1 引言 2 ，3 二芳基丁二烯是一类重要的有机合成中间体，因此对于它的研究受到广 大有机化学家的青睐。文献已报道了一些合成这类化合物的方法，如 p d c i n l i c l d m f 体系催化的烯基卤化物的偶联【9 5 1 ，片呐醇在h m p a 作用下的 消除脱水【9 6 】，一价铜催化的1 ，4 二取代2 丁炔与格氏试剂的反应【9 7 】，等等；但 是这些反应中应用的昂贵的催化剂或者毒性很大的试剂，对于广泛的应用产生 了障碍。 酮和其他羰基化合物的偶联生成简单烯烃的反应已经被人们广泛的研究，但 是由酮生成取代丁二烯的反应很是少见，至今仅有- - f f l j 是t a y l o r 9 8 】等报道的 s c h e m e 2 1 ： t r i s n h nh 2 i t r a n s m e t a l l a t i o n i i d i m e r i s a t i o n n i i n h t r i s 2 b u l i r 弋号 r 1 l i | r 飞 i r 1 ， r 1 s c h e m e2 1 这个反应是先由酮和肼反应生成了腙，之后再分离用于下面的反应生成二 烯，反应比较繁琐，而且产率也不高。因此，找到直接从酮合成丁二烯的方法 是意义重大的。 二碘化钐作为一种优良的，醚溶性的单电子转移试剂，作为一种还原剂在 有机合成中起着很重要的作用，而且我们熟知二碘化钐最常见的反应就是还原 偶联，所以我们试想，能不能通过二碘化钐体系促使苯乙酮衍生物生成2 ，3 二 芳基丁二烯呢? 1 8 r r 上海大学硕士学位论文 2 2 实验过程 我们首先以苯乙酮为反应模板，对反应条件进行探索。我们向制备好的s m l 2 中加入苯乙酮，无论在室温下还是回流条件下只得到片呐醇，没有其他产物生 成。于是，我们采用下面的方案( 一) ： 方案( 一) ：先制备好s m l 2 ，然后加入1 m m o l 苯乙酮，之后马上加入a c 2 0 ，t h f 作为溶剂，在回流的条件下反应。在这个条件下我们对s m l 2 和a c 2 0 的用量以及 反应的温度进行了选择，结果列于t a b l e2 1 1 a s m l 2 。a c 2 0 t h f + 2 a 3 a s c h e m e2 2 t a b l e2 1 以苯乙酮为模板的反应条件优化表格a s m l 2a c 2 0y i e l d ( ) b e n t r y t c m p ( o c ) t i m e ( h ) ( e q i v )( e q i v ) 2 a3 a l 50 5 5 03 01 21 4 251 25 0 1 5 4 54 9 3 5 2 5 5 01 52 64 2 451 2r t 2 44 02 3 551 2r e f l u x87 82 1 641 2r e f l u x85 l 2 8 731 2r e f l u x84 45 5 821 2 r e f l u x8 5 1 4 7 a ：所有反应都是把苯乙酮作为l e q i v 。 b ：产率为分离产率。 从上表中我们可以看到：e n t r yl 产率很低，这是因为有很多的中间体( 片 1 9 上海大学硕士学位论文 呐醇) 不能转化，e n t r y3 中酸酐的量加大产率很低是因为有很多的原料没有反 应完全，s m l 2 就已经消耗没有了；回流的时候反应得时间明显缩短。通过不同 条件下的比较，我们选定e n t r y 5 为最佳的反应条件。在这个条件下我们对不同 取代基的苯乙酮进行了实验，结果在t a b l e2 2 气以i s m l 2 , a c 2 0 r + + 23 4 s c h e m e2 3 t a b l e2 2 二碘化钐促进的苯乙酮衍生物生成2 ，3 二芳基丁二烯a y i e l d ( ) b e n t r yrt ( h ) 2 3 4 1 p c h 3 0 81 38 2 | 2 m c h 3 0 1 2|4 5 5 l 3 p - c h 3 95 04 7| 4 o c h 3 1 6|5 9| 5 p h c o c h 3 1 87 82 1| 6 p c i 1 9|4 35 4 7 p b r 2 0|3 56 0 a ：合成方法为方案( 一) 。 b ：产率为分离产率。 从上面结果，我们看到邻甲基苯乙酮反应不好，只得到了片呐酮，这可能 与位阻有关；吸电子的苯乙酮生成了单烯产物和片呐酮，没有的得到共轭二烯， 而且对强供电子的对甲氧基苯乙酮二烯的产率也不好，主要生成了片呐酮，我 们又改变了反应的条件来提高对甲氧基苯乙酮二烯的产率。 方案( 二) ：在无水无氧的条件下，将1 m m o l 的对甲氧基苯乙酮加入2 5 m l 两口 瓶中，油浴温度升至t h f 回流温度，之后往反应器中滴加l m m o l 锘1 好的s m l 2 ， 2 0 上海大学硕士学位论文 当苯乙酮转变为片呐醇之后加入1 2 m m o l 的乙酸酐，2 h 后得到收率8 8 的二烯。 在这个条件我们又对温度等其他条件进行了实验，结果列于表t a b l e2 3 。 t a b l e2 3 方案( - - ) 的反应条件优化表格 y i e l d ( ) a e n t r y a c 2 0 ( e q i v )t e m p ( o c ) t i m e ( h ) 2 a3 a 11 2r t 2 01 26 0 21 25 084 35 0 31 2r e f l u x37 81 8 4o 5r e f l u x1 04 22 5 50 0 5r e f l u x4 851 5 6n o n er e f l u x7 20o a ：产率为分离产率。 在这个条件下我们作了一系列取代基的反应，结果列于表t a b l e2 4 。 s m l 2 ，a c 2 0 r + 23 s c h e m e2 4 t a b i e2 4 二碘化钐促进的苯乙酮衍生物生成2 , 3 二芳基丁二烯咖 y i e l d ( ) c e n t r yr t ( h ) 23 1 ( a )h 37 8 1 8 2c o ) 4 一c h 3 0 28 8 1 0 3 ( c ) 3 一c h 3 0 16 91 6 4 ( d ) 4 - c h 3 27 72 0 5 ( e )2 一c h 3 54 73 3 2 l 上海大学硕士学位论文 6 p - c l 1 83 71 0 7 ( g )p - b r 2 4dd 一 8 p - c l 2 06 21 4 9 ( i )p - b r 2 44 31 0 a ：e n t r y1 - 7 的合成方法为方案( 二) 。 b ：e n t r y8 - 9 的合成方法为方案( - - - - ) 。 c ：产率为分离产率。 d ：反应体系复杂。 在方案二的条件下，我们发现反应结构较方案一有了明显的改进，但是对 氯苯乙酮的反应产率很低，对溴苯乙酮的反应体系很复杂，没有得n - - 烯；但 是应用下面方案三的条件，这种情况得到了改进，结果在t a b l e2 4 的e n t r y 8 和 9 。 方案( 三) ：在无水无氧的条件下，将l m m o l 的对氯苯乙酮加入2 5 m l 两口 瓶中，油浴温度升至t h f 回流温度，之后往反应器中滴加l m m o l 俸l j 好的s m l 2 ， 当苯乙酮转变为片呐醇之后，将t h f 旋干，然后加入乙腈为溶剂，再加入乙酸酐， 回流至片呐醇消失。 2 3 产物的图谱解析 我们以产物比较有代表性的化合物2 b 和3 b 为例来讨论： 化合物2 b 的i r ： 上海大学硕士学位论文 化合物2 b 的1 hn m r ： 夏蕊餐翁象鬻誊甏瑟努器餮警鬈麓葛 筹 ot o ，：，：0 ，0oo ooo o ooo 矗 刈q nv i 洲3 汴 h 3 c o jj 。 一 一 。l 尊7o摹$盘o 麓酝 化合物2 b 的1 3 cn m r ： 8p盏l亲 上海大学硕士学位论文 羹 i 甍冀宅龟 驽銎兰荟 ilv 冬= 拳 仁l ：冀 v 8 0 4 01 2 0oo毒。尊o眷o2 0o i r ( k b r ) c m 1 ：3 0 3 8c m 1 为双键碳氢的伸缩振动，1 6 0 5 ，1 5 7 0 ，1 5 1 0 ，1 4 5 5 c m 1 为苯环骨架的特征吸收峰，8 3 6 c m 1 为苯环对位取代的吸收峰；1 hn m r ( 5 0 0 m h z , c d c l 3 ) ：6 ( p p m ) ：7 3 4 6 7 8 ( 8 h ，m ) 为苯环氢，5 4 8 ( 2 h ，d ，j = 2h z ) ，5 2 5 ( 2 h ，d ，= 2h z ) 为双键上的四个氢，3 7 7 ( 6 h ，s ) 为两个甲氧基上的六个氢；1 3 c n m r ( 5 0 0m h z , c d c l 3 ) ：6 ( p p m ) ：61 5 9 1 ，1 4 9 4 ，1 3 2 7 ，1 2 8 6 ，11 4 4 ，1 1 3 6 这六 个是苯环和双键上的碳，由于苯环是对位取代，所以一共出了六个碳，5 5 3 是 甲氧基的碳；高分辨质谱的精确分子量为2 6 6 1 3 1 3 ；综合i r ，1 hn m r ，1 3 cn m r ， m s 分析可知确认化合物2 b 的结构为 h a c o h a 盘蕊l。l，囊_l 上海大学硕士学位论文 化合物3 b 的i r ： 化合物3 b 的1 hn m r ： 冬鏊譬罾 一一0 0 y 娜锄 1 8 0 01 0 0 0锄 h 憎耵啪i a n l ) 鬻2 |l 毒7番巷432o 瓣交黼 化合物3 b 的cn m r ： 矗i二，芒譬 p霉一i 上海大学硕士学位论文 2 0 0毫0：6 0工毒ox 2 0二口o毒o嚣o毒o2 0 i r ( k b r ) c m 1 ：1 7 0 8c m 1 为酮羰基的伸缩振动，1 6 0 6 ，1 5 7 3 ，1 5 0 9 ，1 4 5 7e m 1 为苯环骨架的特征吸收峰，8 3 2 e m 1 为苯环对位取代的吸收峰；1 hn m r ( 5 0 0 m h z ，c d c l 3 ) ：6 ( p p m ) ：7 1 0 ( 4 h ，d ，j = 8 5n z ) ，6 8 6 ( 4 h ，d ，= 8 5h z ) 为苯环氢， 3 8 0 ( 6 h ，s ) 为两个甲氧基上的六个氢，2 0 9 ( 3 h ，s ) 是与羰基相连的甲基的氢；”c n m r ( 5 0 0m - i z ，c d c l 3 ) ：6 ：62 0 9 8 是羰基的碳，1 5 8 5 ，1 3 5 9 ，1 2 9 5 ，1 1 3 8 ， 为对位取代的苯环上的碳，6 1 1 ，5 5 4 ，2 7 5 ，2 6 7 是脂肪碳；高分辨质谱的精确分 子量为3 0 7 1 3 1 2 ；综合i r ，1 hn m r ，1 3 cn m r ，m s 分析可知确认化合物2 b 的结 构为 h a g o c h 3 骥w一嚣，|一m拳n，。， 上海大学硕士学位论文 2 4 实验结果与讨论 2 4 1 温度和乙酸酐用量的影响 在方案二的条件优化表格t a b l e 2 3 中，我们可以看到温度对反应的影响是 非常显著的，室温下片哪酮的比例非常高，当升高温度后二烯成为主产物，这 正是我们所期望的；当不加入乙酐的时候反应没有任何变化，催化量和半个当 量的酸酐的时候片哪醇不能完全转化，酸酐加入1 2 个当量的时候我们得到了 很好的结果。 2 4 2 取代基对反应的影响 t a b l e 2 4 中我们清楚的看到取代基的变化对反应有着明显的影响，带有供 电子的底物的反应时间一般都很短，且产率很高，以对甲氧基最具有代表性； 而带有吸电子取代基的底物反应要经历较长的反应时间，且收率不是很高，以 对氯、对溴最为明显；邻甲基的反应也较困难，且产率不好，这可能是空间位 阻较大的缘故。 2 4 3 反应的特点 这个反应的条件是比较温和的，反应中没有用到强酸、强碱和有毒物质， 后处理也比较方便；反应的选择性是很高的，通过我们对反应的条件的优化， 我们得到了一种从苯乙酮衍生物合成2 ，3 二芳基丁二烯的简易而且有效的方 法。 2 4 5 反应的机理 为了验证反应中生成的三价钐对产物的生成起到了作用，我们进行了下面 的实验，我们把分离得到的片哪醇在酸酐的作用下反应( s c h e m e2 5 ) ，没有 二烯和片哪酮生成；相反，s c h e m e2 6 中，在三碘化钐和乙酸酐的作用下，我 们得到了二烯和片哪酮，证明s m l 3 在反应中起到了作用。 m e a c 2 0 t h f ，r e f l u x m e m e 上海大学硕士学位论文 m e o s c h e m e2 5 s m l 3 a c 2 0 t h f 。r e f l u x m e m e o s c h e m e2 6 经过实验的证实，我们推测反应的机理如下图所示： + o m e 上海大学硕士学位论文 墨 旦洪s e l f - c o u p l i n g r _- 2 5 本章小结 r vv l 姚m c ， r rr 吖v i p i - 2 m e c o o h r 肾r s c h e m e2 7 y 3 b 0 l s m l 2 ( o a c ) 3 在这一章我们介绍了一种新的2 ，3 二芳基丁二烯的合成方法，通过条件的 优化，我们克服了很容易发生m c m u r r y 偶联，得到单烯的清况；它从苯乙酮衍 生物这种简单易得的原料出发，条件温和，产率优良，优于已有的方法，具有 很高的应用价值。 嘎 j 一 o ， o t 乡 hoom c - 3i 上海大学硕士学位论文 第三章金属钐促进的b a y1 s - hi iim a n 加成物的碳乙酰化 反应研究 3 1 引言 r 酮酸酯是一类重要的有机合成中间体，在一些杂环化合物( 尤其是内酯) 的合成中应用广泛。同时许多天然产物和一些抗肿瘤的药物和杀虫剂中含有这 类官能团，这类化合物有着潜在的生理和药物活性0 9 1 。正是因为r 酮酸酯有着 如此重要的作用，越来越多的人开始了这一类化合物的合成。 m b h 反应在有机合成上是一种重要的碳碳键和成方法，最近，k i m l l 0 0 1 等人报 道了通过b a y l i s h i l l m a n j 【l 成物合成r 酮酸酯的一种方法，但是他们是通过 b a y l i s h i l l m a n j j i l 成物的乙酸酯进行的，而且反应中还应用了内夫消除，步骤比 较繁琐，反应条件也应用了强酸强碱，对于广泛的应用产生了很大的障碍。 金属钐由于其具有较强的还原能力和在空气中稳定的特性，而且在价格上 也比较便宜，近年来的应用受到众多有机化学家的青睐。鉴于我们对钐试剂和 b a y l i s h i l l m a n 加成物的应用有一定的了解，我们想能不能通过金属钐体系，作 用于b a y l i s h i l l m a n 加成物合成y 一酮酸酯呢? 3 2 实验过程 我们知道金属钐能够将羰基化合物还原为酰基自由基和酰基负离子，自由 基容易与双键偶联，负离子也容易亲核进攻，而b a y l i s h i l l m a n 加成物最常见 的反应就是双键受亲核试剂进攻发生亲核取代，所以我们就想通过金属钐还原 酸酐生成的负离子对b a y l i s h i l l m a n 加成物进行亲核进攻，得到丫一酮酸酯。 我们以苯甲醛的b a y l i s h i l l m a n 力f l 成物作为模板进行条件的探索，首先将 l m m o l 的b a y l i s h i l l m a n j j l 成物溶于1 0 m l 唧中，然后加入l m m o l 钐粉，l m m o l 乙酸酐，室温下搅拌，t l c 跟踪，结果2 4 小时后却没有任何反应发生。随后 让反应在回流条件下进行，结果在相同的时间内也只有少量的酯化产物生成 ( t a b l e3 1 ，e n t r y1 ) 。随后我们在反应体系中加入催化量的碘，反应的速度 有所增加，我们得到了1 2 的还原产物和1 1 的丫一酮酸酯( t a b l e3 1 ，e n t r y2 ) 。 上海大学硕士学位论文 但是，无论我们怎样改变碘的用量，原料和酯化的产物总是有一部分始终没 有消失，而且随着时间的延长，钐粉逐渐消耗完全，于是我们在接下来的探 索中加入过量的钐粉和乙酸酐，催化量的碘，同时我们又加入催化量的三氯化 铁，看是否对反应有改进。我们惊喜的发现随着三氯化铁的介入，反应的转化 率和产率得到了明显的提高。尽管三氯化铁对反应起了至关重要的作用，但是 从表l 中我们看到碘也是必不可少的。实验表明采用4 的碘和5 的三氯化铁 时反应达到了最