（应用化学专业论文）不同催化剂催化下苊偶联反应的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 为合成新型高分子中问体，本文分别研究了在b f 3 、a i c l 3 、f e c l 3 等常用无机盐l e w i s 酸和田i n i m l a 一越a 3 、【b m i m 】a f e c l 3 离子液体 催化作用下，苊在温和条件或微波下的偶联反应。实验成功合成了功 能高分子中间体联苊，并利用旋转蒸发、薄层层析、重结晶等多种提 纯方法得到了3 ，3 联苊纯品。根据提纯物的g c 、g 旧m s 、f t - i r 、 1 h n m r 等谱图确定了结构，并利用加入自由基猝灭剂的方法探讨了 各催化剂催化苊的偶联反应的机理。 实验考察了催化剂与反应物配比、溶剂、反应温度、反应时间等 对3 ，3 联苊产率和选择性的影响，得到了各催化剂作用于苊的偶联 反应的优化反应条件。 1 ) b f 3 ( 乙醚、催化的优化反应条件：苊l m m o l ，p h n 0 2 5 m l ，b f 3 ( 7 醚) 3 3 6 r e t o o l ( 1 m 1 ) ，微波功率2 2 0 w ，反应时问3 5 r a i n 。在以上条件 下，3 , 3 一联苊的产率为5 3 ，选择性8 3 4 ；越a 3 催化的优化反应 条件：苊2 5 r e t o o l ，n ( a l c l 3 ) ：n ( 苊讧1 2 ：1 0 ，p h n 0 22 0 m l ，反应温度 1 2 。c ，反应时问5h 。在上述条件下，3 ，3 联苊的产率为2 8 9 ，选 择性8 6 2 ；f e c l 3 催化的优化反应条件：苊2 5 r e t o o l ， 弗( f e a 3 ) ：，l ( 苊) = 2 3 ：1 0 ，p h n 0 2 2 0 m i ，反应温度1 5 。c ，反应时间5h 。 在优化条件下，3 , 3 联苊的产率为3 0 7 ，选择性9 2 5 。 2 ) b m i n l c i - a 1 0 3 离子液体催化的优化反应条件：苊2 5 r e t o o l ， n ( a i c l 3 ) ：n ( b m i n c 1 ) = 4 0 ：1 0 ，离子液体中的，l ( 越c 1 3 ) ：甩( 苊) = 6 5 ：1 0 ， t 江苏大学硕士学位论文 反应温度1 5 c ，反应时间4h 。所得3 , 3 联苊最高产率为3 4 7 ，选 择性9 7 7 ； b m i n l a - f e a 3 离子液体催化的苊偶联反应，取得了更 好的效果。优化反应条件：苊2 5 r e t o o l ，闻f e a 3 ) ：硼酬c 1 ) - 3 0 ：1 0 ， 离子液体中的n ( f e c l 3 ) ：n 0 笸) - - 4 0 ：l 0 ，反应温度1 5 。c ，反应时间4h 。 3 , 3 联苊的最高产率为3 8 5 ，选择性9 9 1 。 对于苊的偶联反应，该两种离子液体不仅催化效果比b f 3 、a l c l 3 、 f e c l 3 等常见无机盐l e w i s 酸好，而且具有催化剂和溶剂的双重功效， 既对环境友好，又可重复使用，其中i b m i n l a - f e c l 3 性能更优。 苊在b f 3 和a i c l 3 催化作用下，可以通过自由基历程得到3 ，3 联 苊；f e c l 3 催化苊的偶联可能是碳正离子反应机理；而 b m i n l a - - d a 3 和【b i n i n 】c l f e c l 3 离子液体则是通过碳正离子历程催化苊得到3 ，3 - 联 苊。 关键词：苊；偶联反应；催化；l e w i s 酸；离子液体；高分子中间体 江苏大学硕士学位论文 t oo b t a i nn o wf u n c t i o n a la - o m a t i cp o l y m e ri n t e r m e d i a t e s ，t h ec o u p l i n gr e a c t i o n o fa c e n a p h t h e n c 洲y z c db yl e w i sa c i d s ( a i c l 3 ，f e c l 3 ，b f 3 o n t 2 ) a n di o n i cl i q u i d s ( b m i m a - a t c l 3 ， b m i m l c l - f e c l 3 ) w a si n v e s t i g a t e da tr o o mt e m p e r a t u r e ，a m b i e n t a t m o s p h e r eo ru n d e rm i c r o w a v er a d i a t i o n t h ep r o d u c to fb i a c e n a p h t h e n y l s , w h i c h w a su s e dt ob ei n t e r m e d i a t eo ff u l 垃t i o na r o m a t i cp o l y m e rm a t e r i a l , w a ss u c c e s s f i d l y s y n t h e s i z e d t h ep r o d u c t o f 3 3 - b i a c e n a p h t h e n y l s w a s p u r i f i e db yr o t a r y e v a p o r a t i o n ，r e c r y s t a l l i z a t f o na n dc h r o m a t o g r a p h y i t ss t r u c t u r ew a s c h a r a c t e r i z e d b y g c ，c m s ，f r - i s , 1 hn m r t h em e c h a n i s mo fc o u p l i n gr e a c t i o nw a sd i s c u s s e d t h r o u g ht h em e t h o do fa d d i n gr a d i c a ls c a v e n g e r t h em o l a rr a t eo ft h ec a t a l y s tt ot h er e a c t a n t , t h es o l v e n t , t h e 职删 t e m p e r a t u r ea n dr e a c t i o nt i m et ot h ey i e t da n ds e l e c t i v i t yo f3 ，3 - b i a c e n a p h t h e n y l s w e r es t u d i e da n dt h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n so fd i f f e r e n tc a t a l y s t sw e r ea c h i e v e d 1 ) t h eo p t i m a lc o u p l i n gr e a c t i o nc o n d i t i o nw i t hb f 3 。o f ta sc a t a l y s tw a st h a t1 m o la c e n a p h t h e 北w i t h5 m lp h n 0 2c a t a t y z e db y3 3 6 m m o l ( i m i ) b f 3 o e tu n d e rt h e c o n d i t i o no f2 2 0 wm i c r o w a v ei r r a d i a t i o nf o r3 5m i n t h u s ，t h eo b t a i n e dy i e l do f3 ， 3 - b i a c e n a p h t h e n y l sw a s5 3 a n dt h es e l e c t i v i t yw a s8 3 4 t h eo p t i m a lc o l l p l m g r e a c t i o nc o n d i t i o nw i t ha i c l 3a sc a t a l y s tw a st h a t2 0 m ip h n 0 2w i t h2 5 r e t o o l a c e n a p h t h e n e ( n 汹a 3 ) ：瑰m 口叩岫产1 2 ：1 o ) r e a c t e da t1 5 cf o r5h o u r t h ey i e l do f3 ， 3 - b i a c e n s p h t h e n y l sw a s2 8 9 a n dt h es e l e c t i v i t yw a s8 6 2 u n d e rt h ea b o v e c o n d i t i o n v t h i l ef e c l 3a s t h ec o u p l i n gr e a c t i o nc a t a l y s t ，t h eo p t i m a lr e a c t i o n c o n d i t i o n sw a st h a t 2 0 m l p h n 0 2 w i t h2 5m m o l a c e n a p h t h e n e 瓴m 聊：厅( m 唧h 幢) = 2 3 ：1 o ) r e a c t e da t1 5 3 2f o r5h o u r t h eo b t a i n e dy i e i do f3 ， 3 - b i a c e n a p h t h e n y l sw a s3 0 7 a n dt h es e l e c t i v i t yw a s9 2 5 2 ) u s i n gi o m cl i q u i da sc a t a l y s t ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h em o l a rr a t i oo f 【b m i n c l t ol e w i sa c i da n dt h er e a c t i o nt i m eo nt h e c o u p l i n g r e a c t i o no f a c e n a p h t h e n ew c i es t u d i e d t h eo p t i m a lc o n d i t i o nw i t h 【b m i m c i - a i c l 3a sc a t a l y s t m 江苏大学硕士学位论文 w a st h a t2 5m m o l a c e n a p h t h e n e ( n ( 脚) ：邝( m 叩h m w ) 5 ：1 o )c a t a l y z e db y b m i m c i - a i c l 30 ：，i ( 【陆叫a ) = 4 0 ：1 ) r e a c t e da t1 5 1 2f o r4h o u r t h ey i c l do f3 ， 3 - b i a c e n a p h t h c n y l s w a s3 4 7 a n dt h e s e l e c t i v i t y w a s9 7 7 v 订a i l eu s c b m i m o - f e 0 3a sc a t a l y s t , t h eo p t i m a lc o u # i n gr e a c 垃o nc o n d i t i o nw a s2 5m m o l 朗丑p m h 卸e ：珊唧蛐产4 o ：1 o ) c a t a l y z e d b y b m i m c i - f e c l 3 ( ，哪) ：蜘咖眯旷3 o ：1 o ) r e a c t e d a t1 5 cf o r4h o u r t h e y i e l do f3 ，3 - b i a c e n a p h t h e n y l sw a s 3 8 5 a n dt h es e l e c t i v i t yw a s9 9 1 t h e ，c a t a l y t i ce f f e c to fi o n i cl i q u i d sw a sb e t t e rt h a n l e w i sa c i d s ，o fw h i c h b m i m c l - f e c l 3w a st h eb 4 舅j t f u r t h e r m o r e , t h ei o n i cl i q u i da st h ec a t a l y s t sf o rs u c h r e a c t i o nc o u l db e r e c y c l e d , a n dt h ec a t a l y s t sa c t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yh a dm i n o r c h a n g e d a f t e r5c y c l e s u n d e rt h ec a t a i y s t so fa i c l 3a n db f 3 o e t 2 , t h em e c h a n i s mo ft h e 叩i i n g r e a c 6 伽o fa c e n a p h t h e n ef o l l o w e dt h ef r e , r a d i c a lr e a c t i o n , h o w e v e r , u n d e rt h e c o n d i t i o no ff c c l 3 , b m i n i a - a 1 0 3a n d b m i n c i - f e c l 3 ，t h em e c h a n i c sm i g h tf o l l o w t h ec a r b o n i u mi o n sm e c h a n i s m k e yw o r d s ：a e e n a p h t h e n e ；c o u p l i n gr e a c t i o n ；c a t a l y z e ；l e w i sa c i d ；i o n i cl i q u i d ； a r o m a t i cp o l y m e ri n t e r m e a i a m i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影e l j 、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编奉学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 妒 年 ， 保密口，在年解密斤适用本授权书。 不保密z 指导教师签名：1 3 喜南 沙，7 年月i 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：缘童谚 日期：四年6 只| | 日 江苏大学硕士学位论文 1 1引言 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代- 8 0 年代，高分子材料得到了迅猛的发展。s o n g 1 噌预言， 2 1 世纪高分子材料必将有重大的应用。芳香族聚合物作为一类重要的高分子材 料，在工程塑料、液晶高分子、粘结剂、导电性高分子、光功能高分子和分子电 子器件等方面都有着十分重要的作用，其合成和应用已经成为当前研究的热点。 具有芳环结构的化合物一般都能形成大共轭键，这使得其具有分子结构 牢固、电子密度高及对称性强等特点。主链上引入芳环，可使高聚物刚性增大， 整体结构更加稳定、牢固，玻璃化温度和热稳定性也随之提高，从而显示出优良 的耐热性和更多的功能特性。例如，聚芳醚酮是一类综合性能优异的新型热塑性 高分子材料，有良好的结晶性、热可塑性、耐热性、难燃性、耐药性和成型性【2 l ； 含有萘环或联苯环结构的液晶聚合物( i j 。p ) 不仅强度高，而且耐热性能也很优越， 可应用于航空、电子、交通等领域【3 l ；含有萘环的单体可聚合为既能导电又可耐 热的薄膜材料诸如聚对二乙炔苯、聚苯胺等孤共轭高聚物具有优良的荧光性能 或三阶非线性光电性能，其聚合已有报道【4 】。新型聚合材料的研究重点已由脂肪 族高聚物转向链上带有芳环，以及从带有苯环转向带有萘环、联苯环的高聚物。 目前，对芳香族聚合物的研究还多集中在含有苯环的聚合物上，对两环芳香 族聚合物的研究也取得了一定的成果，但是对于更多环芳香族聚合物的研究则显 得很薄弱。造成这一现状的主要原因是物性接近的多环芳烃异构体众多，彼此分 离困难；另外，芳环上可发生反应的部位较多，往往使目的产物的选择性降低， 这些问题都制约了多环芳香族聚合物的发展。 为了制备出性能优异的多环芳烃聚合材料，首先要合成出结构合理、制备简 单、成本低廉且环境协调性好的新型多环芳烃中问体。本课题的主要目的在于研 究新型多环芳烃中间体，为制备更多多环芳烃聚合材料提供原料。 江苏大学硕士学位论文 1 2 多环芳烃中间体的应用和研究进展 中间体( i n t c 瑚e d i a 妫就是某种产品合成过程中介于原料和成品之间的物质 多环芳烃中间体作为一类重要的中间体，在医药、染料、农药和化学工业等行业 中有着举足轻重的地位，是中间体行业研究的热点之一。目前主要有以下几种类 型。 1 2 1 杂环类中间体 毗啶类化合物用途广泛嘲，是医药、农药、染料、表面活性剂、橡胶助剂、 饲料添加剂、食品添加剂、粘结剂、合成材料等生产中不可缺少的重要原料。3 - 氰基吡啶主要应用于制造烟酸、烟酰胺。烟酸、烟酰胺同属b 族维生素，通称 v b 3 ，是人体和动物不可缺少的营养成分，主要用作饲料、食品的添加剂，也是 合成医药的中间体。 吡唑类化合物是染料、医药、除草剂、杀菌剂的重要原料。嘧啶类化合物具 有较好的杀虫效果，嘧啶衍生物可作为医药中间体，进一步反应后能得到较多其 它用途化合物，可用于生产治疗癌症的药品嗍。 喹啉类衍生物1 7 】具有产生强烈荧光性能以及多种生物活性，可作为d n a 等 生物大分子的嵌入体、荧光探针以及合成药物等，在医学和分子生物学中已经得 到广泛地应用。 吲哚嗍是合成医药、香料和植物生长激素的重要原料，以吲哚为原料可以合 成吲哚乙酸、吲哚丙酸、吲哚丁酸3 种植物生长激素；由吲哚出发合成的色氨酸 是动物生长必需的一种氨基酸，也可以用于抗蛋白缺乏症、胃溃疡药；吲哚环系 是许多天然产物的基本结构骨架或重要组成部分，如吲哚类衍生物是一类非甾族 化合物型的雌激素体配体；另外，吲哚还能与甲醛缩合唧生产吲哚甲醛树脂等。 近年来，合成的许多医药和农药的结构中含有嘧啶环，这促进了嘧啶类化合 物的发展【堋。如4 - 氨基2 , 6 - 二甲基嘧啶是医药磺胺二甲基异嘧啶的中间体、2 二氨基6 羟基嘧啶( 可生产抗贫血药叶酸) 。同时，2 - 巯基4 甲基舌羟基嘧啶和 2 氯4 甲基岳甲氧基嘧啶分别是心血管药生潘丁和解热镇痛消炎药嘧啶吡唑的 中间体，4 , 6 - - 二氯- 5 硝基2 甲基嘧啶是合成抗血压新药莫索尼定的重要中间体， 2 江苏大学硕士学位论文 5 溴嘧啶是合成嘧啶叔醇类农药的关键中间体。 1 2 2 胺类中间体 哌嗪在医药、农药、染料等行业有着广泛的用途，例如在医药方面，用于合 成抗菌素氟哌酸、吡哌酸、喹诺酮、哌硝噻唑、利福平以及驱虫药物磷酸哌嗪等； 在表面活性剂、橡胶硫化促进剂、抗氧剂、稳定剂、发泡剂、阻蚀剂、涂料等方 面也有一定的应用【1 1 i 。哌嗪产品主要包括无水哌嗪、三水哌嗪和六水哌嗪三种规 格，以无水哌嗪应用最广。 苄胺也是广泛用于医药、农药、染料、助剂等方面的中间体。芳胺【1 2 1 是重 要的有机化工原料，其中苯胺、2 二氨基甲苯是大宗产品，问氨基苯酚、2 声 二甲基苯胺、2 , 6 - - - - - 异丙基苯胺等是重要的农药、染料中间体。间苯二甲胺 ( m 2 x d a ) 是一种性能优异且用途广泛的环氧树脂固化剂，还可用于合成聚氨酯、 二甲苯尼龙树n 旨( m x 0 6 ) 、多种功能环氧树脂、橡胶助剂、农药、纤维整理剂、 防锈剂、螫合剂、润滑剂、纸加工剂和电子化学品等。 1 2 3 酸类中间体 甘氨酸【1 3 l 又称氨基乙酸，是化工、农药、医药等工业的重要原料，同时也 是食品及饲料的添加剂。在农药方面可用于合成草甘膦、增甘膦及拟除虫菊酯等； 在医药方面可用于合成制酸剂( 治疗胃酸过多) 、解毒剂、四氮唑乙酸、甲砜霉素、 o 多巴胺以及制氨基酸输液、保健品等：在食品，饲料添加剂方面可用作营养补 剂、抗氧剂、宠物饲料、甜味剂、食盐和味精添加剂等，此外，还可用作脱c 0 2 辅助溶剂、电镀液添加剂、织物染色助剂、表面活性剂；在日用化工方面也有广 泛的用途。 联苯二甲酸( 】叫l a ) 【1 4 】是用途十分广泛的化工产品：可制造聚酯树脂和聚酰胺 树脂，性能优于相应的脂肪酸树脂；d p a 可作为合成聚酯纤维和聚酰胺纤维的 单体；d p a 还可生产增塑剂。d p a 的单酯或双酯都具有增塑性，尤其是d p a 的 二正丁酯、二己酯、二苄酯等都是良好的增塑剂，可应用在聚氯乙烯塑料和聚苯 乙烯塑料中，性能优于邻苯二甲酸酯类；d p a 二烷酯，尤其是氟化醇的酯，具 有很高的热稳定性且没有腐蚀性，可用来合成高温润滑剂和高沸点溶剂；可用来 江苏大学硕士学位论文 制各牢度和脆化温度等指标优良的胶粘剂；许多d p a 的单酯钠盐、单酰胺钠盐， 以及某些双酯化合物可作为杀虫剂和除锈剂；由d p a 出发，可合成消炎药、抗 炎镇痛药、抗麻痹症药、局部麻醉药及抗痉挛药物。 亚氨基二乙酬1 5 1 ( 简称t d a ) 属于氨基酸类，可以同酸、碱生成盐，与多种金 属离子形成螫合物。i d a 主要用于合成除草剂草甘膦，此外，在螯合剂、水处理、 医药、染料、高档化妆品等精细化工领域也有一定的应用。 1 2 4 腈类中间体 间苯二腈【1 6 】是芳腈中用途最广、需求量最大的品种，主要用于生产百菌清( 四 氯间苯二腈1 ，它是一种高效、广谱、低毒、低残留的农用杀菌剂和涂料防霉剂。 苄腈主要用作合成苯代三聚氰二胺、医药、农药、抗氧剂用的中间体，也用作有 机合成、油漆、印刷油墨、树脂以及电镀、染色用的高沸点溶剂，在国防上还可 用作喷气式发动机燃料的添加剂。 氯代甲苯氨氧化合成氯代苄腈f 1 7 l 是近3 0 年才发展起来的技术，由于氯代苄 腈的芳环上有氯原子和氰基，因此可用于合成很多染料、颜料、医药、香料、农 药和液晶等。如邻氯苄腈( o c b 啊用于制备重要染料中间体2 - 氰基4 硝基苯胺 和抗疟新药硝喹；对氯苄腈( p c b n ) 可用于合成1 ，4 二酮吡咯并吡咯( d p p ) ，它是 一种耐热性能优异的高档汽车涂料用的新型颜料；2 , 6 - - 氯苄腈( d c a n ) 是高效、 低毒、广谱的除草剂，俗名敌草腈，也是2 , 6 - - - 一氟苄腈的主要原料。 六氯三聚瞵腈嗍饵a 广泛地被研究用做阻燃材料、生物高分子液晶、非 线性光学材料、分离膜及固体聚合物电解质。 综上所述，多环芳烃中间体在化工中有着十分重要的应用，已经成为现代化 工的有机组成部分，在医药、染料等行业中有着不可替代的作用。但是，目前国 内对多环芳烃中间体的研究还很薄弱，大量还停留在实验室阶段，没有进行大规 模的生产。少部分已经商品化的多环芳烃中间体则由于种种主客观因素的制约， 在质量和价格上均不如国外同类产品，这无疑是阻碍中间体行业快速发展的瓶 颈。因此，制各出工艺简单、杂质少、附加值高的新型多环芳烃中间体是目前中 间体工业发展的当务之急。 4 江苏大学硕士学位论文 1 3 偶联反应的应用和研究进展 偶联反应是一类重要的有机反应，广泛地应用于有机合成中。由于偶联产物 含有两个共轭的碳碳叁键，也可用于共轭聚合物的合成，特别是近年来随着有机 高分子光电材料研究的发展，偶联反应的这一特性得到了越来越多的重视。其中 芳烃偶联反应是目前倍受关注的课题之一，其产物广泛用于医药、染料和高分子 中间体等行业中。 虽然芳基芳基偶联反应尤其是立体选择性和区域选择性合成方法已经取得 了长足的发展，但仍然是当前研究的热点之- - 1 9 1 。因为芳香偶联方法学的研究， 不仅能够促进轴手性的不对称催化剂的产生，而且为合成具有独特性质和功能的 材料提供有力的手段，同时为多种天然产物和药物的合成提供巧妙的方法。发展 高效、高选择性、低毒、能循环使用的催化剂，开拓对环境友好的反应条件和反 应介质，是当前芳基芳基偶联反应的发展趋势。 1 3 1u l l m a n n 偶联反应 u l l m a n n 反应的发现至今已经有一百多年，1 9 0 3 年，u l _ h n a n n 首次报道了碳 氮的交叉偶联反应，因此人们把该类反应命名为u l l m a n n 反应，而且发现该反 应可以广泛地应用于碳氮、碳氧、碳硫的交叉偶联。进而又发现实际在反应中 起作用的是一价铜络合物的催化剂。人们通常使用过量的铜粉，反应的温度通常 高达2 0 0 ，反应的后续处理困难，反应产物复杂，反应的产率也不高。尽管如 此，由于在早期人们没有其它办法来实现亲电性s 矿碳与亲核试剂之间的直接偶 联，u u l i l a n n 反应被合成工作者大量使用。值得注意的是，在早期的实验中人们 发现卤代芳烃上的吸电子基团，特别是卤素邻位的吸电子基团可以大大地活化 u l l m a n n 反应，且通过在芳基亲核化合物上添加给电子基团以增加其亲核性也可 以促进u l l l n a n n 反应。根据这两点，人们发现下面的偶联反应可以在较为温和的 条件下进行。这一u l h 3 3 a n n 反应曾经在工业上被用于阿的平( a t e b r i n ，抗疟疾药1 的大量生产嗍，如下图所示： 5 江苏大学硕士学位论文 。聪誓争攀p 0 c 0 2 1 - i 一0 鼬。聪誓p 鼍p 鼬 其中n i 手1 p d 及其配合物用得最多。l e a d b e a t e r 等1 2 1 】报道了用3 m 0 1 n i ( c o ) z p p h 3 汤杰等吲报道了各种环钯配合物催化芳基卤进行偶联反应，得到比较好的 结果。环状的钯催化剂要比一般的无机盐p d ( o a c ) 2 和p d c l 2 活性更高。然而当 仃0 一2 n m l p d 。o d 1 3 2s t i l l e 偶联反应 1 9 7 8 年，s t i l l e 等人首先报道了s t i l l e 反应。该反应是钯催化的芳基锡化合 物与芳基卤代物之间的交叉偶联反应吲。随着人们对s t i l l e 反应研究的不断深入， 许多在以前不够理想的反应可通过s t i l l e 偶联反应得以提高产率。 s t i l l e 反应主要具有如下特点：( 1 ) 对底物的兼容性好；( 2 ) 在空气中有机锡极 其稳定对水和空气不敏感；( 3 ) 反应产物形成锡盐，容易分离；( 4 ) 反应选择性好。 其反应式可简单表示如下： r x+r - s n r 3 j 掣 r _ r + r 3 t s n x x - i ，b r ，c i b u h r 等【刎报道了碘代杂环化合物与芳基三甲基锡在钯催化剂作用下发生偶 联，收率为6 8 。反应发生在活性较高的碘取代位置，而氯位不发生反应。 6 江苏大学硕士学位论文 + 。p 型墼 d o i n i n g i l e z 嘲对反应化合物进行了多种方法的分子内偶联，尽管u l l m a n n 反应可使其顺利偶联，但产物收率非常低，利用s u z u k i 反应偶联时，由于空间 位阻太大得不到所要的产物。然而利用s t i u e 偶联法，加入烷基锡和钯催化剂通 过串联式一锅反应，获得亚胺产物，然后水解得到芳香醛，总收率7 2 8 0 ， 分子内的酮羰基不受影响，有较大的实用价值，合成路线如下。 r r 尽管s t i l l e 反应通常由p d 来催化，r o t h 等嗍最近发现添加少量的c u i 可以 明显地提高s t i u e 反应的产率。 6 + 6 岛告。m 。 k a n g 等阳用到固相高聚物载体体系，不仅得到了理想的产物，而且使得反 应产物的分离变得更加简单。通过分子间或分子内的s t i u e 反应可以方便的合成 二元或多元芳香杂环化合物，因此，s t i l l e 偶联反应在现代有机合成以及复杂的 天然产物的合成中往往也是关键步骤f 2 8 】。 1 3 3s u z u k i 偶联反应 自从1 9 7 9 年s u z u k i 等报道了通过钯催化的有机硼化学物和卤代烃可以在很 温和的条件下发生偶联反应制备不对称联芳烃以后，为芳芳键的形成开拓了一 个新的领域。目前，s a z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应已逐渐成为现代有机合成中关 于碳一碳键的生成的最为有效的方法之一。最近十年来，s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联 反应通常是在很温和的条件下，不受水以及很多官能团的影响，这种反应被大量 7 江苏大学硕士学位论文 用在实验室制备药物以及精细化工中合成大量的有用的有机中间体嗍。该反应 相比于其它的碳碳交叉偶联反应有不少的优点。首先，有机硼酸或有机硼酸的 同系物的稳定性很好，而且对于很多有机官能团具有化学惰性，这就扩大了该反 应的应用范围；其次，相比于s t i l l e 等反应，s u z u k i 反应的试剂和副产物的毒性 都很小；第三，s u z u k i 反应操作较为简单安全。关于s u z u k i 反应的研究与应用 可以用“爆炸式”来形容。现在对s u z u k i 反应关注的热点是如何提高催化剂的 活性和不对称选择性。 利用p d 与手性配体形成的配合物催化剂，可促进不对称的s u z u k i 反应。2 0 0 0 年b u c h w a l d 等闱报道了联萘型配体p 与p d ( ) 的配合物不对称催化交叉偶联， 可获得1 0 0 的转化率及8 7 的对映选择性，其中配体l 中r 为较大的环己基 时，催化效果最好。 盹岬油毡 p d 2 d b e ) i l * k a p 6 4抒孵一器警 。了叩旧嘞u c i 了辞 l e y v a p l 】报道了钯配合物嵌在s i 0 2 表面或嵌在聚合物载体上促进的s u z u k i 反应，催化剂催化的反应体系属于非均相的催化体系，固载用的高聚物分子对反 应结果影响比较大，p d l s i 0 2 显示出最好的催化活性( 9 l y i e i d ) 。固载的催化剂 被循环使用7 次后，仍然能保持原来的催化活性，而且反应介质水表现出比其它 有机溶剂更好的效果，因此这是一种“绿色”的s u z u k i 反应方法。 2 0 0 4 年，b r i n g m a n n 等1 3 2 j 应用p d ( h ) b i n a p 促进的不对称s u z u k i 反应合成 了天然产物萘酚基喹啉酮，得到两种异构体的比例为7 5 ：2 5 。 1 3 4h e c k 偶联反应 m i z o r o k i 和h e c k 分别于1 9 7 1 和1 9 7 2 年独立地发现了h e c k 反应，随后h e c k 8 曲 江苏大学硕士学位论文 将此反应发展成为一种有机合成中广泛使用的方法。h o c k 反应与s u z u k i 反应等 相似，一般需要钯的催化以及有机媵配体的辅助作用【3 3 】。b r i n g m a n n 等刚利用 p d 催化剂促进反应生成内酯，取代基能够提高反应的定位效应。 r o r o h = i p r h 1 = m e7 0 y i e l o r = o m e r 1 = e t7 3 y i e l d 由于钯催化剂昂贵而且有毒，同时有机膦化合物剧毒而且不能重复使用，p d 催化的h o c k 反应没有在工业上得到广泛的应用。利用l c w b 酸催化b e c k 反应， 其反应的选择性及产率均不算高，但a b h i s h e k 3 5 1 利用f e c l 3 催化的反应产率却可 达9 5 以上。 i y e r 等 3 6 1 最近报道了c u i 催化了h e c k 反应。虽然催化的效果并不理想，但 其潜在的优点具有更进一步的研究价值。 饼已1 0 m 0 1 c u l 2 1 3 5 氧化偶联反应 自然界存在的许多联芳基化合物是在生物体内通过氧化反应合成的，因此通 过化学氧化偶联的仿生合成己成为制备联芳基化合物的重要方法。在各种金属离 子调节的芳基氧化偶联反应中，以氧化态的c u 应用最为普遍。最初用等计量的 o l ( ) - 胺配合物来调节酚的氧化偶联【明，目前主要用催化量的配合物催化该类反 应。反应机理尚不十分清楚，一般认为有三种反应方式：( 1 ) 自由基偶联伍+ y ) ； ( 2 ) 离子型反应岱+ + y 一) ；( 3 ) 芳香自由基插入另一芳香分子c - h 键斗d 。 k o g a 与喇i m 嗍首先发展了c u ( o h ) c i - t m e - d a 作为氧化剂进行氧化得 到偶联产物。该法原料简便易得，反应在空气中即可进行，能得到高收率的联萘 二酚。但不足之处是获得的外消旋产物需要等计量的的拆分剂来拆分。 9 江苏大学硕士学位论文 2 0 0 2 年，i o t a 等 3 9 1 又将该方法应用到烷基取代的芳烃，用p i f a - b f 3 e t 2 0 催化氧化生成收率比较好的偶联产物。当芳环上基团过分拥挤时，收率会大大降 低。试剂p i f a 毒性小，区域选择性好，操作简便，是优良的氧化偶联试剂。己 在一些天然产物和药物的合成中得到应用，另外在其它类型化合物的氧化反应中 也被应用【蜘。 另外，通过自由基进行的芳基芳基偶联在某些情况下是很有效的手段。 s t u d e r 等【4 1 】利用侧链带有三苯基硅醚的溴代苯在b i l 3 s n - i 和a m n ( 自由基引发剂、 的作用下，在苯溶液中反应生成联苯甲醇，反应涉及到自由基的f l ，5 1 迁移。该类 反应已经应用到一些特殊结构的分子和天然产物中间体的合成【4 2 l 。 弛 m 杏融弛 7 1 y i e l d 关于芳基芳基偶联反应的方法还有许多种，本节从反应机理角度综述了常用 的几种偶联方法，相信随着研究工作的深入，更加有效的催化剂和更简单实用的 偶联方法将会不断涌现。 1 4 简单l e w i s 酸催化剂的应用和研究进展 l e w i s 酸催化剂在有机反应中有着广泛的应用，新型化合物的开发角度一般 首先选用常见的、简单的、效果好的催化剂进行尝试。常见的简单k w i s 酸催化 剂有b f 3 、朋a 3 、f e c l 3 、s b c l 5 、f c b r 3 、s n c l 4 、t i c l 4 、办a 2 等，它们能催化 许多不同合成反应，并有很好的收率和选择性。 1 4 1 三氟化硼( b f 3 ) 催化 b f 3 是种常见的l e w i s 酸，也是有机合成中重要的酸性催化剂，长期以来， 1 0 江苏大学硕士学位论文 b f 3 的催化性能一直受到人们的关注，在烷基化、缩合、聚合等反应中都有着良 好的功用。通常，b f 3 与含氧物质的加成化合物可共同作为催化剂使用。例如三 氟化硼乙醚络合物，即是目前国内应用极为广泛的一种l e w i s 催化剂。此外， b f 3 还能同硫醚、氯醚、苯甲醚、苯酚以及它们的许多衍生物形成络合物并作为 催化剂使用。在无水状态下，b f 3 对某些反应完全不显活性，然而由b f 3 和水生 成的b f 3 h 2 0 和b f 3 2 h 2 0 是强的质子酸，对烷基化、解聚异构化等反应有活性； 对异丁烯的聚合，b f 3 就必须在有醇或者酸共存时才有催化性能【4 3 1 。 1 4 1 1 在取代反应中的应用 工业上常用b f 3 - i - i f 、b f 3 e t 2 0 等催化苯与烯烃的烷基化反应。h u a n g 等m 人研究了芳基环丙烯类与甲苯在b f 3 e t 2 0 催化下的烷基化反应，并优化了实验 条件，合成路线如下： 文十叮一( 卜吖 芳香烃与羧酸、酸酐、酰卤等在b f 3 催化下发生酰基化反应生成芳醛、酮、 酮酸等。有专利显示1 4 5 1 以甲苯为原料，通过酰基化反应，加氢、脱水和脱氢环 化反应制备2 , 6 - - - 基萘( 2 ，6 - d m n ) 。酰基化反应用b f 3 为催化剂，在0 9 踮7 8 5 l j p a ，1 0 - - 6 0 ，总反应式为： c 坞 c d g - c + c h c 睇地+ c o p - c 睇幽c o c 瞄眵埯 p _ c i j j s c 6 h i c 。, h i c 舛h c t j , 2 c 埯斋 埯1 弓中 o h 争盹一掩 p _ c 睇6 i l c 佧c 睇地_ 9 心m p _ c 睇鼬c 瞄磁瞄喝2 + 另外k a s h i m a 4 m 等人研究了n - 酰基吡唑在强酸、强碱或l e w i s 酸催化下的 取代反应，获得了极好的收率。如下所示： l l 产宦 啪肛 文。l| v 0 悯 鼬器 o 0 厂o 望n罟 cc f o n ， 文砧 江苏大学硕士学位论文 1 4 1 2 在重排反应中的应用 辛烯聚酯类化合物在b f a o e t 2 催化下氧化重排，能获得高产率的重排产物。 v i j a yn a i r 等人m 对双环辛烯聚酯类化合物进行了较全面的研究，催化反应如下： m c me2 c 。c cm e ，；潦、一。o 辛h l 龄 b 曼! ：兰! 1 2 ch cl a ，2h 。02 o m o c lb 型 c h c l 3 r t ， 2 h ，82 m 环氧化物在l e w i s 酸催化下可开环重排，产率般都比较高。n o r i y u k ih a m 等【啊人对1 , 1 ，双取代环氧化合物进行了深入研究，该系歹日化合物一般可开环得 四种化合物，如图所示： c l 孙犯嘁荽x ? 姜哂9 = c x ? 犯x眦嘴鬻泰+ 毒毒+ 泰 抽 k h a、h h墙 c 加l i n a l l m op r e , s t a t - 【4 9 1 等人对该类化合物与醇的反应进行了进一步的研究，在 b f 3 e t 2 0 催化下，环氧化合物开环与醇加成重排获得的产物可达7 0 以上。西松 烷型二萜内酯类化合物的合成也常用b f 3 e t 2 0 作催化剂环化重排而获得。 l a l 3 在加成反应中的应用 b f 3 h f 联合催化使甲苯和c o 高选择性反应，生成对甲基苯甲醛，选择性 大于9 6 5 ，而且甲苯、c o 的转化率分别为8 5 和9 8 。反应过程中甲苯与催 化剂首先形成络合物，然后与通入的c o 发生反应，三菱瓦斯公司已将其应用于 大型工业生产。 t a k a h i k o 等人利用b f 3 e t 2 0 催化合成n 环类化合物，都有较好的选择性和 收率 5 0 l 。r a h u l 5 1 1 研究了苯并咪唑类的环化合成。邻二氨基苯为起始反应物，经 b f 3 e t 2 0 催化环化，获得一系列的目标产物，产率般在8 2 - - 9 6 之间。 江苏大学硕士学位论文 r + r 人o 攀r 凹r 1 4 1 4 在氧化还原反应中的应用 具有良好的生理活性的多环芳香型萜类在自然界广泛存在。( 蛉山贝蒂1 2 甲醚、1 3 甲氧基d 羟基勿烷5 ，8 ，1 1 ，1 3 四烯7 - 酮等都是从s a l v i a m o n t b r e t t i 中分 离得到的新型天然产物 s 2 - s 3 。 腻 在合成这些化合物的路线中，b f 3 e t 2 0 催化环化是一关键步骤，可对映选择 性地得到目标化合物的中间体，b f 3 e t 2 0 的有效催化使得该过程中的选择性和转 化率极高，可达9 2 。 胡贤民【5 4 】等人研究了2 - ( 2 - 氯苯基，3 ，二甲基环氧丙烷在b f 3 催化下的开 环反应，与w b u l i ，t h f 共同催化反应，反应一般可在半小时之内反应完全，产 率可达到8 0 以上。 参骂哆 1 4 1 5 在聚合反应中的应用 叶霖【5 5 】等人用b f 3 催化合成3 - ( 2 一氰基乙氧基) 甲基和3 - 【甲氧基( 三乙氧基) 】 甲基3 c - 甲基氧杂环丁烷共聚体。实验测得共聚物的分解温度为5 7 3 ，远高于 目前广泛使用的液体电解质，室温电导率为1 0 7 1 0 5 s c