（有机化学专业论文）水相条件下醛的缩合及氧化反应研究.pdf

中国科学技术太学博士学位论文中文摘要 中文摘要 以水作有机反应的介质具有许多优点：反应条件温和，选择性高，副反应少， 对环境无污染：来源丰富，价格便宜；水不会着火，安全可靠，同时避免了易燃 的无水有机溶剂的处理与使用，简化了操作；有机反应产物在水中的低溶解度又 可以减少产物在溶剂中的损失，相应地提高了反应的产率；反应的处理和分离容 易，可循环使用，因此水相有机反应非常具有发展潜力，近些年开始备受关注。 本论文的主要工作是关于羰基化合物的几种水相有机反应，主要包括以下几 个部分： 1 用水作反应介质，将醛、乙酰乙酸乙酯( 或者其它1 ，3 - - 二- - 羰基化合物) 和醋 酸铵的多组分反应引入水相回流条件下，合成了一系列具有生物和药物活性 的l ，4 一二氢吡啶化合物。反应时间短，产率高，避免了使用有毒害的有机溶 剂。而且由于产物1 ，4 - 二氢毗啶化合物在水中的溶解度都非常小，反应产物 后处理也很简单，只需要通过过滤然后水洗就能实现，操作起来非常简便。 2 在用醛、乙酰乙酸乙酯、醋酸铵在水相条件下合成了h a n t z s c h 酯的基础之上， 向反应体系中直接加入氧化剂( f c c l 3 或者k 1 0 4 ) ，结果一步生成了氧化之 后的吡啶产物，将原来t t s n t z s c h 酯的合成和氧化这两步独立的反应过程合并 为一步，大大缩减了反应步骤，提高了反应效率。 3 ，芳醛与乙二胺和氧化剂的反应通常是合成昧唑衢生物的一秘方法。但用 o x o i l e 在水相条件下氧化芳醛和乙二胺却得到了一系列的肟的产物。而传统 的合成肟的途径是通过羰基化合物和羟胺反应。在此提供了一种合成肟的新 的路径，即用乙二胺代替羟胺和醛在氧化剂作用下反应。该方法选择性高， 操作简便。 【关键词】 水相有机反应，醛，乙酰乙酸乙酯，醋酸铵，h a n t z s c h 酯，1 ，4 一二氢吡啶，1 ，3 - 二羰基化合物，5 ，5 - 二甲基一1 ，3 - 环己二酮，三氯化铁，高锰酸钾，毗啶，乙二 胺，肟，o x o n e 中国科学技术大擘博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t o n eo ft h em o s tp r o m i s i n ga p p r o a c h e si ng r e e nc h e m i s t r yi st ou t i l i z ew a t e ra s t h er e a c t i o nm e d i u m ，w h i c hp r e s e n t sad e a n 。e c o n o m i c a l ，a n de n v i r o n m e n t a l - s a f e p r o t o c 0 1 i nf a c t ，m o r ea n dm o r er e a c t i o n sh a v eb e e nr e p o r t e dt op r o c e e ds m o o t h l y a n de f f i c i e n t l yi nw a t e r f u r t h e r m o r e ，d u et ot h el o ws o l u b i l i t yo fo d l n m o uo r g a n i c c o m p o 毗i nw a t e r , t h eu s eo fw a t e ra sas o l v e n to f t e nm a k e st h ep u r i f i c a t i o no f p r o d u c t sv e r ye a s yb ys i m p l ef i l t r a t i o n0 1 e x t r a c t i o n w i t ht h i si n 姒w c i n v e s t i g a t e do r g a n i cr e a c t i o n si np u r ew a t e r t h em a i nw o r ki nt h i sd i s s e r t a t i o ni s a b o u tt h ei n v e s t i g a t i o no n | h er e a c t i o no fc a r b o n y lc o m p o u n d si nw a t e r t h ec o n t e n t s a r el i s t e d 笛t h ef o l l o w i n g s ： 1 w jh a v ed e v e l o p e dan e wp r o t o c o lf o r t h er i c o f r i e n d l ya n de f f i c i e n ts y n t h e s i so fa s e r i e so f1 4 - d i h y d r o p y r i d i n e sw i t hp o t e n t i a lb i o l o g i c a la c t i v i t i e s t h i sp r a c t i c a l s y n t h e s i si sr e a l i z e db yt h eo n e - p o tr e a c t i o n so fa l d e h y d e sw i t ha m m o n i u ma c e t a t e a n d 1 ，3 d i c a r b o n y l c o m p o u n d s s u c h舔 a l k y l a c e t o a c e t a t e ， 5 ，5 一d i m e t h y l - 1 ，3 c y c l o h e x a n e d i o n e ，1 , 3 c y c l o h e x a n e d i o n ea n d2 ，4 - p e n t a n e d i o n e i nr e f l u x i n gw a t e r 1 1 1 ey i e l d so f1 , 4 - d i h y d m p y r i d i n e sa r eg e n e r a l l yb e t t e rt h a n t h o s er e p o r t e dp r e v i o u s l y w ed on o tu s ea n yo r g a n i cs o l v e n t so ra d d i t i v e si nt h e r e a c t i o np r o c e s s a n de m p l o yw a t e r 弱ac h e a pa n d “g r e e n s o i v e n tf o rt h er e a c t i o n m e d i u m 皿”w o r k - u pp r o c e d u r ei ss i m p l ef i l t r a t i o n 髓e r e f o r e 。o n gc u r r e n t p r o c e s si sam o r es t r a l 曲t f o r w a r da n de n v i r o n m e n t a l l yb e n i g np r o t o c 0 1 2 1 h es y n t h e s i sa n da r o m a t i z a t i o no fas e r i e so f1 枷i h y d r o p y r i d i n e sh a v eb e e n a c h i e v e db yt h eo n e , - p o tr e a c t i o n so fa l d e h y d e sw i t h1 3 - d i c a r b o n y lc o m p o n n d s a n da m m o n i u ma c e t a t ef o l l o w e db yo x i d a t i o nw i t he i t h e rf e r r i ct r i c h l o r i d e0 f p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ei nr e f l u x i n gw a t e r t h ec u r r e n tp r o c e d u r ed o e sn o tu s e a n yo r g a n i cs o l v e n t , a n di ts i m p l i f i e st h ef o r m e r l yr e p o r t e dp r o c e d u r e s t h e r e f o r e , i ti sam o r es t r a i g h t f o r w a r da n de n v i r o n m e n t a l l yb e n i g np r o t o c o l ，w h i c hc a nb ea p r a c t i c a la l t e r n a t i v em e t h o df o rs y n t h e s i so ft h i sk i n do fc o m p o u n d s 3 w bh a v ed e v e l o p e dan o v e la n db e n i g nr e a c t i o no fa r o m a t i ca l d e h y d e s e t h y l e r i e d i a m i n ea n do x o n ei np u r ew a t e r i nt h i sp r o t o c o l ，a l d o x i m e sw e r e o b t a i n e du n e x p e c t e d l yw i t he x c e l l e n ty i e l d s t h i st r a n s f o r m a t i o np r o v i d e sal l o w a c c e s st ot h ep r e p a r a t i o no fa l d o x i m e s k e y w o r d s ： w a t e r , a l d e h y d e s ，5 ，5 - d i m e t h y l 一1 ，3 e y e l o h e x a n e d i o n e ，1 , 3 d i c a r b o n y lc o m p o u n d s , a m m o n i u ma c e t a t e ，a l 聊a c e t o a c e t a t e ，h a n t a s c h e s t e r , 1 d i h y d r o p y r i d i n e s ， p ) 耐d i n e s , f e r r i ct r i c h l o d d e , p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e , e t h y l e n e d i a m i n e , o x o n e , o x i m e h 中国科学技术大学博士荦住论文第一章：裴基化合物水相有机反应综迷 第一章：羰基化合物水相有机反应综述 1 1 水相有机反应简介 2 0 世纪6 0 年代，现代环境主义先驱，美国的蕾切尔卡逊( r a c h e ll o u i s e c a r s o n ) 女士出版了她的著作寂静的春天( s i l e n c es p r i n g ) 。在对科学技 术和经济的迅猛发展惊喜赞叹的年代，这部惊世之作唤醒了人们对环境保护问题 的注意，卡逊女士也被评选为2 0 世纪最有影响的1 0 0 个人物之一。 随着现代社会工业生产的不断发展，环境污染问题日趋严重，情势已经迫在 眉睫。近年来，“绿色化学”的概念被提出，而且已经产生了越来越深广的影响。 绿色化学是指对环境更友善的化学，这种绿色意识是人类追求自然界完美的一种 高级表现。绿色化学与环境保护是属于两个不同层次的概念。它不把人看成是自 然的主宰者，而是看着自然界中普通的一员，追求的是人对自然的尊重以及人与 自然和谐的关系。它和通常讲的“环保意识”不同。通常讲的环保意识带有明显的 被动状态，带有明显强的功利目的。当我们谈到污染，污染给人类带来多少疾病， 多大经济损失的时候，实际上还是把人放在与自然相对立的位置上，是在以人为 中心的基点上来处理人与自然的关系，在这种思想的指导下，人们可以去治理和 解决一些急迫的污染问题，但对于眼下不对入产生危害而仅危害自然的行为反应 就不那么积极了。只有在以绿色意识为核心谈环保意识的时候，才会有正确持续 的作用。绿色化学是当今国际上化学学科研究的前沿。绿色化学是用化学的技术 和方法，从源头上减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、 催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的科学。绿色化学的目标是不使用有毒、有 害的物质，不生产废物，不处理废物，最终实现零污染和零排放。它和“末端治 理”不同，是一门“从源头上阻止污染”的化学，又称环境无害化学。 为了实现零污染和零排放，如何减少乃至消除化学工业中排放的有害物质已 成为人类日益关注且有待解决的问题。减少排放物对环境污染的首要问题就是在 生产过程中要尽量减少有害物质的使用，从而从源头上消除污染。在传统的有机 反应中，有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、d m f 、四氢呋喃和三氯甲 烷等是常用的反应介质，而绝大多数有机溶剂有毒，容易对环境造成污染。从环 保角度出发，越来越多的科学家将有机合成的研究重点放在绿色合成上。绿色合 中圆种擘技术天学博士学位论文 第一章：壤基化舍物术相有机曩应综述 成已成为有机合成的一个研究热点，选择与环境友好的“洁净”的反应介质是绿 色化学研究的重要组成部分。而自然界中的有机物，都是在生命过程中以水为介 质合成的，这种合成对生态环境不造成污染。在生态环境保护形势日益严重的今 天，用与环境友好的水来替代传统合成过程中的有机溶剂为介质，无疑具有重要 意义。 水相有机反应的研究己涉及多个反应类型【1 3 】：周环反应；氧化和还原反应； 亲核加成和取代反应；水相中的自由基反应；金属参与的有机反应；l e w i s 酸和 过渡金属试剂催化的有机反应等。近期的主要进展有：与水相容的l e w i s 酸催化 剂在水相形成新c - c 键反应的应用；金属参与的，特别是金属铟参与的水相形成 新c c 键的反应，以及在天然产物合成中的应用；金属铑试剂催化的水相有机硼 酸的不对称反应；过渡金属试剂催化的水相g r i g n a r d 型和共轭加成反应等。这 些反应为有机合成提供了一些有价值的合成中间体，拓宽了水相有机金属反应的 类型，如能最终应用于工业生产之中，将为化学的绿色化作出巨大的贡献。 以水作有机反应的介质具有许多优点m ；反应条件温和，选择性高，副反 应少，对环境无污染；与其它溶剂相比水在地球上分布广，来源丰富，价格便宜； 水不会着火，安全可靠，同时避免了易燃的无水有机溶剂的处理与使用，简化了 操作；有机反应产物在水中的低溶解度又可以减少产物在溶剂中的损失，相应地 提高了反应的产率；反应的处理和分离容易，可循环使用；为反应提供了新的分 子环境，使反应的选择性、转化率得到改变和提高，也有可能造成不同于传统溶 剂的新的反应，例如反应物中有的官能团在传统溶剂中需要保护的，以水为介质 时可能不用保护也可以，从而缩短合成路线。 同时，用水为介质必然会引出许多新问题，例如：有机底物在水中的疏 水作用；反应底物和试剂在水中的稳定性；水中存在的大量的氢键对反应的影响； 以及水中有机反应的机理；水中反应的立体化学；适于水相反应的新试剂和新反 应的发现和应用等。可以预见，水相有机反应的研究将会在有机合成化学中开辟 出一个新的研究领域。2 0 0 1 年美国总统绿色化学挑战奖学术奖授予了李朝军教授 也表明水相有机反应的研究正在受到越来越多的关注。 2 中国科擘技术大学博士学位论文第一章：羰基化合物水相有机反应综述 1 2 羰基化合物的水相有机反应 基于水相有机反应的重要性，我们课题组研究了一些羰基化合物的水相有机 反应，如a l d o l 反应，f n e d l n d c r 反应等。 下面我们简单介绍一下近些年来羰基化合物水相有机反应的研究进展。 1 2 1 亲核加成反应 1 2 1 1 烯丙基化反应 在羰基化合物的亲核加成反应当中。由于烯丙基卤代物的高活性，烯丙基 化反应是被研究得最多结果也最成功的。各种各样的金属都被用来催化羰基化合 物的烯丙基化反应。在其中铟是催化效率最高的一种金属。 金属有机反应在有机合成中的重要性是不言而喻的。以格氏试剂和烷基锂试 剂为典型代表的金属有机反应的特点是对水汽的绝对排除。因此，传绞的金属有 机反应必须在绝对无水的条件下进行，底物分子内活泼的基团如羟基或羧基必须 进行保护，一些水溶性底物如糖类化合物也必须进行衍生化后才能反应。 金属有机反应若在水相中进行，采用的金属应对水具有相对的惰性，即在一 般条件下不和水发生化学反应。另外，反应底物对水也应是稳定的。为了提高底 物在水中的溶解度，在实际反应过程中常加入少量的助溶剂如二甲基亚砜或二甲 基甲酰胺。 近几年水相中金属有机反应的研究得到很大发展，无论是在拓宽新的反应 类型，还是在有机合成中的应用研究等方面均取得了重要进展。 b a r b i e r - o r i g n a r d 反应是被研究的比较多的水相金属催化有机反应，早期所 使用的金属包括锡和锌。 1 9 8 5 年p e t r i e r 等同报道了在锌或锡的存在下烯丙基溴能选择性地与化合 物中的醛羰基反应，生成中等产率的半缩酮产物( s c h e m e1 ) 。 + b 氓! 唑 s c h e m e l 锌是最早发现可以参与水相b a r b i c r 反应的金属，双烯丙基试剂在锌促进下 则选择性地以较活泼的碘代烯丙基一端与苯甲醛反应，形成氯甲基取代的高烯丙 护 中国科学技术走学博士擘位论文第一章：装基化舍耪米相有机覆壹综速 基醇化合物【8 】( s c h e m e2 ) 。 c i 、八 4 - p h c h o z n h 2 0 s c h e m e 2 1 9 8 5 年b e n e z r a 等【9 】报道t z n 催化下2 一溴乙叉基丙酸乙酯与羰基化合物 在n i s e i t h f 饱和水溶液中在回流条件下的反应，生成了口一甲叉基一卜丁内酯 ( s c h e m e 3 ) 。 一些锌参与的b a r b i e r 反应已经可以应用到工业生产中，如o d a 等【l o l 报道 在少量醋酸的作用下，锌粉在水和甲苯两相回流中可以参与2 。3 一二氯一1 - 丙烯和醛 的亲核加成反应，现在已经投入到大量的工业生产中( s c h e m e4 ) 。 o r 几h + 丫a z n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - h d 0 t o l u e n e h e a t s c h e m e 4 h 锡是除铟之外被研究最多的b a r b i e r 型反应试剂，各种价态的s n ( o ，h ，i v ) 都可以参与反应，其中用得较多的是金属锡和三丁基锡化合物【1 1 1 2 l ( s c h e m e 5 - 6 ) 。 s 九，a l b r i 忑 s c h e m e 5 + 一汕骂义a + r 瓢 s c h e m e 6 1 9 9 7 年k o b a y a s h i 等【1 3 l 研究了四烯丙基锡与2 脱氧核糖在纯水中的反应， 发现催化量的三氟甲磺酸钪和表面活性剂十二烷基磺酸钠( s d s ) 的同时加入大 大提高了反应的速率，并使反应给出定量的产物( s c h e m e7 ) 。 4 队 hq八一 中国科学技术大学博士学位馆文第一章：藏基化舍物水相有机反应综速 h q b 洲+ ( 娜s n i h 0 1s c ( o t f ) 3 ( c a t ) ，s d s h 2 0 ，r t 。4 8h 2a c 2 0 。p y r i d i n e 9 9 s c h e m e 7 该方法适用于其它一系列醛和糖类化合物。值得注意的是，当仅用l e w i s 酸 或表面活性剂时，该反应进行得极其缓慢，因此认为，表面活性剂的加入使反应 物在水中形成胶束体系，使催化剂l e w i s 酸与底物的相互作用得到增强，从而加 快反应速度，提高反应产率。 2 0 0 6 年d a s 等1 1 4 】报道了三丁基烯丙基锡与芳醛和环己酮的反应，结果只有 醛选择性的发生了反应( s c h e m e8 ) 。 占+ + 办，喊t 蕊c t 0 0 一m 酏o )白+ 6 + 一喊百芦 扣抽哺p 翔嗍 。2 相m a 睁 6 t a l a l l y 口目月目a s c h e m e 8 以锡或锌促进的反应也还是有一些不足之处，例如反应时间较长，有时还需 要加入氯化铵或氢溴酸等酸性物质催化或引发，甚至有的反应还需要用超声或加 热等条件来促进反应 通过对各种金属的催化活性比较研究，人们发现金属铟的催化效率最高。作 为水相中的金属试剂，铟具有其它许多金属所不具备的一些特点：( 1 ) 金属铟 在沸水中亦不会和水发生反应；( 2 ) 铟在空气中不易被氧化且不溶于水； ( 3 ) 铟的第一电离能很低而第二电离能很高。所有这些特点都决定了铟在水相金属有 机反应中具有其它金属难以替代的优势。例如1 9 9 4 年c h a r t 等【1 习用a 溴代苯丙 酮与苯甲醛的反应，结果表明与锌和锡相比，铟能使反应的立体选择性得到明显 提高( s c h e m e 9 ) 。 舶卧p h + p h c h o 一 y h 州( ) ：8 2 翻) ：6 7 ( s n ) ；8 5 ( j n ) e r y u r , r o i 廿r ：z s l l ( z n ) ：1 1 1 ( s n ) ：1 2 1 a n ) s c h e m e 9 5 中圆科擘技术走擘博士擘位论文第一章：羰基化舍物水相有机反应综述 铟可以参与一些其它金属不能参与的对酸敏感的物质如酯、缩醛的烯丙基化 反应。1 9 9 6 年李朝军研究了乙酰乙醛的缩醛与烯丙基溴的反应【1 6 1 ，当使用锌或 锡时，发现底物分解或反应收率很低。使用铟时不但底物不分解，而且反应产率 明显提高( s c h e m e1 0 ) 。 m 。一寺文 m o o y i e l d ( ) ：0 ( z a d e c ) ：1 0 ( s n ) ；7 0o n ) 以多卤代烯丙基试剂代替烯丙基溴进行铟促进的b a r b i e r 反应可合成多官能 团的高烯丙基醇。a r a k i 等【1 7 】和m o m o s a 等【1 8 】分别报道了3 ，3 二氯和3 ，3 二氟 3 溴1 丙烯化合物与醛的反应，得到了具有合成价值的中间体( s c h e m e1 1 ) 。 丛呲h 。鳖p o h i n u i d m f i n ，d m f ，r t s c h e m e1 1 除了金属锌、锡和铟，人们还尝试用其它的金属来促进b a r b i e r g r i g n a r d 反 应，得到了一些良好的结果。 一般而言，镁参与的有机反应都要求无水无氧的苛刻条件，然而李朝军等却 报道了第一例在水相中采用金属镁进行b a r b i e r - g - r i g n a r d 反应1 1 9 1 ，成功地完成了 醛的烯丙基化：在镁存在的条件下，在水和t i - i f ( 玖：矿t - i f 2 ：1 0 0 ) 中，醛可以 完全烯丙基化，在纯水相中，反应除生成高烯丙醇外，还生成片呐醇和还原醇 ( s c h e m e1 2 ) 。这无疑是对传统的b a r b i e r - g - r i g n a r d 反应的一个有益的补充和突 破，同时也对阐明水相中金属有机反应的机理具有重要意义。 曰心 m g o l h 少h + 趴x 可 从+ + r c h 2 0 h s c h e m e1 2 近几年，我校汪志勇课题组在b a r b i e r 反应上做了很多工作，报道了纳米锡、 纳米铋、金属镓、z n c d s 0 4 或z n s n c l 2 双金属体系和n a b f 4 z n ( s n ) 等参与的 b a r b i e r 反应| 2 0 - 2 5 以及相转移催化剂改 抢b a r b i e r 反应嘲( s c h e m e1 3 ) 。 6 中国科学技术大学博士学位论文第一幸：羰基化合物水相有机反应综述 c o n d i t i o n s + 射面一 c o n d i t i o n s ：n a n o s n s n ，p t c n a b f 4 ，z n ( s n ) i n a n o - b i ，g a 。z n c d s 0 4 ( s n c l 2 ) 0 h l r 1 1 i r 2 s c h e m e1 3 最近，他们期又报道了电化学中醛的b a r b i e r 反应( s c h e m e1 4 ) 0 r 八h + 分一b r e ( g r a p h i t ee l e c t r o d ) 、 i ns i t us t lh 2 0s n 2 + ( s n “) r = a i k y l a r y l s c h e m e1 4 1 9 9 7 年r e n 等嘲报道了苯甲醛与烯丙基溴在新制备的金属锑作用下高产 率地生成高烯丙基醇的反应( s c h e m e1 5 ) 。 p h c h o + b r 飞竺! 竺! 生! - r t 9 h ，9 1 s c h e m e1 5 1 9 9 7 年w u 等例发现金属铅也能有效地促进类似的反应，而且底物中羟 基的存在不影响反应的进行( s c h e m e1 6 ) 。 吣丽 s c h e m e1 6 1 9 9 8 年k o b a y a s h i 等1 3 0 j 利用胶束体系成功地由s 西。1 协催化醛，芳香胺和 三丁基烯丙基锡的反应，高产率地合成了一系列高烯丙基化合物( s c h e m e1 7 ) 。 r c h o + a t n h 2 + v 八s n 8 u 3 s c o t d 3 s d s h 2 0 ，r t 6 7 - s c h e m e1 7 由此可知水相金属催化的羰基化合物烯丙基化反应已经研究得非常广泛而 7 酽 。几 r 卜 阶 中罔科学技术大学博士学住论文第一章：羰基化合物水相有机反应综述 深入，各种各样的金属都被应用到其中。 1 2 1 2 炔丙基化反应 醛和卤代炔丙基在锡催化下在水中生成炔丙基化合物和连二烯烃化合物的 反应早在1 9 9 0 年就有被研究，不过选择性非常低1 3 1 1 。 1 9 9 7 年h o u l l e m a r e 等【3 2 】发现，用s n c l 2 和体系催化时，醛和炔丙基氯 在水中能非常高效的生成炔丙基化合物和连二烯烃化合物( s c h e m e1 8 ) 。 一连半器跫+ 叉黼气；荔丽m + s c h e m e1 8 1 9 9 8 年西a c b o p a d h y a y 等1 3 3 报道了勐催化下醛与炔丙基溴在水溶液中的 炔丙基化反应( s c h e m e1 9 ) 。 蹦y 俚a 4 嘞，l 融神岫 列n 眄啦o 雠 ，霸l s c h e m e1 9 1 2 1 3 苄基化反应 1 9 9 8 g b i e b e r 等鲫报道了在a g 的催化下，在k 2 耻0 4 h 2 0 体系中，羰 基化合物在z n 作用下的水相苄基化反应( s c h e m e2 0 ) 。 +rx+ r - r4 - 鬻h s c h e m e2 0 2 0 0 2 年汪志勇课题组嗍报道了4 硝基苯甲醛在水中的苄基化反应。他们 考察了不同的相转移催化剂和不同的金属对反应的化学选择性的影响( s c h e m e 2 1 ) 。 8 嚣 a。 中国科学技术大学博士学位论文第一幸：裴基化夸物水相有机反应综述 h 咆o 碧n r o rq 幺。 黼婶2 r 。a 七阳钟a 七c i 幛c 心 s c h e m e2 1 1 2 1 4 芳基或乙烯基化反应 2 0 0 0 年李朝军课题组阁研究了各种芳基或乙烯基金属有机试剂与不同的 醛在空气中或水溶液中的反应。他们尝试了不同的催化剂，结果发现 r h 2 ( c o d ) 2 c 1 2 和r h ( c o d ) 2 b f 4 两种催化剂催化效果最好( s c h e m e2 2 ) 。 c 鼋l 刚社o h 凡胂0- 1 r 翎o i 曩k ，w a t e r ，l ，、霄 r a f f l 咖圳 b 巨轨s t $ n 。e e p 孰 氟搴h 崩 精枷叩鲫髓妇9 皇唧唧ka 瞰啪雌i s c h e m e2 2 蜥y a 啪课题组即8 】报道了r h 催化下醛与芳基或链烯基硼酸在水溶液中 的加成反应( s c h e m e2 3 ) 。 b f o r ) 2 r hc a t a l y s t b a s e、h o 。，、 、与江 。 台 s c h e m e2 3 1 2 1 5 炔基化反应 2 0 0 2 年李朝军等【3 9 】报道了醛与炔在h 催化下在水溶液中生成口，争不饱和 羰基化合物的反应，不过产率非常低( s c h e m e2 4 ) 。 毋霄噼 s c h e m e2 4 9 戈y 、 铆 中固科学技术大学博士学位论文第一章：叛基化舍物水抽有机反应综迷 1 2 1 6 烷基化反应 醛和烷基化试剂在水中直接加成是一项难度较大的挑战。最近李朝军课题 组嗍在z n 和i n 催化下，成功的用简单的卤代烷和各种醛在水溶液中非常高效 的进行了加成反应( s c h e m e 2 5 ) 。 + 张丝! ：苎嗖 0 0 7 m 邺2 0 , s c h e m e2 5 1 2 1 7r e f o r m a s k y 反应 1 9 8 5 年，m a t t e s 等【4 1 1 报道了第一个水介质r e f o r m a t s k y 型反应，用4 溴甲基丙烯酸与羰基化合物在金属锌作用下反应，制得了4 一亚甲基一冬丁内酯，但 在同样条件下正常的a 卤代酸酯不发生反应( s c h e m e2 6 ) 。 b r l 刚+ r 贝丽静开 s c h e m e2 6 芳醛与4 卤代酸酯的r e 触m i s k y 反应在水中在金属锌或锡存在下可以进 行，但反应的收率较低，而且脂肪醛不能发生反应( s c h e m e2 7 ) 1 1 1 。 r ，几h + 酽- 上、1 c o o ：1 3 一詈 水相r e f o r m a t s k y 反应在铟催化下也能进行，同样只有芳香醛作为底物时反 应才能进行，而且反应的收率也不理想( 3 0 5 0 ) 。但是值得指出的是，游离的 4 卤代羧酸在相同条件下也可以与芳香醛直接发4 ；r e f o r m a t s k y 反应，不过收率 仍较低( s c h e m e2 8 ) i v l 。 m o 一。 s c h e m e2 8 1 0 m e 孙丫洲 o h0 中圜科学技术太学博士学位论文第一幸：羰基化合物水相有机反应综述 1 2 1 8 羟醛缩合反应 羟醛缩合( a l d 0 1 ) 反应是形成碳一碳键的重要方法之一，该反应通常在酸性 或碱性条件下进行 1 9 8 6 年l u b i n e a u 4 2 1 报道了烯醇硅醚在水中的羟醛缩合反应，并生成顾式异 构体为主要产物的醇( 顺：反= 8 5 ：1 5 ) ( s c h e m e 2 9 ) 。 h 2 0 + p h c h o 舻 s t h e m e2 9 1 9 9 7 年s h e n 等i 4 3 】报道了在金属铝和催化量的三氯化铋( 1 0 ) 的作用下， 4 溴代环己酮与苯甲醛的m d o l 反应在水中也能够顺利进行，以较好产率生成产 物( s c h e m e 3 0 ) 。 b i g l a - a i ( o ) p h o h o - h 2 0 6 0o c s c h e m e3 0 1 9 9 9 年硒b a y 鹊h i 等研究了在水介质中，用过渡金属催化的a l d o l 反 应，产物保持了较高的e e 值( s c h e m e3 1 ) 。 定哆+ p h c h 0 垫坚塑! ! 型 p p y ”旧丽恙嵩i 蔷蔷赢 s c h e m e3 1 2 0 0 1 年s h o i c h i 等嘲报道了水介质中芳醛与苯乙酮的缩合反应，反应在杯 芳烃季铵盐催化及碱作用下进行( s c h e m e3 2 ) 。 o p h c h o + 眦o c h 。1 蔷卜卧a 沙p 。 s c h e m e3 2 2 0 0 2 年t h e r a p i a 等州研究了水介质中算酮酸与醛的反应，产物也为岛鼻 不饱和酮( s c h e m e 3 3 ) 。 1 1 。占 中困科荦技术大擘博士学位论文第一幸：羰基化舍物水相有机反应综述 北。c 邺。k 型2 筹p h 蔫170警oc5hr r 1 = 。 7v 、 s c h e m e3 3 2 0 0 3 年我们课题组的张泽等【4 7 郴】研究了在碳酸钠催化下的水相a l d o l 反 应，在室温时生成伊羟基酮，温度升高时则生成4 ，p - 不饱和酮( s c h e m e3 4 3 5 ) 。 0 r a e h 冰2 + x = c h , n s c h e m e3 5 2 0 0 5 年h o u k 等删报道了酸或碱催化下水中进行的触d o l 反应，并深入研 究了它的反应机理( s c h e m e3 6 ) 。 ：即昔1 4 ，o + + o h 翱移 彬+ 甜r 足一：哟+ r 黑 r 尽辩凡二人足 脚印 s t e p 习 s c h e m e3 6 2 0 0 6 年p i h k o 等【剐报道了脯胺酸催化下各种醛与杂环酮在d h 口水溶液中 的不对称a l d o l 反应( s c h e m e3 7 ) 。 ( ! ) + 詈 莎 s c h e m e3 7 1 2 祭k 嘉 中田科学技术大擘博士擘住论文第一幸：羰基化合物水相有机反应综速 2 0 0 6 g d o n g 和u u 等【5 1 】报道了水相条件下各种芳醛和口 4 二乙酰基乙烯 酮( s j ) 缩醛的a l d o l 缩合反应。有趣的是在不同的温度下反应得到不同的产 物( s c h e m e 3 8 ) 。 掣蠢o 人坐i f 。 c s c h e m e3 8 2 0 0 7 年h a y a s h i 等f 5 2 】报道了脯胺酸催化下水相条件t 瞥j a l d o l 反应，具有 非常好的对映和非对映选择性( s c h e m e3 9 4 0 ) 。 扩h + 产喀器w 孙+ 6 等粥。 s c h e m e4 0 1 2 2 k n o e v e n a g e l 缩合反应 k n o e v e n a g e l 缩合反应是有机合成中形成碳一碳键的重要方法之一，该反应 一般在有机溶剂中进行，用碱与酸催化。最近，研究发现该反应可以在水介质中 进行。 2 0 0 1 钳u n a n t i n 等【5 3 l 研究了芳醛与硝基乙腈在水中的豇i o c v 衄a g c l 缩合 反应，产物为e 式构型( s c h e m e4 1 ) 。 s c h e m e4 1 2 0 0 1 年b i g i 等酬报道了水溶剂中醛与麦氏酸在7 5o c 反应2 小时可得到高 产率的缩合产物，其反应产率要比在甲苯、二嚯烷、乙醇中高得多( s c h e m e4 2 ) 。 n 以 o v n +吣惦 中圜科学技术大学博士学住论文 第一章：藏基似合物托相有机反应综迷 7 5o c 2 h s c h e m e4 2 稍早前他们课题组p 目还报道了取代水杨醛在水相中在蒙脱土催化下与丙二 酸或丙二酸酪进行缩合生成香豆素3 羧酸及其酯( s c h e m e4 3 ) 。 舻联：。+ ：嚣舻卓x 。 巾酗 s c h e m e4 3 2 0 0 6 年h a g i w a r a 等【5 日在水相条件下用硅胶接枝的各种胺作催化剂，研究 了各种醛与间氯苯磺酰乙腈的k n o e v e n a g e l 缩合反应，接发生m i s l o w - e v a n s 重排生成烧基嵋不饱和腈的产物( s c h e m e4 4 ) 。 u 吣+ 掩d s c h e m e4 4 多组分反应( m u l t i c o m p o n e n tr e a c t o n ，m c r ) 是指由3 个或3 个以上的起始原 料进行反应，用一锅煮的方法最终生成一个终产物，在终产物结构中含有所有原 料的片断的合成方法。m c r 在一步反应中一次形成数个甚至十多个化学键而无 需分离出中间体，减少了分离操作，提高了反应的效率，与传统的二组分反应相 比其优势显而易见，而且m c r 一般产率较高，对环境污染小，反应条件温和， 易于实现工业化，在固相和液相中均可实施。近年来水介质中的多组分反应也越 来越引起人们的重视。 2 0 0 4 年靳通收课题组p 1 用两分子5 。5 二甲基一1 ，3 环己二酮在十二烷基苯 磺酸( d b s a ) 催化下与芳醛发生三组分反应一步生成氧杂蒽衍生物( s c h e m e 4 5 ) 。 1 4 中国科学技术大学博士学位论文第一章：装基化舍物水相有机反应综述 r c h o + 2 s c h e m e4 5 同时他们课题组【5 s 】还用芳醛、两分子5 ，5 二甲基1 ，3 环己二酮与对甲苯胺发 生四组分反应，一步生成了吖啶二酮衍生物( s c h e m e4 6 ) 。 _ h 2 + 臼半署 s c h e m e4 6 2 0 0 5 年李朝军等嗍在水中用醛、炔和哌啶反应，在a g c l 催化下发生了醛、 炔、胺偶合的多组分反应。而在a g c l p r ”3 混合催化体系作用下则发生醛炔偶 合反应( s c h e m e 4 7 ) 。 凡+ 9 + 一 s c h e m e4 7 2 0 0 7 年屠树江等删报道了芳醛与一些活泼亚甲基酮在水中与醋酸铵缩合成 环的反应( s c h e m e4 8 - 4 9 ) 。 a r l c h o + 2 a r 2 c o c h 3 h 2 0 s c h e m e4 8 带吼 殳尺 中国科学技术大学博士擘住论文第一幸：薮基化舍物水相有机反应综速 1 2 3 w i t t i g 反应 w i t f i g 反应也被应用于水相条件。早期的w i t t i g 烯化反应曾经在有机溶剂 和水两相混合的条件下进行，这时通常需要加入相转移催化剂。近年来w i t f i g 反 应也单独在水中被迸行研究。水相w i t t i g 反应需要弱碱( 例如k 2 c 0 3 或k h c o d 催化，当然相转移催化剂就不再需要了。 1 9 9 0 年s c h i m t t 等【6 1 1 报道口二甲基腙基乙醛在碳酸钾催化下在水中高效 率的发生t w i t t i g 反应( s c h e m e5 0 ) 。 寸卜面g 面c g o s , 磊 m 瓤1 h 。8 5 s c h e m e5 0 近年来人们合成了一些水溶性季膦盐，随后也研究了它们的水相w i t t i g 反 应( s c h e m e5 1 ) 6 2 - 6 3 1 。 + b a s e r c h 0 + 鸽p g h 2 r1 蔽厂 r c h - c h r 8 舻庶坼8 魄一 飘舟n 阿i 衅雠“酬 s c h e m e5 1 1 9 9 9 年s i e b c r 等报道了p e g 官能团化的三芳基膦的水相w i t 堍反应 ( s c h e m e5 2 ) 。 成 中圉井擘技术大学博士学位论文第一幸：羰基 匕合物水相有机反应综述 s c h e m e5 2 1 2 4 片那醇偶合反应 羰基化合物偶合生成1 , 2 二羟基化合物的片那醇偶合反应也被应用于水相 体系。 1 9 8 9 年c l 面c i p o r t a l 6 5 深入研究了在t i ( d 催化下芳醛的水相片那醇 偶合反应( s c h e m e5 3 ) 2 h t i ( ) s c h e m e5 3 1 9 9 9 年b h a r 掣删研究了在金属铝作用下，芳醛或者酮在n a o h 水溶液中 的片那醇偶合反应( s c h e m e5 4 ) 。 z 儿r a i 廿+ 十h s c h e m es 4 2 0 0 0 年c h a n 等嗣报道了在创m f u h 2 0