（有机化学专业论文）γ取代联烯酸酯与醛的反应性探索.pdf

中图分类号： u d c ： 工s 398 25 学校代码： 1 0 0 5 5 密级：公开 高 迅失淫 硕士学位论文 丫取代联烯酸酯与醛的反应性探索 e x p l o r a t i o no n t h er e a c t i v i t yo f 3 - s u b s t i t u t e d a l l e n o a t e s w i t ha l d e h y d e s 答辩委员会主席评阅人 南开大学研究生院 二。一。年五月 krlr y1 81 3 6 4 2 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位 获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文 ( 包括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论 文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h u p ：h 2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答 辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字：马仁芹 2 0 1 0 年0 6 月0 2 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 丫- 取代联烯酸酯与醛的反应性探索 姓名马仁芹学号2 1 2 0 0 7 0 5 6 1答辩日期年月日 论文类别 博士口学历硕士口硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院保噘化学学院专业有机化学 联系电话0 2 2 2 3 5 015 2 0 e m a i l f l y i n g m r q 13 9 c o r n 通信地址( 邮编) ：南开大学化学学院化学楼北楼6 0 1 备注：是否批准为非公开论文 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：马仁芹2 0 1 0 年0 6 月0 2 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密- k 2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 近年来，化学家对联烯酸酯与活化烯或亚胺在膦催化下的环加成反应进行 了广泛的研究，但对膦催化下缺电子联烯与醛的反应研究得较少。本论文主要 研究了膦催化下丫取代联烯酸酯分别与醛和水杨醛的相关反应。 第一部分：研究了叔膦催化下y 甲基联烯酸酯与醛的反应。 通过对反应条件的筛选，分别实现了二氧六环衍生物4 和二烯醇衍生物5 的化学选择性合成：a ) 在2 0m o l ( 4 c i c 6 h 4 ) 3 p 催化下，以对羟基苯甲酸乙酯 作添加剂，在o 2 5m o l l 的c h c l 3 溶液中室温反应时，可选择性地生成二氧六 环衍生物4 b ) 在2 0m 0 1 ( 4 m e c 6 i - 1 4 ) 3 p 催化下，以乙醇作添加剂，在o 1m o l l 甲苯溶液中室温反应时，则可选择性地得n - 烯醇产物5 。产物4 和5 的结构通 过一维和二维核磁谱图或单晶衍射得到了确认。同时，在相应的实验条件下， 对反应的底物范围进行了研究。 r o r 儿h + 殄c 0 2 e t 2 1 a r = a r y l ，a k y l 第二部分：研究了叔膦催化下丫取代联烯酸酯与水杨醛的【4 + 2 】环加成反应。 r o + 汐c 0 2 e t l a c o n d i t i o n r o h 6 c 0 2 e t 对该 4 + 2 1 环加成反应的条件进行了优化。探索出的最佳反应条件为：在2 0 m o l ( 4 c i c 6 h 4 ) 3 p 催化下，以水作为添加剂，在0 1 m o l l 的二氯甲烷溶液中室 温下反应，以较高的收率得到【4 + 2 】环加成反应产物一二氢苯并吡喃化合物6 。 对反应的底物范围进行了研究。结果表明：与不同的水杨醛作用时，丫甲基 联烯酸酯1 a 能以7 2 - 9 7 的收率生成 4 + 2 】环加成产物；丫乙基联烯酸酯1 d 也以 摘要 中等收率( 4 7 6 0 ) 得到相应的【4 + 2 】环加成产物；a ，, _ - - 甲基联烯酸酯l b 在强亲 核性催化剂p t a 作用下，以较低的收率( 3 2 ) 得到相应的 4 + 2 】环加成产物；而丫 苄基联烯1 c 不发生 4 + 2 】环加成反应，主要发生烯化反应得到化合物2 c 。 探索了 4 + 2 】环加成反应的机理：合成了丫氘代甲基联烯并用于跟踪反应历 程：实验发现水参与了反应的中间过程，并能一定程度上提高反应产率，缩短 反应时间。基于实验结果，提出了可能的反应机理：其中包括一个水参与的表 观1 ，4 氢迁移过程。 关键词：丫取代联烯酸酯；膦；二氧六环；二烯醇衍生物；二氢苯并吡喃； 4 + 2 】环加成。 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ep a s td e c a d e s ，c h e m i s t sh a v ee x e r t e dg r e a te f f o r t so nt h er e s e a r c ho f p h o s p h i n e - c a t a l y z e da n n u l a t i o n so fa l l e n o a t e s 、析t l la c t i v a t e do l e f i n s o ri m i n e s a l d e h y d e s ，h o w e v e r ，a ss i m i l a re l e c t r o p h i l e sa r er e l a t i v e l yl e s si n v e s t i g a t e di nt h e r e a c t i o n s 诵t l la l l e n o a t e s ，c o m p a r e dw i t ho l e f i n so ri m i n e s t h i st h e s i s m a i n l yf o c u s e so ni n v e s t i g a t i n gt h er e a c t i o n so ft - s u b s t i t u t e d a l l e n o a t e sw i t ha l d e h y d e so rs a l i c y l a l d e h y d e su n d e rt h ec a t a l y s i so fp h o s p h i n e s f o rt h ef i r s tp a r t ，r e a c t i o n so ft - m e t h y la l l e n o a t ew i t ha l d e h y d e su n d e rt h e c a t a l y s i so fp h o s p h i n e sw e r ei n v e s t i g a t e d b y t h ec h o i c eo f a p p r o p r i a t e r e a c t i o n c o n d i t i o n s ，- e t h y l 3 一( 2 ，6 d i a r y l 一1 ，3 - d i o x a n - 4 - y 1 )a c r y l a t e 4a n d ( 2 e , 4 d e t h y l 6 - h y d r o x y 一6 - a r y l - h e x a - 2 ，4 一d i e n o a t e 5w e r e s y n t h e s i z e dc h e m o s e l e c t i v e l y a ) e m p l o y i n g2 0t o o l o fp ( 4 一c i - c 6 h 4 ) 3a st h ec a t a l y s ta n de t h y l4 - h y d r o x y b e n z o a t e a st h ea d d i t i v e ，r u n n i n gt h er e a c t i o no ft - m e t h y la l l e n o a t ew i t ha l d e h y d e si nc h c l 3 ( o 2 5t o o l l ) a tr o o mt e m p e r a t u r ec h e m o s e l e c t i v e l yp r o d u c e d4 ；b ) e m p l o y i n g2 0m o l p ( 4 - m e c 6 h 4 ) 3a st h ec a t a l y s ta n de t h a n o la st h ea d d i t i v e c o n d u c t i n gt h er e a c t i o n o ft - m e t h y la l l e n o a t e 丽t l la l d e h y d e si nt o l u e n e ( 0 10t o o l l ) a tr o o mt e m p e r a t u r e a f f o r d e d5c h e m o s e l e c t i v e l y t h es t r u c t u r eo f4a n d5w a sd e t e r m i n e db y1da n d2 d n m r s p e c t r o s c o p yo rx r a yd i f f r a c t i o n t h es u b s t r a t e ss c o p eo fe a c hr e a c t i o nw a s a l s oi n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v i l y o r 儿h + v 殄c 0 2 e t 2 t a r = a r y l ，a k y t c o n d i t i o na r o 人o r 人- c 0 2 e t 4 。 r o h 人办乡c 。：e 。 5 f o rt h es e c o n dp a r t ，p h o s p h i n e - c a t a l y z e d 4 + 2 】a n n u l a t i o no ft - s u b s t i t u t e d a l l e n o a t e sw i t hs a l i c y l a l d e h y d e sw a si n v e s t i g a t e d i a b s t r a e t r o 1 a c o n d i t i o n + r 6 c 0 2 e t f i r s t l y , o p t i m i z a t i o n o nt h er e a c t i o nc o n d i t i o n sw a sc a r r i e do u t t h e 4 + 2 】 a n n u l a t i o nw a sb e s tr u ni nc h 2 c h ( o 10t o o l l ) a tr o o mt e m p e r a t u r eu s i n g2 0m o l o f ( 4 一c i c 6 h 4 ) 3 pa st h ec a t a l y s ta n dh 2 0a st h ea d d i t i v e s e c o n d l y , w ei n v e s t i g a t e dt h er e a c t i o n so fs t r u c t u r a l l y s i m i l a ry - s u b s t i t u t e d a l l e n o a t e s 、7 l ，i t l ls a l i c y l a l d e h y d e su n d e rt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n s v - m e t h y la l l e n o a t e l ag a v et h e 4 + 2 】p r o d u c t si ng o o dt oe x c e l l e n ty i e l d s ( 7 2 - 9 7 ) ；7 - e t h y la l l e n o a t e l da f f o r d e d 4 + 2 】c y c l o a d d i t i o np r o d u c t s 谢t hm o d e r a t et og o o dy i e l d s ( 4 7 6 0 ) ；a ， y - d i m e t h y la l l e n o a t el bo n l yg a v et h ec o r r e s p o n d i n g 4 + 2 】p r o d u c t 埘t hl o wy i e l d ( 3 2 呦u n d e rt h ec a t a l y s i so fp t a ；7 - b e n z y la l l e n o a t el eb r o u g h tn o 4 + 2 】 c y c l o a d d i t i o np r o d u c t b u tt r i s u b s t i t u t e dc o n j u g a t e dd i e n e s2 ei nf a i rt og o o dy i e l d s f i n a l l y , w es y n t h e s i z e dy d 3 - m e t h y la l l e n o a t ea n dc o n d u c t e dd e u t e r i u m - l a b e l i n g e x p e r i m e n t st ot r a c kt h er e a c t i o nm e c h a n i s m w ef o u n dt h a tt h ep r e s e n c eo fw a t e r w a sa b l et oi m p r o v et h er e a c t i o ny i e l da sw e l la ss h o r t e nt h er e a c t i o nt i m e b a s e do n t h e s e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt h o s ei n t h el i t e r a t u r e ，w ep r o p o s e dap o s s i b l e m e c h a n i s mw h i c hi n v o l v e saw a t e r - a s s i s t e do v e r a l l1 ，4 - h y d r o g e ns h i f tp r o c e s s k e y w o r d s ：a l l e n o a t e ；p h o s p h i n e ；d i o x a n e ；d i e n o a t e ； c h r o m a n ； 4 + 2 】 c y c l o a d d i t i o n i v 目录 目录 第1 章文献综述1 1 1 引言1 1 2 联烯化学简介2 1 2 1 联烯化学的发展2 1 2 2 联烯的结构及谱图特征2 1 3 叔膦催化下联烯酸酯的相关反应4 1 3 1 无取代联烯酸酯的相关反应5 1 3 2 丫- 取代联烯酸酯的相关反应1 4 1 3 3 0 取代联烯酸酯的相关反应。2 4 1 4 小结31 第2 章选题意义及研究思路3 2 2 1选题意义3 2 2 2 研究思路3 2 第3 章结果与讨论3 5 3 1 丫取代联烯酸酯与醛的反应性研究。3 5 3 1 1二氧六环衍生物4 a 的化学选择性合成研究3 5 3 1 2 二烯醇5 a 的化学选择性合成研究。4 3 3 2 丫取代联烯酸酯与水杨醛的 4 + 2 】环加成反应研究4 9 3 2 1 产物结构表征及合成意义4 9 3 2 2 【4 + 2 】环加成反应条件优化5 3 3 2 3 底物范围研究。5 7 3 2 4 反应机理研究同位素标记实验。6 l 3 2 5 反应机理探讨。6 3 3 3 小结6 5 第4 章实验部分6 7 v 目录 4 1 仪器与试剂6 7 4 2 催化剂和底物的制备6 7 4 2 1 二苯基甲基膦的合成6 7 4 2 2 二甲基苯基膦的合成6 8 4 2 3 取代芳基膦的合成。6 8 4 2 4p t a 的合j 或。6 9 4 2 5 水杨醛衍生物的制备。6 9 4 2 6 磷叶立德的制备7 0 4 2 7t 取代联烯酸酯的制备7 0 4 2 8 a t - - 甲基联烯酸酯的制备7 l 4 2 9 丫氘代甲基联烯酸酯的合成7 l 4 3 二氧六环衍生物的化学选择性合成实验及产物表征数据7 2 4 3 1 催化剂筛选实验7 2 4 3 2 酚的筛选实验。7 2 4 3 3 溶剂、浓度和温度筛选。7 3 4 3 4 底物扩展及产物表征数据。7 3 4 4 二烯醇衍生物的化学选择性合成实验及产物表征数据8 1 4 4 1 催化剂筛选实验8 1 4 4 2 溶剂及浓度筛选实验8 1 4 4 3 温度探索实验8 1 4 4 4 底物拓展及产物表征数据。8 l 4 5 4 + 2 】环加成反应相关实验及产物表征数据8 8 4 5 1 催化剂筛选实验8 8 4 5 2 溶剂筛选实验8 8 4 5 3 羰基化合物拓展及产物表征数据8 8 4 6 同位素标记实验9 7 第5 章结论9 9 参考文献1 0 0 v 1 目录 i 致谢1 0 3 附录1 0 4 附录a ：二氧六环衍生物代表性化合物的核磁图谱10 4 附录b ：二烯醇代表性化合物的核磁图谱1 0 6 附录c ：二氢苯并吡喃类代表性化合物的核磁图谱1 0 8 在学期间发表的论文1 1 0 v 第1 章文献综述 1 1引言 第1 章文献综述 通常，催化反应主要指金属催化或酶催化下的化学转化。然而近1 0 年来， 由纯粹的有机小分子( 不含金属原子) 催化的化学反应愈来愈受到人们的重视，以 致有机小分子催化( 简称有机催化) 已发展成为当今催化领域中的一个重要分支， 有机催化反应作为金属催化和酶催化反应的重要补充，近年来得到了迅速的发 展。高效、高选择性的有机催化反应的大量出现，揭示了其在有机合成化学中 的巨大发展潜力【l j 。 目前，研究最多的有机催化剂按其作用机制，可以归纳为如下四类：l e w i s 酸、l e w i s 碱、b r o n s t e d 酸及b r o n s t e d 碱，其中，l e w i s 碱催化剂是最重要的一 类，主要包括亲核性的n ，p 有机催化剂，通过杂原子( n ，p ) 的孤对电子参与反 应，因此，亲核性有机催化是目前有机催化研究中的一个热点。在众多有机催 化剂中，叔膦催化剂体现出了很多优越性【2 】。根据软硬酸碱理论，叔膦属于软碱， 与叔胺类化合物相比，叔膦化合物具有较强的亲核性，同时具有相对较弱的碱 性，另外叔膦在催化过程完成后容易离去，这些特点决定了其在有机催化反应 中占有重要的位置，并已在有机合成中得到了广泛的应用【3 j 。 联烯酸酯因其结构的特殊性和反应的多样性而受到化学家的青睐。叔膦催 化剂进攻缺电子联烯后产生的1 ，3 偶极子，可与不同的亲电试剂作用，从而可实 现许多新的反应 4 1 。近年来的研究表明，在亲核性有机小分子催化剂叔膦或叔胺 作用下，联烯酸酯表现出丰富而又多样的化学反应性，提供了一系列构建碳碳 键和碳杂原子键的有效新方法【5 j 。 本论文首先将回顾一下叔膦参与下联烯酸酯相关反应的研究背景，然后着重 介绍我们发现的丫取代联烯酸酯与醛和水杨醛的反应性探索。 第1 章文献综述 1 2 联烯化学简介 1 2 1 联烯化学的发展 联烯( c = c = c ) 是指一类含有1 ，2 丙二烯官能团的化合物。早在1 8 8 7 年b u r t o n 和p e c h m a n 6 1 就在实验室合成出了第一个联烯化合物，但当时人们却错误地认为 此化合物是炔( s c h e m e1 1 ) 。直到上世纪5 0 年代，联烯类天然化合物才被大量分 离出来，如m y c o m y c i n 7 1 ，g r a s s h o p p e rk e t o n e t 8 】和n e o x a n t h i n 8 1 等( s c h e m e1 2 ) 。化 学家们才逐渐认识到联烯的核心结构，并且发现联烯类化合物具有相当的稳定 性和丰富的化学反应性【9 】。联烯化合物的不断发现引起了科学家们的兴趣，不但 发现了很多联烯的合成方法【1 0 】，而且将其作为合成前体用于天然产物和药物的 合成当中。 2 c c i 叫旦2 b c 0 2 h 堂量婴h - h ：一一二一二三， h o h m y c o m y c i n g r a s s h o p p e rk e t o n e 1 2 2 联烯的结构及谱图特征 s c h e m e1 2 联烯官能团的三个碳原子在一条直线上，两端的s p 2 杂化碳原予以p 轨道与 中间的s p 杂化碳原子的p 轨道相互交盖，形成了两个相互垂直的7 c 键( s c h e m e 1 3 ) 。这两个兀键的角度不匹配也不共扼。当联烯的一端连有拉电子基团如：酯 2 第1 章文献综述 基、酰基等时，拉电子基团的存在导致联烯双键上电子云密度的降低，因此常 称之为缺电子联烯。其多样的化学反应性不仅与其独特的电子结构有关，也深 受烯键上取代基的立体、电子效应影响。根据烯键上取代基的情况，可对联烯 酸酯进行简单的分类：烯键上没有取代基的联烯酸酯如2 ，3 丁二烯酸酯，通常被 称为无取代的联烯酸酯；当联烯酸酯的丫位带有取代基时，通常简单地称之为丫 取代联烯酸酯；在联烯酸酯0 l 位引入简单的取代基时，可称其为q 取代联烯酸 酯( s c h e m e1 4 ) 。 丫d 0 = 鼍 e g e v v g = c 0 2 r c o r ，e t c 无取代的联烯酸酯 b s c h e m e1 3 r c 0 2 e t r = a l k y l ，a r y l 丫- 取代联烯酸酯 s c h e m e1 4 d r l 办c 0 2 e t r = a l k y l ，a r y l 取代联烯酸酯 当联烯端基碳上带有不同的取代基时，联烯可成为一个轴手性化合物。如 s c h e m e1 5 所示，当a 不同于b ，且c 不同于d 时，联烯将具有轴手性，不符合 该条件的联烯没有轴手性。 a 、夕 户c 气 、e t o 叱2 孓c c 芝 e l r 构型 hh m 广c 气e r 构型 联烯化合物结构的特殊性也体现在其谱医 k ( s c h e m e1 6 ) - 红外谱图上，联 烯在18 7 0 2 0 5 0c m l 处存在特征吸收峰；核磁氢谱上烯键氢的化学位移一般在 第1 章文献综述 4 5 6 0p p m 处；核磁碳谱上，烯键两端的s p 2 杂化碳的化学位移处在较高场，一 般出现在8 5 - 9 5p p m 处，而中间的s p 杂化碳化学位移处在较低场，出现在2 0 0 - 2 2 0 p p m 处。 i r ：1 9 5 3c m 1 # 誓1爿。 h r 2 i r 8 5 0 c m - 1 h 净 叫声刊、 h 2h 1 h 1 = 5 2 0p o r e h 2 = 5 5 2 p p m s c h e m e1 6 1 3 叔膦催化下联烯酸酯的相关反应 h 、 ，c02et、 c 3 ：c 2 ：c 1 h c 1 = 8 7 8p o r e c 2 = 2 1 2 9p o r e c 3 = 9 1 0p o r e c 1 = 9 5 6p p m c 2 = 2 0 3 5p o r e c 3 = 1 0 2 3p p m 由于联烯结构中，两尢键在空间取向上相互垂直，彼此之间缺少共轭相互 作用，因此，取代基的拉电子效应主要作用于与其直接相连的伐，b 碳碳双键，导 致其易受亲核试剂的进攻；而d 玎碳碳双键受吸电子基团的影响相对较小 ( s c h e m e1 7 ) 【1 1 】。近年来的研究表明，在亲核性有机小分子催化剂叔膦或叔胺作 用下，缺电子联烯表现出丰富而又多样的化学反应性。在这些新的化学转化中， 人们普遍认为亲核性叔膦或叔胺作为l e w i s 碱，首先进攻缺电子联烯的p 位，产 生具有共振结构的1 ，3 偶极活性中间体，然后与多种亲电试剂反应，从而完成类 型多样的化学转化( s c h e m e1 7 ) 。 叔膦催化下，缺电子联烯与包括活化烯和亚胺在内的一系列亲电试剂的反 应，得到了化学家的广泛关注，相关研究取得了显著的进展，发现了包括环加 成反应在内的许多重要的有机合成反应。目前，已有多篇优秀的综述性文章对 这些研究成果进行了总结【1 2 1 。与活化烯或亚胺相比，醛作为亲电试剂与缺电子 联烯的反应则报道较少。从现有的研究结果来看，醛与联烯的反应在反应机制 和反应类型上均表现出某些有趣的特殊性。 4 p h r c r “ 第1 章文献综述 = e v v g = c 0 2 r ，c o r ，e t c 1 e r - 3 e = p ，n 妇一是1 【r 3 e e w g r 3 ee w g l j i e l e c t r o p h i l e s d i v e r s es y nt he t i cr e a c t i o n s 1 3 1 无取代联烯酸酯的相关反应 1 3 1 1无取代联烯酸酯与活化烯的反应 通常的活化烯，包括丙烯酸酯，甲基乙烯基酮( m v k ) ，丙烯腈，丁烯二酸 酯等。早在1 9 9 5 年，l u 1 3 】等人首次报道了叔膦催化下2 ，3 丁二烯酸酯与活化烯 之间的 3 + 2 】环加成反应。反应中联烯利用其三个烯键碳与活化烯的两个烯键碳 进行关环反应，从而有效地构建了环戊烯衍生物( s c h e m e1 8 ) 。 徐0 2 e t + 夕e 悯1 0m 0 1 p p h 3 o rp b u 3 次e t + 蔗：啪 c 0 2 e tb e n z e n e r t _ - 2 0 ：1 - 4 ：1 s e h e m e1 2 2 8 2 9 7 y i e l d 除实验中没有观察到预期的环加成产物外，控制实验也表明：相同反应条 件下，独立合成的二氢呋喃并不能转化为产物( s c h e m e l 2 3 ) 。这些结果确证：上 述条件下，联烯与醛不能发生 3 + 2 】环加成反应。 曩。一， ( 9 8 r e c o v e r e d ) a r23 - c h l o r o p h e n y l s c h e m e1 2 3 c 0 2 p r - 基于实验结果，作者提出了如下反应机理：首先，联烯酸酯2 在叔膦亲核 进攻下形成活性中间体3 ，此中间体通过p 碳负离子3 b 与醛加成生成中间体4 ， 该烷氧负离子继续缩合另一分子醛产生中间体5 ，然后经分子内m i c h a e l 加成关 环以及叔膦的消去，完成产物6 的形成( s c h e m e l 2 4 ) 。 献综述 浍时轮叫 ：h 。 2 0 ：1 为了更好地揭示该反应的机理，我们进行了如下氘代实验：采用纯度约8 0 的7 氘代联烯2 9 d 2 与2 ，4 二氯苯甲醛在无水条件下进行反应，以9 8 收率获 得氘代环丙烷产物3 0 。产物核磁显示，氘原子仍主要保留在丫碳原子上。这一 结果说明：在反应中，联烯丫位氢原子并没有显著地参与可能的分子内氢迁移 过程( s c h e m e1 5 6 ) 。与此形成鲜明对照的是，在联烯2 9 与对氯苯甲醛的反应中 加入1 5 当量的重水，则生成了分子中p ，p ，丫碳原子被部分氘代的产物3 1 。这 一结果表明，在反应中，上述碳原子上的氢与介质中的水发生了质子交换。 d 2 9 d 2 2 9 a r = 4 一c i c 6 h 4 p p h 3 ( 1 5e q u i v ) d 2 0 ( 1 5e q u i v ) d m f ，r t ，4 6h a ，d 气d7 2 - 7 5 r 3 1 ( 6 5 ) 基于实验结果和相关文献【5 羽，我们提出了如下可能机理( s c h e m e1 5 7 ) ：首先， 三苯基膦亲核进攻联烯酸酯生成1 ，3 偶极中间体3 2 ，接着以丫一位碳负离子的形 式对醛羰基进行亲核加成，得到中间体3 3 。经过一系列质子转移步骤，中间体 m 1 i 肛竺叫e s h 竺舢他 “一徊匕 即| _ 3 i h 6 o c 1 b 饼 c 一 2 = + 豇 日 2 2 o o ohcr ia + t t e e 2 2 o o 第1 章文献综述 3 3 转化为相对更稳定的磷叶立德中间体3 4 。最后，中间体3 4 经五元磷氧杂环 中间体3 5 ，并发生p c 键断裂和分子内s n 2 反应，得到环丙烷产物和副产物三 苯基氧磷。 a r p p h 3 c 0 2 e t r c 0 2 e t ；苎 r - c 0 2 e t 3 2 a3 2 b r c 0 2 e t r c 0 2 e t a 旧h o 3 4 3 3 b 3 3 a o p p h 3 3 5 r c 0 2 e t o ( s p h 3 r s n 2 2 日下a r p h 3 p o s c h e m e1 5 7 r c 0 2 e t r c 0 2 e t 1 3 3 4 0 c 一取代联烯酸酯参与的其他反应 叔膦作用下缺电子联烯与活化烯、亚胺和醛除了常见的 3 + 2 环加成外，还 有一些有趣的反应，如：p p h 3 催化下联烯可与环三烯庚酮发生 8 + 2 】环加成反应 5 9 1 ( s c h e m e1 5 8 ) 。 一泺+ r 1 p p h 3 o 警p h 3 e ，c o p p h 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - d r yb e n z e n e r t s c h e m e1 5 8 c o r + r p p 鸭 o r r m i n o r ( r = o e t ) 第1 章文献综述 k w o n t 删最近报道了缺电子联烯与亚啶的【3 + 3 】环加成反应。反应以很高的立 体选择性和较好的收率得到四氢吡啶衍生物。有趣的是，反应中联烯通过a ，p 碳以及a 位亚甲基参与了成环，并且亚啶中的磺酰基上的芳基发生了迁移 ( s c h e m e1 5 9 ) 。 n 一9 n 。2 + 、c c o 。2 2 e e 。t 1 4 小结 s c h e m e1 5 9 r 2 e t 0 2 c c 0 2 e t 3 7 9 8 y i e l d u p t 0 9 7 ：3d r n 0 2 综上所述，自1 9 9 5 年来，叔膦催化下缺电子联烯参与的有机合成反应得到 了迅速发展。这些反应提供了许多新颖而又高效的构建五元及六元碳环或杂环 的方法。在这些重要的化学转化中，叔膦的特殊性质如亲核性与夺氧能力起了 关键的作用。有趣的是膦体积的变化及其取代基的电子效应可以影响反应的产 率及反应的化学选择性。同时联烯结构的变化也丰富了联烯的化学反应。但联 烯上取代基对其反应活性的影响以及反应中膦催化剂结构与催化活性关系的研 究，还处在相当初级的阶段。相信随着对这一领域的深入研究，更多具有重要 合成价值的新反应将被发现，同时也会进一步促进联烯和有机磷试剂在有机合 成中的应用 b j 一 2 1 选题意义 近年来科学家们对叔膦作用下缺电子联烯的反应进行了广泛的研究，机理 研究上也有一定的突破【1 4 1 ，但依然存在许多问题，如：这些新反应与联烯酸酯 特殊结构的关系以及反应的化学选择性与膦催化剂的结构关系等。 目前，已有多篇优秀的综述性文章对缺电子联烯和亲电试剂的反应进行了 总结。在众多的亲电试剂中，活化烯和亚胺与联烯的反应研究较多，而类似物 醛作为亲电试剂与缺电子联烯的反应则报道较少。从现有的研究结果来看，醛 与联烯的反应在反应机制和反应类型上均表现出某些有趣的特殊性。 为了进一步促进联烯化学的发展，我们主要致力于叔膦作用下缺电子联烯 与醛( 水杨醛) 的反应性研究，以期实现相关化学反应的选择性合成及构筑新的碳 碳键及碳氧杂环等。 2 2 研究思路 在膦催化下，无取代联烯酸酯与醛反应时，反应中间体1 ，3 - 偶极子通过y 位 碳负离子进行亲核进攻，结果未能发生【3 + 2 】环加成反应。鉴于这一特点，我们 在联烯的丫位引入取代基，改变了中间体的亲核进攻方式，从而实现联烯和醛的 新颖的 3 + 2 】环加成反应，反应同时伴随二氧六环衍生物4 a 和二烯醇5 a 的生成 ( s c h e m e2 1 ) 。 3 2 s c h e m e 2 1 此前，我们已经以较高的收率( 5 3 9 6 ) 和单一的化学选择性合成了四氢呋喃 化合物3 a 【4 2 】。4 a 和5 a 的选择性合成也引起了我们的兴趣。本论文的一部分工 作将围绕二氧六环衍生物4 a 和二烯醇5 a 的化学选择性合成而展开。初步实验 表明，质子性添加剂或溶剂对反应的化学选择性有很大的影响，例如，在苯酚 做添加剂的情况下反应主要生成二氧六环衍生物4 a ，而以乙醇做溶剂时反应单 一地得到了二烯醇产物5 a ，这一发现为选择性地合成4 a 和5 a 提供了可能性。 具体的研究思路是通对催化剂，溶剂，温度，浓度以及添加剂等反应条件的筛 选，实现反应的化学选择性控制并提高反应的收率。 1 0m 0 1 p h e n o l 2 0m 0 1 p p h 3 c h 2 c 1 2 ，r t 哆i 卣c + h a o c 。：e t a ，硷父啡a 。r o o h 吨e t i ” 5 0 y i e l d 2 1 y i e l d s c h e m e 2 2 2 0m 0 1 p p h 3 c 2 h s o h r t c io h 3 8 y i e l d c o z e t 在之前的研究中删我们课题组发现水杨醛在叔膦催化下可与丫位甲基联烯 3 3 c纱 2 叩 e + m o 肥 冰 c c 二 肿 第2 章选题意义 酸酯发生新颖的 4 + 2 】环加成反应( s c h e m e2 4 ) 。该反应为二氢毗喃化合物的合 成提供了一个简单有效的方法，同时联烯的丫位甲基参与了成键，因此具有较重 要的意义。之前对该反应的研究没有深入地展开，对机理也未进行过研究。因 此，本论文的第二部分工作将对此反应展开系统的研究，包括反应条件筛选， 羰基化合物底物范围探索，联烯结构对反应的影响等，并重点对反应的机理进 行研究和探讨。 o h 双、，训o c h o v c 。2 e t p p h 3 c h 2 c 1 2 r t s c h e m e 2 4 c 0 2 e t 第3 章结果与讨论 第3 章结果与讨论 3 1 丫取代联烯酸酯与醛的反应性研究 3 1 1 二氧六环衍生物4 a 的化学选择性合成研究 3 1 1 1 结构表征 c 0 2 e t 4 a 产物4 a 属于二氧六环衍生物，由两分子醛和一分子联烯缩合而成，k w o n 3 0 】 也报道过类似的化合物。之前我们通过核磁谱图确定了其结构【6 2 】：根据1 位和2 位碳上质子间耦合常数的大小( j = 1 5 7 ) ，可以确定双键构型为e 式；通过对六元 环上4 位质子与3 位和5 位质子间耦合常数大小及样品n o e s y 谱图的n o e 效 应分析，从而确定出六元环上三取代基均处于e 键构型( 顺式) ，在环的同侧。 我们还获得了同系化合物的单晶( f i g u r e3 1 ) ，从而进一步证实了该结构，这种结 构也是热力学比较稳定的状态。 3 5 第3 章结果与讨论 f i g u r e3 1x - r a yc r y s t a ls t r u c t u r eo f e 0 4 k t a b l e3 1c r y s t a ls t r u c t u r ea n dd a t ar e f i n e m e