（有机化学专业论文）有机硒化合物在微反应器中的选择性反应研究.pdf

中文摘要 微反应器作为控制和影响化学反应的工具 在有机化学 材料科学 分子生 物学等领域日益受到重视 并取得了很有价值的研究结果 本文总结了在微反应 器巾进行的有机化学反应 尤其是以环糊精和沸石分子筛作为微反应器的研究现 状 包括在其中进行的氧化反应 还原反应 取代反应 环化反应 自由基反应 等 在此基础上 本文研究了硒醚氧化物在n a y 型沸石孔腔中的热分解反应 得到以下创新性结果 1 合成了 些新的硒醚化合物 得到四个新硒醚的单晶 并测定了它们 的x 衍射数据 对它们的晶体结构进行了分析 2 利用沸石n a y 为微反应器 在h 2 0 或醇的存在下 些烷基芳基硒 醚氧化物经热分解反应分别转化为相应的b 羟基硒醚或b 一烷氧基苯基硒醚 为有机合成提供一条新的合成方法 同时 揭示出沸石的孔腔 超笼 可以稳定 一些反应活性中间体 如a r s e o h 的普遍性 此外 通过吸附手性物质 樟脑 苄基化薄荷醇等 对n a y 孔腔进行手性修饰 初步探讨了氧化硒醚在手性修饰 的孔腔的热分解反应 3 通过研究氧化硒醚在n a y 孔腔 超笼 中的热裂解反应机理 证明同 时存在于同一孔腔中的有机碳正离子和氢氧根阴离子 o h 能被分离 不能有 效接触 这种分离作用可以从氢氧根阴离子与n a 的络合作用及n a y 孔腔中存 在的强电场来解释 氢氧根阴离子 o h 可能与n a 络合成n a o h o r 离子 对 因为n a 是硬酸且一o h 是硬碱 有机碳正离子是较软的酸 更倾向与n a y 骨架上众多的电负性的氧原子结合 因为在无水的条件下 n a y 孔腔中的n a 几乎不能移动 所以这种络合作用就会限制氢氧根阴离子的自由移动 从而导致 氢氧根阴离子和碳正离子不能接触 从另一方面看 因为n a y 孔腔中存在着强 电场 所以阴 阳离子会向相反的方向移动 并尽可能分别定位于电场的两极 这也会导致碳正离子和氢氧根阴离子 o h 相互分离 这一结论有助于解释沸 石参与的化学反应中的一些奇怪的现象 a b s t r a c t t h em i c r o r e a c t o rh a s i n c r e a s i n g l yi n t e r e s t e ds c i e n t i s t s t o e m p l o yi t a sat o o lt o c o n t r o lr e a c t i o n si no r g a n i cc h e m i s t r y m a t e r i a ls c i e n c ea n dm o l e c u l eb i o l o g ye t c a n d g r e a t l y v a l u a b l er e s u l t sh a v eb e e na c h i e v e d i nt h e p r e s e n td i s s e r t a t i o n o r g a n i c r e a c t i o n si nm i c r o r e a c t o r sa r es u m m a r i z e da n dt h e e m p h a s i s e s a r ep l a c e do nt h e r e a c t i o n ss u c ha so x i d a t i o n r e d u c t i o n s u b s t i t u t i o n c y c l i z a t i o na n dr a d i c a lr e a c t i o n w h i c ho c c u r r e di nc y c l o d e x s t r i no rz e o l i t e su s e da sm i c r o r e a c t o r f o l l o w i n gt h i s t h e t h e r m a lr e a c t i o no fs e l e n o x i d e si nt h es u p e r c a g eo fz e o l i t en a yw a ss t u d i e dt h ed e w r e s u l t sa n dd i s c o v e r i e sa r ea sf o l l o w s ls e v e r a ln e ws e l e n i d e sw e r es y n t h e s i z e da n dt h e s i n g l ec r y s t a l s o ff o u rn e w s e l e n i d e sw e r eo b t a i n e d r e s p e c t i v e l y t h e i rs t r u c t u r e sh a v eb e e na n a l y z e da n d t h e i rc r y s t a ls t r u c t u r e sh a v eb e e nd e t e r m i n e db y x r a ys i n g l e c r y s t a ld i f f r a c t i o n 2t h e r m a lr e a c t i o no f a l k y la r y ls e l e n o x i d e si nt h ep r e s e n c eo f w a t e r o rm e t h a n 0 1i n t h e s u p e r c a g e o fz e o l i t e n a y u s e da s am i c r o r e a c t o r g a v e b h y d r o x y o r 3 m e t h o x y a l k y la r y ls e l e n i d e s r e s p e c t i v l y p r o v i d i n g an e wr o u t et o s y n t h e s i z e t h o s ec o m p o u n d st h ep o s s i b l eg e n e r a l i t i e st h a tz e o l i t en a yi sa b l et os t a b i l i z e r e a c t i v ei n t e r m e d i a t e sf ega r s e o h w e r ed i s c l o s e di na d d i t i o n t h es u p e r c a g eo f z e o l i t en a yw a sc h i r a l l ym o d i f i e db ya d s o r b i n g o p t i c a lc o m p o u n d sa n d t h e t h e r m a lr e a c t i o no fa l k y la r y ls e l e n o x i d e si ni th a sb e e ns t u d i e df u n d a m e n t a l l y 3b a s e do nt h er e s u l t so fs t u d y i n gt h em e c h a n i s mo ft h et h e r m a lr e a c t i o n i ti s s u g g e s tt h a tn a yp l a yan o v e lr o l et os e p a r a t ea l la n i o no f 一0 hf r o m ac a r b o n i u m i o nw h i c hi ss i m u l t a n e o u s l yp r e s e n tw i t ht h e 一0 hi nas u p e r c a g et h es e p a r a t i o n m a y r e s u l tf r o mt h ec o o r d i n a t i o no f 一0 hw i t hn a o r s t r o n ge l e c t r i cf i e l d si nt h e s u p e r c a g eo f z e o l i t en a y h y d r o x i d ea n i o n sm a y c o o r d i n a t ew i t hn a i n t on a 0 h o ri o np a i r b e c a u s en r i sah a r da c i da n d 一0 hi sah a r db a s e w h e r e a st h e c a r b o n i u mt e n d st oc o o r d i n a t ew i t ho x y g e na t o m so ft h ez e o l i t ef r a m e w o r k b e c a u s ec a r b o n i u mi sar e l a t i v e l ys o f tc a t i o nt h ec o o r d i n a t i o ni m m o b i l i z e s o h b e c a u s et h es o d i u mc a t i o n sa r el o c a t e do n r e l a t i v e l yf i x e ds i t e si nt h es u p e r c a g eo f n a ya n da l m o s ti m m o v a b l ew h e nw a t e ri sa b s e n t0 nt h eo t h e rh a n d t h e h y d r o x i d e a n i o n s s h o u l dm o v et o r e l a t i v e l yp o s i t i v e e l e c t r i cf i e l da n dt h e c a r b o n i u mm o v e dt or e l a t i v e l yn e g a t i v ef i e l d t h i sa l s or e s u l t si n s e p a r a t i o n b e t w e e nt h eh y d r o x i d ea n i o n sa n dt h ec a r b o n i u mt h i sc o n c l u s i o ni s au s e f u l c o n t r i b u t i o nt ot h ee x p l a n a t i o nf o rt h eo d db e h a v i o r so f z e o l i t ei nr e a c t i o n 2 第一章前言 微反应器是指具有许多规则或不规则微孔的物质 它作为主体 能容纳作 为客体的反应物分子进入其孔隙中 微孔具有的特定物理 化学性质使反应物的 化学反应性发生变化 从而催化或改变反应 随着纳米技术的兴起 微反应器在 分析化学 分子生物学 药物化学 高分子化学 纳米材料制备中都有潜在的应 用 在此仅对微反应器控制有机化学反应作一介绍 近来已有一些综述 1 所 使用的微反应器包括环状化合物空穴如环糊精 冠醚 杯芳烃等 分子聚集体如 胶束 反胶束 l b 膜 囊泡 液晶等 以及多孔固体如分子筛 硅胶 氧化铝 和粘土等 另外 根据反应的需要 设计制备新型的微反应器 或对已有的微反 r 一 应器进行修饰的研究已有文献报道 人们利用微反应器是为了控制化学反应的方 向或提高反应选择性 在微反应器中 反应物在分子水平上有一定取向和有序排 列 同时 微反应器限制反应物分子和反应中间体的运动 这种取向 排列和限 制将影响和决定反应方向和速度 本文以新的思路和方法 研究了有机硒化合物 在微反应器中的反应 以n 百y 型沸石为微反应器 研究氧化硒醚在其孔腔中的 热分解反应 并得到很有意义的结果 将在以后几章中阐述 下面对研究得较多 的 用于影响有机化学反应的微反应器研究现状进行一下概述 11 以环糊精作为微反应器的有机化学反应 环糊精是由多个d 一吡喃糖通过q 一1 4 一糖苷连接而成 常见的有a 1 3 和v 三种 它们分别由6 7 8 个d 吡喃糖连接而成 因而有不同的孔径 他们分 别为0 6 o8 1n m 图1 1 为仪 环糊精示意图 图1 1 因为这些柱形分子具有较大的内径 其孔穴可以容纳有机分子 所以可用 作微反应器 2 一般认为 环糊精可以从以下方面影响有机反应 a 孔穴内外 溶解性差别 b 对不稳定的中间体或产物具有稳定作用 c 对反应物的构形和 大小具有一定选择性 d 对反应物问的相互接触具有定向作用 产生这些影响 的根本原因在于环糊精 主体 与反应物 客体 各种弱相互作用 如 立体阻 碍 范得华力 偶极 偶极相互作用 电荷转移作用 氢键等 在许多情况下 是多种因素共同起作用影响化学反应 使化学反应表现出新的特点 11 l在固态环糊精络合物中的有机化学反应 在这类反应中 人们通常先把菜一反应物装入环糊精的微孔中 制成固体 络合物 将其分离出来后 再与另一反应物作用 另一反应物可能是气体或存在 于溶液中 氢 固笠丕生的地盛厦廛 类似反应中 仪 0 一不饱和羧酸的加成反应被深入研究过 c t p 一不饱和羧酸 与d 或b 环糊精形成络合物 然后与卤素或卤化氨起加成反应 如图l 一2 环糊 精具有不对称环境 得到的产物具有光学活性 3 h c l 和h b r 与丁烯酸加成的 化学产率分别为2 3 6 0 e e 值分别为5 8 4 6 4 4 衙8 詈耐8 吲畜崮 国m图 酰基二茂铁的环糊精络合物 用n a b h 4 还原为相应醇 如图1 3 产物具 有光学活性 e e 值为3 2 8 4 4 固 遮住丕虫曲氢丝厘应 硫醇在环 棚精存在下被过氧乙酸或次氯酸钠氧化 得到光学活性产物 如 图1 4 化学产率为8 9 8 光学产率为0 8 1 5 a r s r 竺 f 螂r 斗a r r a r p h e n y l p c h l o r ol p h e n y l 1 o r2 n a p h t h y l e t c r m e t h y l i s o b u t y l t e r t b u t y l c h 2 c 0 2 e t e t c 图1 4 环糊精的固体络合物在光照下发生化学反应的例子有很多 由于环糊精的 包结作用 客体发生反应后 常得到光学活性产物 如苯甲醛与d 一环糊精形成的 络合物经光照后得到分子间夺氢的产物 图1 5 据研究 他们形成了2 2 络合 0 b e t a c d 镪 r 一 一 一b e n z o i n5 6 囝国 0 2 4 2 2 络合物 图1 5 物 6 1 1 2 环糊精络合物在溶液中的反应 环糊精介入的溶液中的反应研究得更为广泛和深入 尤其是 d 和y 环糊 精与一些金属离子的络合物可催化d n a 的水解 引起了人们极大兴趣 这些络 合物被当作酶的模型进行了大量研究 此外 也深入研究了环糊精与反应物的包 结作用对一些合成反应的影响 邀岱厘廛 叮 u n a o h c u d e 心 嚣 c p h 贝 p h p ht r a c e h 2 0 26 k 一 泌卧 p d 州一 兰色 研究了烯酮化合物的l i y 沸石中的光化学反 能极大地影响反应物的激发态能级 从而 abc o 国o 介质 c d 十fa b df 图1 2 7 使产物的各组份的分布发生重大变化 在此反应中 改变介质 如环已烷 甲醇 也能改变产物的分布f 如图1 2 7 这是一个很微妙的现象 被认为与阳离子的半 径有关 把锂离子换为n a 时 其半较小 不利于它与底分只子的充分接触 因 此它对反应的影响较小 当把微反应器换为n a x 时 发现其选择性也明显变化 这可能是因为n a x 的孔腔比n a y 的孔腔容略大 使底物和n a 接触有更大的自 由度 更为松散 所以它们接触有更多的方式 从而影响产物的选择性 分子筛的微孔具有接受电子的能力 通过其阳离子实现 有的烯正离子在 其中可稳定存在达数月 例如 用n i 1 4 y h y 和n a z s m 5 作微反应器时 一 些共轭芳烃能发生电子转移 生成烯正离子 4 2 因为x y 型分子筛孔径和孔腔 都较大 可容纳另外的有机分子进入 所以能明显地影响反应历程 如化合物a 在y 中会生成多种产物 这都是由阳离子自由基而来的 如同1 2 8 二协 图i 一2 8 1 2 7 在有机金属化合物修饰的孔腔中的不对称合成 所有的沸石都没有手性 但它能作为微反应器来稳定或吸附手性分子 从而 得到手性的微孔 一个重要的策略就是制备手性的沸石络合物 g o r m a 等人 4 3 利用沸石支撑的脯氨酸衍生物作为配体 制备了一系列沸石支载的手性络合物 例如 它们制备了沸石络合物 图1 2 9 用它催化几种氨基肉桂酸酯衍生物的 o l l 懒 l f 毋c 删 可1 孙a c o d h 氧化 与均相反应或硅修饰的催化剂相比 化学产率和产物的e e 值都要高 这 一方法被扩展到烯酮的手性加成反应及烯的不对称环氧化 4 4 另一种策略是把已证明有效的有机金属催化剂移置到沸石的微孔中 由于沸 石孔的大小限制 这种微反应器常用s h i p i n a b o t t l e 方法直接在孔中合成 而不 是对已合成有机金属化合物的吸附 b e d i o u i 等 4 5 人对s h i p i n a b o t t l e 方法合成 沸石金属化合物的方法进行了总结 i 利用柔性配体 i i 使用模板 i i i 沸 石直接合成法 用柔性配体法时 先将沸石中离子与相应的金属离交换 然后将 配体扩散到孔腔中 形成配合物 模板法与柔性配体方相似 但用此方法时 配 体是由次一级结构单元在孔腔中反应而得 不经分离 直接参与配位 沸石合成 法要求在沸石结晶时 加入相应的金属离子或配体 在这种情况下 配体可能起 着樾板剂的作用 在s h i p i n a b o t t l e 方法中 常用的被吸附物是s h i f t 碱 氨基 酸 n i l 啶基紫菜碱等 应用s h i p i n a b o t t l e 方法制得沸石络合物最重要的例子是m n i i i 的络合 物 f 4 6 手性锰 1 i ds a l e n 络合物在芳香取代烯的环氧化中 具有明显的不对称 诱导作用 4 7 1 这种方法现已被推扩到在中孔材料a i m c m 一4 1 中合成m n i i i s a l e n 络合物 不过 在中孔中进行的不对称反应没有均相反应有效 烯的环丙 烷化和氮丙啶化也在手性沸石孔中进行过研究 例如 用2 2 二一 2 一 4 r 一l 一苯基 一1 3 一唑烷基 丙烯为配体 n p 一甲苯磺酰亚胺基 苯基碘烷 p h i n t s 为 n 源 t r a n s 一肉桂酸甲酯的氮丙啶化反应产物的e e 值达6 1 4 8 此外 手性p d i i 络合物也可以在m c m 4 1 中制得 方法是先把手性配体联结在m c m 4 1 图l 一3 0 的骨架上 再与p d i i 配合 4 9 h u t c h i n g 等 5 0 1 把一个h y 分子筛孔中装入 一个13 二噻烷一1 一氧化物 制得手性微反应器 外消旋的2 丁醇在其中发生去氢 反应 r 和s 构型的2 丁醇的反应速率表现出很大差别 光谱学证据和计算结 果促使他们提出了此徼反应器的内部的构型 认为只有与孔腔中l e w i s 酸或 b r o n s t e d 酸性点相接触 才能发生去氢反应 由于孔腔中有手性 故r 或s 的接 触方式不同 导致反应性差别 图1 3 0 13 以其他物质作为微反应器的有机化学反应 1 3 1 聚合物微反应器 利用某些具有特定官能团的大分子化合物在特定的溶剂中能形成胶束这 性质 聚合物也可用作微反应器 b r e n n e c k e 等人 5 1 1 初步研究了全氟化的超支 化的聚合物在超临界c 0 2 中的状态 它在其中并完全呈现球形胶束 而这种聚 合物胶束内部却是极性的 可以溶解极性的或离子性的客体分子 这种胶束组成 的微观化学反应容器 即聚合物微反应器 就为我们提供了一个可控的胶束内环 境的反应器 一些结晶聚合物 也可以作为微反应器 结晶聚合物包含有结晶区 和非结晶区两部分 如低密度聚乙烯薄膜就含有大约5 0 的结晶区和5 0 的非 晶区 非晶微区尺寸在几至几十纳米 无规则地分布在晶区周围 非晶微区可以被 许多溶剂 如二氯甲烷 氯仿等 溶胀 而晶区则不能 因此 反应底物分子可以随溶 涨剂扩散到非晶微区 并且被晶区彼此隔离 拉伸 底密度聚乙烯膜 c 3 c p 4 c e h a e o c h z c h o 筑 正如上述分子筛的情况 如果每个非晶微区只含一个底物分子 分子间的反应将被 阻止 分子内的反应将被增强 这样就可以在高底物浓度下高产率地合成大环化合 物佟振合等人利用此微反应器合成了化合物c p 4 c 如图1 3 1 将化合物放入 溶胀后的低密度聚乙烯薄膜的非晶区中 只得到光二聚反应的产物 拉伸薄膜过程 中非晶区变小 那么存在于非晶区中的化合物就更容易发生分子内光二聚 转化率 提高 5 2 13 2 反相胶束微反应器 反相胶束微反应器是目前研究较多的微反应器之一 溶液中的胶束具有局部 聚集和改变液体性质的能力 利用这一点 可以把反应物限制在一个微小的区域 里 并在那里发生化学反应 比如 具有合适亲油 亲水比的表现活性剂 a e r o s o l 9 擎 憾 j j 裔邃爹每 r h 碱c h 尸4 7 p 竺竺乞 孙面丽 1 i 呸 h t s i n n a t i o n d c a poo c h 2 1 2 l 卧7 i 卧一c c 呻 9 b c h 7 p h d c a 敏化剂 t s p h 7 p h 只 0 10 4 卟7 三 p h 卧 鬣呻 圈1 3 3 此外 他们利用阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂制得了稳定的囊泡 图 1 3 4 5 5 其直径为2 0 0n n l 双分子层的厚度为4 r i m 由于囊泡的相对稳定性 可以将敏化剂置于一个囊泡的疏水双分子层中 而将底物置于另一个囊泡的疏水 双分子层中 使敏化剂和底物分开 在通氧光照的情况下 r j 导 n1 0 2 的产物 卧 r 山 l 瓯 刁一m x 型佥 x 八 圣1 1 3 5 硒化反应 硒化反应大致可分为三大类 一类是利用亲电性硒试剂 如p h s e x x c 1 b r 等 的反应 二类是利用亲棱胜硒试剂 如p h s e m m l i n a 等 的反应 另一 类是利用含硒合成子 亲电性硒试剂可以和烯 炔发生加成反应 和含有活泼亚 甲基的化合物发生亲电取代反应 如图1 3 6 o 户 一 o i 赴 一 锄 v 弋芦 1 o i 凡 x p 一念 1 3 e ql d a 2 p h s e b r r c h 2 c n 旦 壁 一 r 车h c n 2 p h s e b r s e p h 亲核性硒试剂 p h s e 引入苯硒基是较常用的方法 p h s e 可用p h s e s e p h 和n a b i l d 乙醇还原而得 在原位与一些物质发生亲核取代反应 如图1 3 7 c l o h 2 1 c h c o o h 翌 c l o h 2 1 c h c o o h 9 1 c 1 h 2 1 l c o o h i i i c 1 h 2 1 p h 9 1 o t s s e p h 甲7 丫1 1 竺 竺翌p 7 丫 9 8 又冬 j 彳 文冬j 图1 3 7 醇也可直接转化为硒化合物 从而成为脱水的有效方法 但醇与p h s e s e p h 是不反应的 需用硒酸酯作为硒试剂才能进行硒化 般伯醇为佳 如图1 3 8 c 12 h 2 5 0 h 嚣c 1 2 h 2 5 s e a r e c n 吡啶雀 9 8 s e a r 图1 3 8 p h s e 和不饱和酮和内酯进行m i c h a e l 加成 尽管例子不多 但由于它的极 佳得率能确保双键再生 从而可作为羰基共轭双键的潜在保护方法 图1 3 9 奠屿 一 p h s c 里堕 1 亟丝掣 0 环氧化物与阴离子反应能开环生成b 一羟基硒醚 一般只需室温或回流温度即 町 而位阻较强的环氧化物需要较长时间回流才能有较高的收率 图1 4 0 铅鼢 薹 k i o d 粤s 廿 列 尹s 0 2 卧 s e p h o h 0o 图卜4 0 n c s o z 卧 一么二 l s 2 p n 由于p h s e 基团具有良好的稳定碳正离子的能力 所以利用含硒的阴离子与 亲电试剂犀应生成新的碳碳键 与酮反应生成p 羟基硒醚 位阻大的酮也能进行 此反应 与烷基卤代物 酰化剂以及非碳亲电试剂反应在合成上也有价值 图 1 4 1 含硒合成子产生的方法有两种 即去质子法和二硒代缩酮的硒碳链的断 裂 图1 4 2 h 0 删r 旦触 e b e 兰 h m e s e c h 图1 4 2 氧化与裂解反应 由此方法制备高纯度烯烃主要是要求硒化物必须纯净 氧化反应常用氧化剂 是过碘酸钠 有机过酸 溴氧 过氧化氢及后来发展的用n a o c l n c s n b s 氧化 水解方法 图l 一4 3 氧化温度为0 c 左右 裂解温度为3 0 1 2 0 c 硒氧 化物断裂是顺式消去 在非环系统中产物几乎都是e 式几何构型 在环系统中一 般也是反式烯烃 但几何应力变大也可变为顺式烯烃 例如 环十二烷基苯基硒 醚氧化断裂可得到1 1 顺与反式环十二烯烃 值得注意的是反应中的硒元素的 e m 一驰 鼬 h l c h esem 去向 一般都由生成的次硒酸立即分解为二硒谜和亚硒酸 卧 9 入 s e o 蜘 c o o e t7 9 p h s e o h l o p h s e o h l p h s e 0 2 h p h s e s e p h 7 7 p h s e o h 倒卜4 3 1 42 烯丙基氧化物f l 勺 2 3 1 西格马重排 杂原子从一个基团转移到碳原子上直接官能团化的概念已广泛用于金属和 元素有机化学中 烯丙基硒氧化物 2 3 1 a 重排涉及氧从硒转移到碳的反应而生 成碳氧键 水解断裂使母体分子引进一个丙烯醇的结构单元 虽然硫氧化物的也 能进行这类反应 但二价硒化物亲核性大于硫化物 反应能在较温和条件下进行 同时 硒比硫更易进行氧化断裂 因此更具有实用性 图1 4 4 户e p 坠 半卸 业h o 1 图1 4 4 1 43 环官能团化 在亲电性硒试剂的存在下 含有两个以上活泼基因的化合 能发生环官能因 化反应 使活泼基因 常见的是碳碳双键 含活泼氢的官能因n h 2 n h o h s h c o o h 等 相互连接生成环状 同时含硒合成子也联接到底物上 图1 4 5 6 0 值得注意的 有机硒化合除被氧化消除反应去掉含硒基因外 还可以被一些 还原剂还原为h 这使得有机硒试剂在有机合成中更为有用 例如 当实现环化 之后 可简便地除去硒基 使环官能团化反应应用更广 所用还原剂可以是 工 o 卧 j p h 2 s n h b u 3 s n h 和r a n e yn i 后来发现 硼化镍能使硒醚键断裂 反应比用 p hp h r n 弋 h o j 主 罗 洲意 鼢s gh p h s e b r 弗 一 厂 l 入 卵 c o o e f o a c 一呼卵 g 一铃 啥泔 詈蹬 条件底物 n i c l 2 6 h 2 0 n a b h 4 l 36 8 产盘9 2 p h 3 s n h 时要温和得多 硼化镍可以由氯化镍和n a b h 4 反应 即制即用 因此具 有明显的优点 图1 4 6 6 1 15 研究设想 使用微反应器可以提高化学反应的产率或提高化学反应的选择性 有些情况 下 可实现常规反应条件下难以实现的反应 同时 对作为主体的微反应器与作 为客体的反应物分子相互作用的研究 一定会丰富和发展关于主一客体化学的理 论 有机硒化合物的研究已经很广泛 深入 许多有机硒化合物的反应已应用到 有机合成中 但有机硒化合物在微反应器中进行的反应还未见报道 因此 我们 决定研究有机硒化合物在微反应器中的反应 因为硒已被证明是人体必需的微量元素 而人体内的化学反应都是在特定的 微环境f 进行的 类似于微反应器 如囊泡 聚合物微反应器等 所以 深入 研究有机硒化合物在微反应器的化学反应 不仅可能提供新的有机合成方法 丰 富主 客体化学内容 而且可能加深人们对生命现象的认识 有助于探索生命的 奥秘 作为此研究的开始 我们贷想以n a y 型沸石为微反应器 研究有机硒化合物 在其微孔 又称超笼 s u p e r c a g e 中的反应 有机硒化合物的一个蔫名反应是氧化 硒醚的热分解 见图1 4 7 氧化硒醚a 易分解为烯b 和次硒酸 a r s e o h c 次硒 酸c 不稳定 在常温下即发生岐化反应分解为二硒醚d 和亚硒酸e 因此 在通 常情况下 氧化硒醚分解得到的产物为烯 亚硒酸和二硒醚 我们设想 若将生 成的次硒酸分子装入微反应器中 使之不能相互接触 则岐化反应可避免 这样 被稳定的次硒酸c 可能与生成的烯b 发生加成反应 得到不同的最终产物f 在本方案中 我们应用y 型沸石分子筛作为微反应器 来实现隔离次硒酸分 r h 2 c 7 一s l e a r i ns o l u t i o n 卜r c h c h 2 a r e o h 俨r h 午 c h z s e a r a o b c ih f f 蛩微i r e a r s s a r s o h f l 叩 犍 de i i 图l 4 7 子的设想 原因如下 1y 型沸石分子筛具有较大的微孔 出入口的直径大小约7 a 孔腔的直约 3 a 可以容纳较大的有机分子进入 适合用作微反应器 2 控制分子筛与被吸附物质的比例 可以使每个微孔中只装入 个氧化硒醚分 子 当它受热分解后 生成的次硒酸被限制在各自的微孔中 达到隔离次硒 酸分子的目的 根据统计学规律 若主体 微孔 与客体分子 氧化硒醚 的数量之比为1 0 1 时 只有小于5 的孔会吸附两个或两个以上的客体分子 每个n a y 型沸石微孔组成是n a 5 3 1 1 0 2 5 3 s i 0 2 1 3 9 2 5 0 h z o 则每克干燥的 n a y 含有o 0 5 8 m m o 微孔即 1 2 3 4 5 3 2 7 1 6 2 5 3 2 8 1 6 4 2 1 3 9 2 5 0 1 8 58 1 0 5t o o l 那么 当每克干的n a y 吸附o0 5 8m m o l 的次硒酸时 可以认为每个孔中只 吸附了一个次硒酸分子 3 被稳定的次硒酸可能与生成的烯发生加成反应 生成与溶液反应不同的产物 从而提供新的合成方法 4 若加成反应能实现 则对分子筛孔进行手性修饰后再进行以上反应 那么产物 6 可能具有光学活性 可能探索出一条不对称合成的新途径 研究氧化硒醚在n 型沸石微孔中的反应 不仅可以为合成有机硒化合物提 供新方法 拓展沸石作为微反应器的使用范围 进一步认识有机硒化合物的性 质 而且可以进一步认识沸石催化有机反应的内在原因及作为微反应器的特征 探索沸石微孑l 与客体分子相互作用的规律 不仅具有重要理论意义 而且具有潜 在的应用价值 2 1 引言 第二章有机硒醚原料的制备 有机硒醚 般易被空气中的氧气氧化 造成实验操作不方便 但当硒原予与 芳基相连时 在空气中稳定得多 因此 在本实验中 我们合成的硒醚都带有芳 基 如p h p c h 3 p h 有机硒醚的合成方法有许多 常见的有 a a r s e x x 卤素 c n n 0 2 r s 0 2 a r 等 与c c 的加成 与碳负离子的亲电取代反应 b a r m m n a l i 与卤代物 磺酸酯等的亲核取代反应 与环氧化合物 内酯等的 开环反应 c a r s e s e a r 的自由基反应 d 其他含硒合成子的反应 本文中 我 们先合成了二苯基二硒醚和二对甲苯基二硒醚 然后在用他们与卤代物 磺酸酯 及氧化合物反应 制得相应的硒醚 它们的结构式和编号如表2 1 t a b l e2 1t h es v n t h e s j z e ds e l e n i d e sa n dt h e i r n u m b e r s s e l e n i d e n u m b e rs e l e n i d en u m b e r c h 3 c h 2 1 1 s e p h c h 3 c h 2 z s e p h c h a c h 2 2 s e p h h o c o c h 2 c h 2 p h c h 3 c h c h 2 5 c h 3 和出s 卿 l a 3 a 5 a 7 a 9 a 1 1 a c h a c h 2 ii s e p h m e p c h 3 c h 2 7 s e p h m e p p h c h 2 2 s e p h c h 3 2 c h 2 c h 2 s e p h o c h 2 s s e p h 1 2 a c h 2 s s e p h1 4 a 2 2 实验部分 221 仪器和试剂 妇 妇 妇 妇 吠必 型这垡墨红外光谱用b i o r a df t s1 3 5 红外光谱仪测定 k 1 3 r 压片 1 h n m r 用 b r u k e r a c p 2 0 0 光谱仪测定 t m s 为内标 c d c l 3 为溶剂 m s 用7 0 7 0 e h e 质 谱仪测定 元素分析用y a n a k och nc o r d e rm t 3 测试 单晶x 衍射数据用 b r u k e rs m a r t l 0 0 0 测定 使用单色化的m o k 射线 九 o7 1 0 7 3a 扫描 全部数 据经半径经验校正 结构由直接法解出 结构分析程序为s m e l x l 9 7 6 2 所 有氢原子通过计算确定位置 对非氢原子坐标和各向异性温度因子进行全矩阵 最小二乘法修正 f 2 其它相关数据收集及结晶学数据列于相应表中 j 塞耋乱p h s e s e p h 及p m e p h s e 2 为自制 环氧化环己烷是进口试剂 其它为市售国 产试剂 根据需要进行纯化或干燥 2 2 2 硒醚的合成 三茎基殛三煎壁塑三盟里茎基三硒醛的剑釜 审一审墨审s e m 一 9 s e s o r r r r h c h 3 x b r c 1 这一方法是以合成苯硒酚的方法为基础的 6 2 6 3 操作如下 在n 2 保护下 将1 2g o 5 m 0 1 镁屑 5 0 m l 无水醚放入1 0 0 0 m l 三颈瓶中 慢慢滴入8 0g 05 m 0 1 溴苯和5 0 m l 无水乙醚的混合物 当格氏反应开始后 加入2 0 0 m l 无水乙醚 溴 苯在3 0m i n 内加完 然后回流3 0m i n 接着加入3 7 9 灰色硒粉 用y 形漏斗加 入 1 5m i n 内 然后再回流3 0m i n 将反应瓶放入冰浴中 滴加1 l8m l 3 5g 溴 控制滴加速度以免发生回流 滴完后 慢慢加入2 68 9n h 4 c i 和8 0m 1h o 的混合液 继续搅拌 倾析出乙醚层 用3 0 m l 3 乙醚洗涤固体 过滤 水浴 蒸出乙醚 蒸去大部分乙醚后 鼓入空气1 0 m i n 加入2 5 0m l 己烷 5 c 下结晶 如果析出的p h s e s e p h 呈红色 由于含有少量无定形硒 则再结晶一次 收集黄 色固体4 3 9 产率5 4 m p6 0 6 2 c 与文献值相符 二一对甲苯联硒的制备方法与二一苯联硒的相似 以对甲基氯苯为原料 经格 氏试剂合成 但在氧化的一步不是用单质溴 而是长时间通入空气 约1 0h 因为溴可能与甲基发生取代反应 产生副产物 得到深棕色固体 m p 4 4 4 6 c 与文献值相符 二三煊墼差基墅壁 笪剑圣l i 勤 1 n a b h 4e t o h a r s e s e a r 一 a r s e r 2 1 r x 图2 2 o5 0g 15 9 m m 0 1 p h s e s e p h 溶解在1 5 m l 无水乙醇中 n 2 保护下加入01 3 5 g 35m m 0 1 n a b h 4 大量气体放出 待反应混合物变为无色时 加入o8 0 9 溴 代正十二烷 3l m m 0 1 回流4 h 反应完毕后用h 2 0 稀释 3 0m lh 2 0 用乙醚 萃取 3 0m 1 有机层用n a 2 c 0 3 溶液洗涤 无水n a 2 s o 干燥 去溶剂 用石油 醚重结晶得乳白色固体0 7 7 9 产率7 6 m p2 2 2 3 c 文献报道它是液体 6 5 可能是因为该物质熔点低若实验者在气温较高的情况下工作 观察到的该化合 物则是液态 取 k b r v c m 1 3 0 4 6 p h h 8 0 9 7 4 1 6 9 7 p h 1 hn m r 7o o 一72 4 m 5 h 2 6 8 t 3 h 1 4 7 m 2 h 1 2 0 0 9 0 m 1 8 h o8 5 t 3 r 9 硒醚2 a a a 的剑备 硒醚2 a 5 a 8 a 的制备方法与以上方法一样 正十二烷基对甲苯基硒醚2 a 由正十二烷基溴和二 对甲苯联硒制得 乳白色 同体 m p2 4 2 5 c 产率7 1 正辛基苯基硒醚3 a 及正辛基对苯基硒醚4 a 由正辛基溴制得 由氯代正丙烷 和氯代异丁烷分别制得了5 a 和8 a 它们都是油状物 产率为6 0 8 0 茎垂茎圣基塑醛笪劁鱼亟 洲乒 k 9 毗c h 2 d 嚣9 吼c h 2 s e p h 首先由苯乙醇的氯代制得d 氯代苯乙烷 6 6 4 0 9 苯乙醇放入4 0 m 无水吡 3 0 啶中 1 5 c 下慢慢滴入1 3 9s 0 2 c l 滴完后搅拌1h 放置过液 然后加到碎冰 中 用乙醚萃取三次 合并乙醚提取液 加入n a h c 0 3 到不再有气体放出为止 用无水硫酸镁干燥 过滤 蒸馏除去乙醚 用d 一氯代苯乙烷为原料 按制备正十 二烷基苯基硒醚1 a 方法制得苯基苯乙基硒醚6 a 黄色油状物 产率约6 0 i 二茎硒垫厦酸2 的型圣 c l c h 2 c h 2 c o o h j 韭坚 旦k c l c h 2 c h 2 c o o n a i j 橐i p h s e c h 2 c h 2 c o o n a 卫 p h s e c h 2 c h 2 c o o h 7 a 图2 4 先取0 9g3 氯丙酸和o5gn a z c 0 3 溶于l om lh 2 0 中 使3 氯丙酸生成相 应的钠盐 此溶液备用 在n 2 保护下 把1 3gp h s e s e p h 与0 3 5gn a b h 4 混合 在5 0m l 混合液中 水和乙醇体积比为2 3 还原反应时有大量气体放出 溶 液变成无色后 倒入以上制备的溶液 加热到8 0 8 5 0 c 微沸状态 反应3h 后 冷却 加入稀盐酸 2 0g 浓盐酸稀释而得 p h 值约为1 2 先用石油醚萃取以 除去未反应完的p h s e s e p h 然后用乙醚萃取 n a 2 s 0 4 干燥 过滤 蒸去溶剂 剩余物用混合液 4 1 石油醚 乙醚 重结晶 得白色片状固体1 5 9 产率6 8 m p 5 8 5 9 c 2 茎硒基主逭2 a 的剑釜 c h 3 c h c h 2 5 0 h 3 o h u e s 叫 吡啶 c h 3 i o h c h 2 5 c h 3 e n a 旦b 量h 曼4 量 g 曼t e o k h c h 3 c c h 2 5 c h 3 0 t s s e p h 9 a 酗2 5 先制备2 辛醇的对甲苯磺酸酯 1 0 0g 仲辛醇溶入4 0m l 无水吡啶中 室 温搅拌下 分次加入1 9 0g 对甲苯磺酰氯 加完后搅拌2 4h 加入乙醚4 0m 1 冰浴下用2n 盐酸洗涤 然后用碳酸氯钠溶液洗涤 用乙醚萃取 无水硫酸镁干 燥 过滤 减压下蒸去溶剂 得到2 辛醇的对甲苯磺酸酯 用2 一辛醇的对甲苯 磺酸酯为原料 按制备1 a 的方法制各9 a 产率约6 0 b 茎硒基巫曼醒的制备 q 墨 粉 10gp h s e s e p h 放入3 0 m l 无水乙醇中 n 2 保护下 加02 7g n a b h 4 反应剧 烈进行 当反应混合物变为无色后 加入o 6 3g 环氧化环己烷 回流3 h 加3 0m i h 2 0 稀释后 用乙醚 3 0 m l x 3 萃取 m g s 0 4 干燥 过滤 蒸去溶剂 用薄层 色谱分离 g f 2 5 4 硅胶 4 1 石油醚 3 0 6 0 c 乙醚 得油状物1 1 9 产率6 7 t r k d 3 r v c m 叫 3 1 5 0 1 0 8 2 o h x7 9 9 7 3 8 6 9 1 p h 丛 5 菱硒基 虞基 工三醮垩壁笪型备丛氢丝 垒 h 旦 k b r c h 2 5 b r 书鬻鼎b r c h 2 5 s e p h 图2 7 o c h 2 5 s e p h 1 l a 制备丁二酰亚胺钾盐待用 2 5 9 丁二酰弧胺溶于2 5 0m l 热的无水乙醇中 然 后倒入冰浴下的k o h 1 4 5g 的乙醇溶液 7 5m 1 溶液中 此混合物在搅拌 下冷却到0 0 c 无色的丁二酸亚胺钾盐晶体析出 过滤收集晶体 石油醚洗涤 3 0 6 0 c 得到的2 5 窟产率7 2 制备5 一溴戊基苯硒醚待用 将3 0g p h s e s e p h 放入6 0 m l 无水乙醇中 n 2 保 护下 一g n a 08 1gn a b t t 4 还原反应发生 放出气体 然后加入1 3gs r c h 2 s b r 回流6h 加h 2 0 稀释 c h c l 3 萃取所得c h c l 3 层用n a 2 c 0 3 溶液 水依次洗涤 m g s o 干燥 去溶剂 减压下蒸去大多数b r c h 2 s b r 剩下的