（有机化学专业论文）环氧苯乙烷的催化加成及其产物的手性拆分.pdf

摘要 在利用环氧化合物的开环加成合成b 取代物方面已有较多的研 究 但在催化剂和催化反应的方法上按绿色化学的要求尚需进一步提 高 基于2 一苯基 2 烷氧基乙醇在香料和药物合成中具有潜在的用途 且目前国内已有规模化的环氧苯乙烷生产 本文拟对环氧苯乙烷的催 化开环加成反应作新的探讨 并研究了加成产物的转化和手性拆分 1 研究出用d 7 2 型磺酸树脂催化环氧苯乙烷与甲醇 乙醇 丙醇 异丙醇 正丁醇发q 开环加成反应 合成出了五种有手性碳原 子的2 苯基一2 烷氧基乙醇 并通过红外光谱 质谱 核磁共振谱确 证了系列物的结构 考察了反应条件 催化剂用量 反应物的结构等 因素对反应的影响 反应的转化率高达9 5 以上 选择性达8 5 以 上 反应中醇既是反应物又是溶剂 不需加入新的溶剂 便于产物的 提纯和分离 固体催化剂d 一7 2 型磺酸树脂的催化活性高 稳定性好 可回收重复使用 不污染环境 整个合成过程条件温和 操作简单 对环境友好 是一条理想的绿色合成路线 另外 还考察了环氧苯乙 烷与水 氨的开环加成合成苯乙二醇和2 苯基 2 氨基乙醇的反应 2选择用高锰酸钾作反应的氧化剂 在碱性条件下 可选择氧化 2 苯基 2 烷氧基乙醇 得到2 苯基 2 烷氧基乙酸五种有手性征的化 合物 产物的结构用红外光谱 气 质联用色谱进行了表征 考察了 不同醇以及反应底物 k m n 0 4 n a o h 的配比对氧化反应的影响 3用气相色谱法在全甲基b 环糊精手性固定相上直接拆分环氧苯 乙烷及其加成产物苯乙二醇 2 苯基 2 烷氧基乙醇 环氧苯乙烷 苯乙二醇 2 苯基 2 甲氧基乙醇 2 苯基 2 异丙氧基乙醇四种对映 体获得了基线拆分 考察了温度等条件对分离度的影响 并计算出 对映体的热力学数据 a r s h r s s 等 从热力学角度探讨了 可能的分离机理 关键词 环氧苯乙烷 醇 合成 氧化 对映体拆分 a b s t r a c t e p o x i d e s a r eu s e da ss t a r t i n gm a t e r i a l sa n di n t e r m e d i a t e si no r g a n i c s y n t h e s i s d u et ot h e i rh i g hr e a c t i v i t y e a s ya c c e s sa n db e i n go p e n e du n d e r a v a r i e t yo fc o n d i t i o n s s y n t h e s i so fb s u b s t i t u t e db yr i n go p e n i n go f e p o x i d e sw i t hv a r i o u sn u c l e o p h i l e sw a so f t e n r e p o r t e d i nl i t e r a t u r e s a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l e so fg r e e nc h e m i s t r y t h em e t h o d sa n dc a t a l y s t s i 1 1t h er e a c t i o n sa r en e e d e dt oi m p r o v e 2 p h e n y l 一2 一a t k o x y e t h a n o l m a y b e u s e di nf l a v o r sa n dm e d i c a li n t e r m e d i a t e s a n ds t y r e n eo x i d eh a sb e e n p r o d u c e d i n l a r g e s c a l e i nc h i n a t h i s p a p e rp r e s e n t e d a ne f f i c i e n t m e t h o do f c a t a l y t i cr i n go p e n i n g o f s t y r e n e o x i d ew i t ha l c o h o l s o x i d a t i o no ft h ea d d u c t sa n dc h i r a ls e p a r a t i o no ft h ea d d u c t sh a v eb e e n s t u d i e d t h em a i nr e s u l t sw e r ea sf 0 1 o w s f i v e 2 p h e n y l 2 a l k o x y e t h a n o l sw e r es y n t h e s i z e db ya d d i t i o n s o f s t y r e n e o x i d ea n da l c o h o l s u s i n gs u l f u r i c a c i dr e s i na s c a t a l y s t t h e s t r u c t u r eo ft h e c o m p o u n d sw e r e d e t e r m i n e db yi r m s n m r t h e e f f e c t so fr e a c t i o n t e m p e r a t u r e r e a c t i o nt i m e r a t i o o fr e a c t a n t sa n d a m o u n to fc a t a l y s to nt h er e a c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d c o n v e r s i o no ft h e r e a c t i o nc a nr e a c ho v e r9 5 a n di t s s e l e c t i v i t y c a ng e tt ou p w a r d so f 8 5 a l c o h o l sa r en o to n l yr e a c t a n t sb u ta l s os o l v e n t s w h i c hm a d et h e s e p a r a t i o n a n dp u r i f i c a t i o n g r e a t l y e a s i e r t h e s t a b i l i t y c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l ea n dc h e a p n e s so ft h ec a t a l y s ts u l f u r i ca c i dr e s i nd 一7 2 a n de a s e m a k e u p h i g h l ye f f i c i e n tp r o c e d u r e e s p e c i a l l ye n v i r o n m e n t a l l yb e n i g n o f t h er e a c t i o n s w h i c hm a k et h i sm e t h o da ne x c e l l e n ta n du s e f u lg r e e n s y n t h e t i cr o u t e i na d d i t i o nr i n go p e n i n gs t y r e n eo x i d e sw i t hw a t e ra n d a m m o n i aw e r es t u d i e d i na l k a l i n e c o n d i t i o n s e f f i c i e n t a n ds e l e c t i v eo x i d a t i o no f 2 p h e n y l 一2 一a l k o x y e t h a n o l t ot h e c o r r e s p o n d i n g2 p h e n y l 一2 一a l k o x y i a c e t i c a c i d a k i n do fc h i r a l c o m p o u n d s c a t a l y z e db yp o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e t h eo x i d a t i o n ss m o o t h l y u n d e rm i l dc o n d i t i o n sg i v e c o r r e s p o n d i n gp r o d u c t si nh i g hc o n v e r s i o n t h ee f f e c t so fr a t i oo ft h e s u b s t r a t e s p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ea n ds o d i u mh y d r o x i d eo nt h e o x i d a t i o n sh a v eb e e n d i s c u s s e d c o m p o s i t i o n so f t h ea i m p r o d u c t sw e r e c o n f i r m e d b yi r g c m s s t y r e n e o x i d ea n dt h ea d d u c t sh a v eb e e n s e p a r a t e db yg a s c h r o m a t o g r a p h yw i t hp e r m e t h y l a t e db c y c l o d e x t r i nc h i r a ls t a t i o n a r y p h a s e s t y r e n eo x i d e 2 p h e n y l 一2 m e t h o x y e t h a n o l 2 p h e n y l 2 i s o p r o p o x y e t h a n o l p h e n y l g l y c o l c a nb e b a s e l i n e s e p a r a t e d t h e i n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r e o n e n a n t i o s e l e c t i v i t y w a sd i s c u s s e d m e a n w h i l et h e s e p a r a t i o n m e c h a n i s mw a sd i s c u s s e df r o mt h ev i e w p o i n t o f t h e r m o d y n a m i c s k e y w o r d s s t y r e n eo x i d e s a l c o h o l s y n t h e s i s o x i d a t i o n e n a n t i o m e r i c s e p a r a t i o n 第一章环氧化合物开环在有机合成中的应用 在有机合成中 环氧化合物是一种重要而应用广泛的合成中间 体f 1 环氧化合物易于制备 尤其是光学活性环氧化合物 可通过 s h a r p l e s s 反应f 2 l 生物催化 3 1 等方法合成 由于环氧化合物内三元环 的极性和张力 使其开环容易 反应活性高 能与许多亲电试剂 亲 核试剂 还原剂 氧化剂 酸 碱等物质反应 所以 在有机合成中 环氧化合物被广泛用于 1 利用开环反应将其直接转化为带新官能 团的链状化合物 如环氧化合物和亲核试剂作用生成b 取代物 重排 成羰基化合物等 2 利用其易于制各和开环的特点 用作保护基 3 利用开环反应的立体 区域选择性高的特点 立体 区域选择 性地合成有机化合物 4 以小分子开环反应为基础 合成具有高生 物活性的天然大分子物质 由于环氧化合物在有机合成中的重要性 化学家一直对环氧化合物的反应和方法进行不懈的探索和研究 近年 来许多关于环氧化合物的反应和方法不断被更新 1 1b 取代醇的合成 1 1 1 9 一卤代醇的合成 6 卤代醇是有机合成中的一种重要中间体 被广泛应用到许多重 要的合成反应中 如在卤代的海生自然物质的合成中 b 卤代醇是其 必不可少的原料 b 卤代醇的合成历来都受到广泛的关注 但许多传 统的合成方法都存在着发生副反应 区域选择性差或者反应条件苛 刻 产率不高等缺点 所以一直来化学家不断研究开发反应条件温和 简单高效的新方法来合成b 卤代醇 近几年 这方而的研究取得了很大进展 s h a r g h i 等 4 1 合成了包 合大环吡啶类化合物催化环氧化合物开环高收率地合成了b 一碘代醇 和b 溴代醇 s a b i t h a 等f 5 提出在乙氰中用c e c l 3 或c e c l 3 n a l 使环氧 化合物开环 非常理想地合成了b 一卤代醇 接着s h a r g h i 等 6 又提出 室温下在二氯甲烷溶剂中用苯肼作催化剂合成了一系列1 3 卤代醇 且 反应条件温和 操作简单 b a r t a s y a c o u b o u 掣7 用l i x h o a c 进行了 芳基环氧化合物与芳基卤代醇之间的转化 n i k n a m 等 8 1 合成了 b a b m b 催化剂以及s h a r g h i 等1 9 提出的硫脲 这些催化剂为b 卤代 醇的合成开辟了新的途径 a r j u nr e d d y 等 1 0 第一次用价廉易得的卤 化氢和环氧化合物模仿生物方式 室温下用1 3 c d 作催化剂 高选择 性地合成b 一卤代醇 反应用水作溶剂 整个过程无毒害物质产生 对 环境友好 符合绿色化学的要求 室温下在b m i m p f 6 离子液体中用 t m s c l 催化合成b 卤代醇 1 1 l 又是一条理想的绿色的合成路线 见 s c h e m e1 后两种合成方法的潜在用途正在进一步研究中 r a 詈 夸三 r i 2 h a r o rr 9 7 1 0 0 s c h e m e1 1 1 21 3 烷氧基醇的合成 环氧化合物被醇开环的反应通常是在强酸强碱的条件 1 2 1 4 1 催化 下进行 并生成j 3 烷氧基醇 条件苛刻 影响它的应用 8 0 年代 一种简单易得的催化剂w o e l m 2 0 0 中性铝催化了环氧化合物和醇 醋酸的开环反应 1 5 最近 许多新方法被提出 如利用f e c l 3 1 6 f e c l 3 s i 0 2 1 7 j v b o t f 3 1 8 l c u b f 4 2 n h 2 0 1 9 等催化剂进行了合成 2 b 烷氧基醇的研究 近几年 金属卟啉作为 类路易斯酸催化剂被广 泛运用后 在环氧化合物的亲核开环上也倍受关注 m i r k h a n i 掣2 0 提出的杂多金属氧酸盐 n h 4 8 c e w 0 0 3 6 2 0 h 2 0 是种具有氧化性的 无机卟啉 它不吸水 无毒 易得 稳定且可反复使用的多相催化剂 能更好地使环氧化合物发生醇解 水解 醋酸解 见s c h e m e2 m i r k h a n i 等 2 1 发现缺电子的金属卟啉 s n t p p o t f 2 能使环氧化合 物醇解的产率都高达9 9 这类催化剂对环氧化合物的催化能力和应 用范围在进一步研究中 单电子转移催化剂如 d d q 2 3 一d i c h l o r o 一5 6 一d i c y a n o p b e n z o q u i n o n e t c n e t e t r a c y a n o e l h y l e n e 在这方面效果也不错 2 2 2 4 催化剂b c f s 3 在合成b 烯丙氧基 醇 b 炔丙氧基醇有很好的催化效果 且不影响苯甲基 四氢毗哺基 二甲基叔丁基硅烷基等基团的稳定存在 常见的相转移催化剂 c 4 h 9 4 n h s 0 4 能催化一类含氟环氧化合物与醇开环反应 2 6 1 s c h e m e3 l c e w l 0 0 3 6 l r t o rh e a t r o h 矗 m c e t p r p r b u h a c s c h e m e 2 r c h o r c h 2 0 h r c h o h c h 2 0 r 篡为 r h 丽 c 4 蕊h g a 耐n h s 0 4 c h 3 0 c h 2 c c f 3 洲 o 2 h s c h e m e3 1 1 31 3 氨基醇的合成 有机物分子中有近8 0 的药物或药物中间体都含有氨基宫能团 因此 引入氨基官能团就显得非常重要 在合成化学领域 b 一氨基醇 3 厶 r 被广泛用于氨基酸的合成和手性辅助不对称合成 在医药化学中b 氨基醇同样占有很重要的地位 许多临床上广泛应用的药物 如抗肥 胖药和抗高血压药 中都含有b 氨基醇结构单元 因此 合成b 一氨 基醇成为有机合成中 个极具前景的领域 r a m p a l l i 等1 2 7 利用d i p a t d i i s o p r o p o x y a l u m i n i u mt r i f l u o r o a c e t a t e 取代a i p a l u m i n i u mi s o p r o p o x i d e 作还原剂与环氧化合物反应得到区 域选择性良好的b 氨基醇 c h a n d r a s e k h a r 等1 2 剐在t a c l 5 s i 0 2 存在下 利用环氧化合物与芳胺的立体选择性反应合成了b 一氨基醇 c e p a n e c 等 2 9 提出易于制备的c a o t f 2 c a l c i u mt r i n u o r o m e t h a n e s u l f o n a t e 能与 多种环氧化合物反应合成b 氨基醇 反应范围很大 还有i n b r 3 3 0 1 b i c l 3 3 1 1 c o c l 2 3 2 1 z n c l 2 3 3 l 等在合成b 氨基醇时都有很好的催化效 果 甚至能催化一些位阻大 不活泼的胺与环氧化合物生成b 氨基醇 这些催化剂解决了传统b 氨基醇的合成方法选择性差 条件苛刻 反 应速度慢等缺点 为b 氨基醇合成的多途径提供了思路 随着合成技术的发展 在合成的同时 人们越来越关注化学对环 境的影响 所以 在合成b 氨基醇的领域里 人们也在不断研究开发 对环境友好 绿色 高效的催化剂 c h a k r a b o r t i 等研发的z r c l 4 3 4 1 和 高岭石k1 0 1 3 5 都能高立体和区域选择性地使环氧化合物与胺合成b 氨基醇 s c h e m e4 其反应条件温和 无需溶剂 催化剂可重复利用 污染物少且无副产物 避免了以往使用强酸的腐蚀性 它们是对环境 友好 非常绿色的合成路线 有很大的工业生产前景 k h o d a e i 等 3 6 j 提出的在熔融t b a b t e t r a b u t y l l a m m o n i u mb r o m i d e 离子液体中 用 b i o t f 3 或b i t f a 3 催化合成b 一氨基醇 其最显著的优点是清洁 收 率高 便于操作 催化剂和溶剂都不吸水 便宜 无毒副作用 催化 能力强 应用范围广 是 种很有前途的b 氨基醇合成方法 4 1 1 42 羟基有机氯化磷的合成 2 羟基有机氢化磷是一种兼具亲水官能团和憎水官能团的两性 分子 该类物质可作为设计兼具相转移催化剂和胶束催化剂特性的金 属配合物催化剂的配体 其早期制备方法产率不高 因采用p h 3 而多 带有危险性 因此合成化学家一直在寻找其安全高效的合成方法 a r b u z o v a 等 37 利用膦化钠与环氧化合物反应 合成了2 羟基有机氢 化磷 见s c h e m e5 f o x 等 3 8 1 在d m f 溶液中用氢氧化铯和4 a 活 性分子筛 在氮气保护下催化环氧化合物和r p h r h p 反应生成羟 基有机氢化磷 反应的选择性很高f 见s c h e m e6 0 h m o n t m o r i l l o n i t ek 1 0 1 1 1 兰 竺 i n e a t r r 叭2 t b u o h 尝 蹦 等分 w o h 蔷采磊c s o h r 2 h p l s c h e m e6 1 2 含磷化合物的合成 1 2 1 磷酸脂的合成 由于很多磷酸脂具有生物活性 所以在有机合成中倍受亲睐 5 b a k a l a r z j e z i o r n a 等f 3 9 1 以环氧化合物与磷酰基取代负离子的区域选择 性开环 合成了多功能的磷酸脂 a z i z i 等f 4 0 j 提出在l p d e 1 i t h i u m p e r c h l o r a t ei nd i e t h y le t h e r t m s c l t e i m e t h y l s i l y l 存在下 利用环氧化 合物的高反应活性与三烷基亚磷酸反应 专一性地生成了2 羟基磷酸 脂 其是合成多种a 取代磷酸脂的中间体 见s c h e m e7 尺 舞兰罴 r 丫0 5 一厂丫佣 r 么 面i i 面i r 一 t pofor po or 2 1 2 2 磷脂的合成 磷脂中的磷脂酰胆碱和磷腊酰乙醇胺是细胞膜的主要成分 许多 磷脂都具有广泛的生物活性 如白小板活化激素 p a f 和溶血磷脂 酸 l p a 原有的磷脂合成方法大都涉及衍生化作用或需进行保护 基团的处理 反应步骤多而繁 收率不高 l i n d b e r g 等1 4 1 1 以环氧化合 物区域选择性开环为基础 提出了一种在不需要进行保护基团处理的 条件下 简便而高效的合成了多种重要的磷脂及其类似物 1 2 3 鼬 含磷肉毒碱的合成 近年来 r 肉毒碱在脂肪酸的环氧化和生物代谢途径中 越来越重要 含磷肉毒碱等各种肉毒碱的类似物已相继被合成 含磷 肉毒碱是一种羧酸被磷酰基取代的肉毒碱类似物 w r o b l e w s k i 等1 4 2 1 在j a c o b s e n 对消旋环氧烷磷酸酯的水解动力学拆分的基础上提出了 以环氧烷的拆分及开环为主要步骤的合成含磷肉毒碱的方法 见 s c h e m e8 6 础丫寸警 1 一h o 一 静 p 4 3 e k e t o ib o o e t 1 3v 内酯的合成 丫 螺环内酯是许多生物活性物质中的亚结构单元 在抗痉挛药和 抗癌药中都含有该物质 因此合成y 一螺环内酪进而合成具有生物活性 的药物就成为合成领域的重要课题 s a n t o s 等f 4 3 1 用不同的亲核试剂进 攻环氧化合物 得到了一系列的丫 螺环内酯衍生物 m o v a s s a g h i 等 4 4 1 和m a s l a k 掣4 5 1 提出了另外两种利用环氧化合物 合成1 丁内酯的路线 见s c h e m e9 1 0 八 on l 5 r r 八吖o t n s 警 八 s c h e m e1 0 7 髟 一 胁 y0 以 1 j r i l 1 4 喹喔啉衍生物的合成 喹喔啉衍生物是种重要含氮杂环化合物 在合成中广泛用于合 成各种有用的中间体 它们主要应用在染料 医药以及有机半导体材 料的合成方而 a n t o n i o t t i 等 4 q 用铋和少量添加剂催化环氧化合物与 二氨基衍生物 一锅法合成了单取代或双取代喹喔啉f 见s c h e m e1 1 1 3 h 2 n 0 势 必 瓯铲蕊 s 1 6 哌啶生物碱的合成 哌啶生物碱在自然界分布很广 许多此类化合物具有有趣的生物 活性 以前的几种哌啶生物碱的合成方法大都缺乏通用性 往往只适 用于一种或几种物质的合成 因此需要开发能通过单一而普通的路线 合成多种哌啶生物碱立体异构体的方法 l o f s t e d t 等 4 8 1 提出t n 用环 氧化合物合成顺式或反式二取代哌啶生物碱衍生物的路线 见s c h e m e 1 3 眈v ho h 螺b 芦b 吖弋定 i6 h 此h q j l 魄 职h p 1 7 吡唑衍生物的合成 h 弋一 l 措k 很久以来 毗唑化合物用于制各过渡金属配体化合物 在有机金 属化学和催化化学方面有很大的潜在用途 吡唑环中的一个氮原子容 易被烷基化 使吡唑化合物中易带有两个或更多的 相同或不同的杂 原子 现在 带有功能团的毗唑杂环的配位体化合物引起了化学家的 9 一 兴趣 d u p r e z 等 4 9 用c s 2 c 0 3 催化环氧苯乙烷 环氧乙烷开环 合成 了带有羟基和乙烷基等取代基的毗唑衍生物 1 8 天然产物的合成 环氧化合物可以合成许多天然产物或非天然活性物质 以及它们 的合成中间体 s u b b u r a j 等f 5 0 l 在环氧化合物开环 关环的基础上合成 了带有一系列二环 3 3 o 辛烷结构的化合物 见s c h e m e1 4 1 9 其他应用 1 9 1 环状碳酸酯的合成 环状碳酸酯是重要的有机中间体 是工程塑料的原材料 在生物 医药方面用途广泛 而二氧化碳是有机合成中廉价而丰富的碳源 用 二氧化碳和环氧化合物通过插入反应制备环状碳酸酯 该反应一般需 较高的二氧化碳压力和较高的反应温度 像碱金属盐 铵盐 金属氧 化物等催化活性低 条件苛刻 y a n g 等 5 l 研究了在室温条件下 二 氧化碳与环氧化合物电催化插入合成了环状碳酸酯 p a d d o c k 等 5 2 利 用c o t p p c i i d m a p 催化二氧化碳与环氧化合物立体专一地合成了 环状碳酸酯 条件温和 产率高达9 9 以上 见s c h e m e1 5 1 9 2 二硫醚的合成 二硫醚是合成亲脂性硫代冠醚的中间体 可由环氧化合物与硫醇 在苯基三甲基氢氧化铵 t r i t o nb 催化下发生开环反应生成 亲核 进攻发生在末端碳上 形成单一位置的仲醇 5 3 1 见s c h e m e1 6 1 0 斗争h 叫f n a o h c h c i r l 兰 一s 卜 c j 会一卜器r 卜挚n 砌 攀s 母呱 o 舡 八 1 9 3 重排反应 h 自从发现环氧化合物可以保护双键 并能够控制烯的几何构型以 来 环氧化合物重排形成烯的反应就成了有机合成中一种重要的转化 反应 r i g h i 等 5 4 提出利用金属卤化物与环氧化合物的区域 立体选 择性开环 然后消除形成双键的方法 b r o o k e s 等 5 5 l 利用手性碱二锂 化降麻黄碱的对映选择性 重排环氧化合物生成烯丙基醇 l l 1 9 4b 羟基硫氰酸酯的合成 b 羟基硫氰酸酯是合成硫杂丙环的中间体 由于其不稳定 且以 往少数几种合成方法条件苛刻 所以其合成方法的报道较少 随着有 机金属硫化合物在有机合成的应用越来越重要 因此寻找简单 便捷 高效的方法来合成b 羟基硫氰酸酯 y a d a v 等 5 6 i 在室温下 用 s e l e c t f l u o r t m 催化硫氰酸铵和环氧化合物制备了硫氰酸酯 见s c h e m e 1 7 r 伽坪n 嚣足叭 叫 1 9 5 羟基硝酸盐的合成 l i u 等 5 7 1 用一氧化氮作亲核试剂 在痕量氧气的存在下 利用环 氧化合物开环合成了一种带有新官能团的化合物赤式a 羟基硝酸盐 类化合物 见s c h e m e1 8 其反应的机理在进一步研究中 积之 r 1 r 2 a r y l 瓦n o t r a c e o 2 r 艰 i s o l a t e dy i e l d u pt o9 1 综上所述 环氧化合物可以与亲核试剂 亲电试剂 路易斯酸 还原剂 氧化剂 酸 碱 自由基等试剂发生开环反应 由于具有简 便 高效 立体 区域选择性高等优点 环氧化合物的开环反应在有 1 2 机合成领域越来越重要 在合成化学中的应用范围也随之不断扩大 因此 深入研究这类反应的立体 区域选择性 优化反应条件 简化 反应步骤 提高反应的转化率以及不断扩展其应用范围就为当前有机 化学研究的热点 本论文的构思 鉴于环氧化合物易于制备 反应活性高 能与许多亲电 亲核试 剂反应 我们利用环氧化合物的高立体 区域选择性 用环氧苯乙烷 与多种醇反应 合成一系列带有手性碳原子的2 苯基 2 烷氧基乙醇 考察各种反应条件 因素对反应的影响 2 一苯基 2 一烷氧基乙醇及其氧 化产物2 一苯基 2 烷氧基乙酸是重要的有机中间体 在医药和有机合 成中具有潜在的非常广泛的用途 由它们可合成 系列重要的有机物 如合成2 甲氧基苯乙酸乙酯 是一种重要的医药中间体 然后在碱性 条件下 用高锰酸钾作反应的氧化剂 进 步氧化合成的2 苯基 2 烷氧基乙醇制备2 苯基 2 烷氧基乙酸 并考察各种反应因素对氧化 反应的影响 然后 用气相色谱法在全甲基b 环糊精手性固定相上拆分原料 与合成的2 苯基 2 烷氧基乙醇 考察温度等条件对分离度的影响 并从计算出对映体的热力学数据 r s a h r s s 角度探讨可能 的分离机理 第二章 2 一苯基一2 烷氧基乙醇的合成 及合成产物的氧化 2 1 前言 环氧化合物是有机合成中重要而应用广泛的合成中间体 利用其 开环反应可以合成许多难合成的多官能团化合物 或通过开环和修饰 合成其它环状化合物 也可用其开环反应提供保护基以及立体 区域 选择性地合成各种有机化合物 以往 环氧化合物与醇类开环反应生 成b 烷氧基醇通常是在强酸强碱条件下进行 反应条件苛刻 1 2 1 3 l 且 不符合绿色化学的要求 最近报道了在金属盐 f e c l 3 6 h 2 0 s i 0 2 c e w l 0 0 3 6 出和 s n t p p o t f 2 等催化剂作用下 环氧化合物能被醇解 合成出b 烷氧基醇 1 7 2 0 2 1 5 8 1 选择磺酸树脂催化环氧苯乙烷与醇反应 合成了2 苯基 2 烷氧基乙醇 见s c h e m e1 考察了可回收重复使用 的固体酸磺酸树脂在该反应中的催化作用 合成的2 苯基 2 烷氧基 乙醇将是一种重要的有手性碳原子的有机中间体 在医药和有机合成 中具有潜在的广泛用途 由它们可合成一系列重要的有机物 如合成 2 甲氧基苯乙酸乙酯是一种重要的医药中问体 旷强 剃且萨删 萨一 a r c h 3 b r c h 2 c h 3 c r c h 2 c h 2 c h 3 d r c a 删2 e r l 7 1 2 l 2 c h z c h 3 s c h e m e l 将自制的2 苯基 2 烷氧基乙醇氧化 得到2 苯基一2 一烷氧基乙酸 一类有手性征的有机物 在碱性条件下 用高锰酸钾作反应的氧化剂 1 4 方便价廉 对环境友好 符合发展绿色化学的要求 2 2 实验 2 2 1 仪器与试剂 d f 1 0 1 s 集热式恒温加热磁力搅拌器r 巩义市英峪予华仪器 厂 r e 3 0 0 0 旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂 g c 9 2 0 气相色谱 仪 上海海欣色谱仪器公司 a v a n a 3 7 0 f t i r 傅立叶变换红外光 谱仪 t h e r m oe l e c t r o nc o r p o r a t i o n s a t u r n2 1 0 0 t 气 质联用色谱 仪 v a r i a n 公司 i n o v a 4 0 0 核磁共振仪 v a r i a n 公司 甲醇 乙醇 丙醇 异丙醇 丁醇 无水氯化钙 环己烷 石 油醚 乙醚 乙酸乙酯 高锰酸钾 氢氧化钠 环己烷 盐酸等试剂 均为分析纯 d 7 2 型磺酸树脂 南开大学 环氧苯乙烷 上海嘉 华精细有限公司 2 苯基 2 烷氧基乙醇系列物 自制 2 2 2 反应操作 2 2 2 12 苯基 2 烷氧基乙醇的制备 取6 0 m l 乙醇与3 0 m l 环氧苯乙烷 将乙醇先加入盛有2 4 克磺 酸树脂的2 5 0 m l 的三颈圆底烧瓶中 安装上温度计 球形冷凝管和 磁力搅拌器 边搅拌 边滴加环氧苯乙烷 大约1 0 1 5 分钟加完 再缓慢升温 在5 0 左右回流反应4 小时 反应完毕 过滤分离出 催化剂 减压蒸除未反应完的乙醇 将适量的无水氯化钙加入到得 到的产物中 然后立即用一定量的环己烷浸泡 抽滤 干燥 将得 到的沉淀溶于水 用环己烷萃取 再将环己烷蒸去 获得粗产品 然后用重蒸石油醚 6 0 9 0 乙酸乙酯梯度洗脱柱层析得到纯产 口 日日 用类似的方法合成了其他的2 苯基 2 烷氧基乙醇化合物 并通 过1 hn m r 1 3 cn m r i r g c m s 谱图解析确定了结构 2 2 2 22 z 苯 一2 烷氧基乙酸的制备 将4 克高锰酸钾加入盛6 0 毫升蒸馏水的烧杯中 搅拌使其完 全溶解 再加入1 0 n a o h 溶液1 5 毫升 然后将烧杯置于冰水中 再加入4 克2 苯基 2 乙氧基乙醇 搅拌使其反应 待烧杯中出现大 量的棕色沉淀时 停止反应 将溶液过滤 洗涤 酸化 至滤液p h 值小于7 然后用乙醚萃取 蒸去乙醚 将所得物质溶于5 的n a o h 溶液 用乙醚萃取两或三次 合并水层酸化 用乙醚萃取水层两或 三次 得到粗产物 然后用重蒸石油醚 6 0 9 0 c 乙酸乙酯梯度 洗脱柱层析得到纯度达8 5 9 5 产品 用类似的方法合成了其他的2 苯基 2 烷氧基乙酸化合物 2 2 3 结构分析数据 2 苯基 2 甲氧基乙醇 a 淡黄色粘稠液体 1 hn m r t m s c d c l 3 d 2 3 5 s 1 h 3 2 8 3 2 9 m 1 h 3 2 9 3 3 1 m 1 h 3 3 6 3 6 7 m 3 h 4 3 0 4 3 3 d d 3 4 0h z 1 h 7 2 6 7 3 8 m 5 h cn m r c d c l 3 d 5 6 5 7 6 7 0 5 8 3 9 8 1 2 7 8 2 1 2 8 1 3 1 2 8 2 2 1 3 8 8 3 i r k b r 压片 w c m 3 4 4 0 3 0 2 9 1 6 0 3 1 4 3 9 1 4 5 3 1 0 6 5 7 5 9 7 0 1 g c m sm z 1 5 1 m 1 2 1 2 1 1 0 0 1 0 5 1 6 9 1 2 5 7 7 3 6 2 苯基 2 乙氧基乙醇 b 淡黄色粘稠液体 1 hn m r t m s c d c l 3 d 1 2 0 1 2 4 t j 6 8h z 3 h 2 4 6 s 1 h 3 3 7 3 4 5 m 1 h 3 4 7 3 5 4 m 1 h 3 5 9 3 6 9 m 2 h 4 4 1 n 4 4 4 d d j 4 0 1 6 h z 1 i i 7 2 6 7 3 6 m 5 r t cn m r c d c l 3 d 1 5 2 7 6 4 4 9 6 7 3 8 8 2 6 9 1 2 6 7 3 1 2 8 0 0 1 2 8 4 8 1 3 8 9 2 i r k 1 3 r 压片 v c m 1 3 4 5 0 3 0 3 0 1 5 9 7 1 4 9 2 1 4 5 3 1 0 6 9 7 5 8 7 0 2 g c m sm z 1 6 7 m i 1 6 1 3 5 1 0 0 1 2 1 7 a 9 1 6 7 9 1 8 7 7 1 0 2 一苯基 2 一丙氧基乙醇 c 淡黄色粘稠液体 1 hn m rc r m s c d c l 3 d 0 9 0 0 9 4 c j 7 6h z 3 i i 1 5 7 1 6 6 m 2 i i 2 1 9 s 1 h 3 2 8 3 3 4 m 1 i i 3 3 7 3 4 2 m 1 h 3 5 8 3 6 9 m 2 h 4 3 9 4 4 2 d d j 4 0h z 1 h 7 2 6 7 3 8 m 5 h cn m r c d c l 3 d 1 0 6 1 2 3 0 1 6 7 4 7 7 0 8 2 8 2 7 7 1 2 6 7 6 1 2 7 9 9 1 2 8 4 6 1 3 8 9 4 i r k b r 压片 v c m d 3 4 4 2 3 0 3 0 1 6 0 1 1 4 9 2 1 4 5 3 1 0 6 7 7 5 7 7 0 2 g c m s m z 1 8 1 m 1 3 2 1 4 9 1 0 0 1 2 1 8 4 9 1 1 5 7 9 4 7 7 7 2 3 2 苯基 2 异丙氧基乙醇 d 淡黄色粘稠液体 1 hn m r t m s c d c l 3 d 1 1 2 1 1 3 d 6 0h z 3 h 1 1 9 1 2 0 d j 釜6 0h z 3 h 2 2 6 s i n 3 5 8 3 6 1 m 3 n 4 5 1 4 5 5 d d j 4 4h z 1 x i 7 2 6 7 3 5 m 5 r i 1 3 cn m r c d c l 3 d 2 1 3 0 2 3 4 5 6 7 4 7 6 9 4 9 7 9 8 9 1 2 6 7 6 1 2 7 8 7 1 2 8 4 0 1 3 9 5 9 i r k b r 压片 v c m 1 3 4 4 4 3 0 3 0 1 6 0 5 1 4 9 3 14 5 3 1 0 6 3 7 5 7 7 0 0 g c m sm z a 6 2 m h 2 0 1 1 4 9 3 0 1 2 1 a 5 1 0 7 1 0 0 9 1 1 8 7 9 6 2 7 7 3 2 2 苯基 2 丁氧基乙醇 e 淡黄色粘稠液体 1 hn m r t m s c d c l 3 d 0 8 8 0 9 2 t 7 2h z 3 r i 1 3 4 1 4 3 m 2 h 1 5 4 1 6 2 m 2 r i 2 2 4 s l i i 3 3 1 3 3 7 m 1 n 3 4 1 3 4 6 m 1 聊 3 5 8 n 3 6 8 m 2 i i 4 3 8 4 4 1 d d j 4 0h z 1 i i 7 2 6 7 3 6 m 5 h cn m r c d c l 3 d 1 3 8 8 1 9 3 4 3 1 9 0 6 7 4 7 6 8 9 2 8 2 7 9 1 2 6 7 5 1 2 7 9 9 1 2 8 4 6 1 3 8 9 3 i r k b r 压片 v c m 1 3 4 4 7 3 0 3 0 1 6 0 1 1 4 5 9 1 4 5 2 1 0 6 4 7 5 7 7 0 0 g c m sm z 1 9 3 m l 1 1 7 1 6 3 5 2 1 2 1 1 9 1 0 7 1 0 0 9 1 2 1 7 9 5 5 7 7 2 9 2 苯基一2 一甲氧基l n a 淡黄色固体 i r k 1 3 r 压片 v c m 3 4 0 0 2 9 3 0 1 7 1 4 1 6 1 0 1 5 8 0 1 5 0 0 1 4 5 2 1 3 5 0 1 2 5 3 1 1 1 0 7 5 5 6 9 4 g c m s m z 1 3 5 8 1 2 1 1 0 0 9 1 2 0 7 7 6 4 5 1 2 苯基一2 一乙氧基乙酸 b 淡黄色固体 i r k b r 压片 v c m 1 3 1 5 8 2 9 7 1 1 7 2 6 1 6 1 0 1 5 8 6 1 4 9 4 1 4 4 9 1 4 0 0 1 2 8 4 1 1 1 0 7 5 5 7 0 2 g c m s m z 1 6 3 8 1 3 5 1 0 0 1 0 7 7 4 1 0 5 1 2 7 9 6 8 7 7 3 1 5 1 1 0 4 3 2 8 2 苯基一2 一丙氧基乙酸 c 淡黄色固体 i r k b r 压片 v c m 一 3 1 5 9 2 9 7 1 1 7 1 9 1 6 0 0 1 5 8 0 1 4 9 0 1 4 4 9 1 4 0 0 1 2 8 4 1 1 1 0 7 6 1 7 0 8 g c m sm z 1 9 5 m 1 1 1 8 3 6 1 4 9 1 0 0 1 3 5 1 7 1 0 7 1 5 7 9 1 7 7 7 1 1 2 苯基一2 异丙氧基乙酸 d 淡黄色固体 i r k b r 压片 v c m 1 3 2 0 0 2 9 7 0 1 7 2 0 1 6 0 0 1 5 8 1 1 4 9 4 1 4 5 3 1 3 2 5 1 2 8 0 1 1 6 8 7 6 0 7 0 9 g c m sm z 1 9 5 m 1 2 1 8 3 1 5 1 4 9 1 0 0 1 3 5 8 5 1 0 7 5 6 9 1 1 1 7 9 5 8 7 7 3 5 5 1 1 5 2 苯基 2 丁氧基乙酸 e 淡黄色固体 i r k b r 压片 v c m 1 3 2 0 0 2 9 5 3 1 7 2 1 1 6 0 4 1 5 7 5 1 5 0 0 1 4 4 7 1 4 1 2 1 2 8 4 1 1 0 4 7 5 5 7 0 2 g c m sm z 1 9 1 6 5 1 6 3 9 8 1 3 5 6 1 0 7 1 0 0 9 1 7 7 9 4 1 7 7 1 6 5 7 5 2 3 结果与讨论 2 3 1 反应机理 在磺酸树脂作用下 环氧苯乙烷被质子化 分子中三元环的高 度张力使分子中的c o 键被削弱 较差的离去基团 c h 2 0 烷氧负离 子 转变为较好的离去基团 c h 2 0 h 醇 然后亲核试剂r o h 醇 进 攻中心碳原子 使环氧苯乙烷分子中的c o 键断裂开环 在酸性条 件下 环氧苯乙烷的开环方向主要决定于电子因素 与其空间因素关 系不大 环氧苯乙烷与醇开环的过程中 c 0 键优先在能容纳正电荷 的那个环碳原予 即取代较多的环碳原予 一边断裂 见s c h e m e2 环氧苯乙烷酸性开环是s n 2 类型的反应 掣5 v h 2 一刚5 叼h 2 一刚s 弓 h p r 鲫建 了啦 咄h 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