1,3-二羰基化合物的碳-氢键活化反应.doc

1,3-二羰基化合物的碳-氢键活化反应1,3-二羰基化合物是一种应用广泛的化学物质。香料工业用于制造食用香精，医药工业用于制造钙抗结剂、降压剂等，也是很多结构复杂的化合物和天然产物的中间体。二羰基化合物由于其独特的结构特性从而具备了多种特殊的化学性质例如作为重要的有机合成中间体用于合成杂环类化合物同时它具有高效的抗菌活性，因而在医学上有着广泛的应用。许多不同的二羰基化合物及其衍生物可以作为合成活性氨基酸的原料因此该结构单元被看成是最基本的医学分子之一，另外，二羰基化合物亚甲基可以与有机硼化物的螯合物相结合以及与许多不同的金属配体相络合因此在合成化学和配位化学中吸引了很多化学家的注意。最近几年，关于碳-氢键的活化一直受到人们的关注，碳氢键是构成有机化合物的最基本化学键之一。通过过渡金属催化剂实现的简单碳氢化合物与碳碳、碳氮和碳氧等多重键的直接碳氢键活化及加成反应是实现相关碳-碳键和碳-杂键构建的最经济、最高效的方法之一。而直接利用碳氢键选择性地官能团化是有机化学家们长期以来追求的目标。由于碳氢键具有较高的键能相对稳定且极性很小等基本结构特征，直接地官能团化遇到的第一个问题就是反应活性很低。另外，同一个有机化合物分子内通常有很多种化学性质不同的碳氢键，如何实现其中的某一类碳氢键的转化而不影响分子中其它的碳氢键和官能团，这就涉及到碳氢键活化过程中的选择性问题!碳氢键活化，就是在一定的条件下，对一种有机化合物中的某一碳氢键反应性增强或切断实现定向化学转化!因此，有机化学家面临的最大挑战是如何活化非活性的碳氢键以及解决其化学转化的选择性问题!如果能够选择性切断非活性的碳氢键，并开发出实用的合成化学新方法、新反应必将为传统的有机合成工业带来一场巨大的变革。1. 1,3二羰基化合物与烯烃的反应 2005年，李朝军课题组报道过1,3-二羰基化合物与苯乙烯分子间加成反应，在该反应中，以金和银作为催化剂，收率为76。反应效果良好1。 之后，三氟甲基磺酸铋，氯化铁2，氯化铟，三氟甲磺酸镓等这些Lewis酸和布朗斯特酸等也被应用到这类反应中。 十二磷钨酸(PWA)，十二磷钼酸(PMA)这类杂多酸(HPAs),经常作为绿色催化剂使用，因其具有工业作用，稳定性，可循环再利用，简单干净的反应过程等优点。此外，近年来，无溶剂反应体系简单，产率高，在现代有机合成化学中越来越受到人们的关注。2008年，有人报道以十二磷钨酸(PWA)为催化剂的无溶剂合成方法3. 由于单质碘便宜易得，在有机合成中的应用越来越广泛，温和的Lewis酸与单质碘共同作用使得单质碘用量更少，作用效果更优异4。2010年，有人报道了在单质碘存在下，1,3-二羰基化合物与苯乙烯的反应,收率为92，当不断变换烯烃的取代基，此反应的收率依然很好，当原料变为1H-茚时，此反应效果仍然很好，因此，可以说这种烯烃与1,3-二羰基化合物分子间作用的合成方法简便有效，产率高，原子利用充分，操作简便，应用前景良好5。2. 1,3二羰基化合物与苄醇的反应具有条件温和，合成简便，产率高等特点的合成方法一直以来都是人们关注和不懈追求的。苄位和烯丙位的碳-氢键断裂能 ( BDE) 较低，且相邻-体系的分子轨道与过渡金属有较强的相互作用，使碳-氢键活化变得相对容易。Li等利用Fe, Cu作为催化剂发展了一系列构建碳-碳键的方法，并提出了直接高效的交叉脱氢偶联（CDC）的概念6a。2008年，报道过以碘单质作为条件的1,3-二羰基化合物和苄醇的反应，在该反应中，仅用了催化量的单质碘，就达到了很高的收率6b。 2010年，刘等人报道了用布朗斯特酸催化反应，在这个反应中，仅仅使用了1mmol的HClO4, 反应温度为70，以甲苯为溶剂，得到了88的收率7；此外，在“绿色化学”概念的不断引领下，催化剂固定液越来越得到人们的关注，因为多相催化剂的使用，使得反应的后续处理，产物的分离纯化变得更简单，同时，也加强了催化剂的回收再利用8，近年来，关于硅胶负载含氯酸模式的催化剂的研究越来越多9,10，刘等人试图将这种方法引入到1,3-二羰基化合物与苯乙烯或者醇类的反应中，并惊喜地发现，与单纯的使用酸做催化剂相比，这种方法效果更好，反应条件温和，以甲苯为溶剂时，得到94的产率，而在不使用溶剂的情况下，产率可达967。曾有人认为H2SO4是不能催化乙酰丙酮和苯乙醇这个反应的发生11。然而，2012年，刘等人报道了H2SO4可以催化使其发生反应，并且在1,2-二氯乙烷做溶剂时是一个高效催化剂，回流时5min即可反应完全，产率为67，再进一步对溶剂进行筛选过程中，发现当CH3NO2为溶剂时，反应产率高达9812。在过去的几年里，双官能团有机催化剂作为新型高效的有机催化剂合成不对称化合物而出现在世人面前13。2012年，有人报道了以硫脲作为催化剂，催化该类反应的发生，产率为9414。这为我们提供了一种新思路，在选择催化剂时，不仅仅局限于金属催化剂，Lewis酸或者布朗斯特酸，有些天然产物亦可为我所用，也许就会有意外之喜。 3. 1,3-二羰基化合物与苯胺的反应 2008年， Peter Langer等人报道了1,3-二羰基化合物与苯胺作用形成环状化合物的反应，环化产物的生成需要依赖于芳香化合物的空间结构和C-C键的形成15。 2011年，Chhanda Mukhopadhyay等人将1,3-二羰基化合物与苯胺及其衍生物通过一锅法合成氮杂环化合物，反应条件温和，收率良好16。 Grob 和 Camenisch首先发现吡咯环可以由二羰基化合物和硝基烯通过分子间环化制得。2013年，Claudio C. Silveira等人希望为此反应寻找一个新的反应体系简单的方法。化学方法中用于电子转移的氧化包括使用高价态的金属盐，Mn(III)、Cu(II)、Ag(I)、Co(in)、V(V)和Fo(m)。在这些盐中，Mn(III)运用最广。这个时候，Ce试剂作为一种合适的单电子氧化剂承担了重要的角色。在此反应中，作者在微波条件下以Ce盐作为催化剂，产率为7517。4. 结论 无论是1,3-二羰基化合物还是碳-氢键的活化在有机合成反应中的意义不可小觑。一般，利用过渡金属，Lewis酸，布朗斯特酸等对碳-氢键进行活化，加之，微波，催化剂固定，无溶剂反应等的运用，使得1,3-二羰基化合物碳-氢键活化的研究已经取得了非常重大的进展。但从以上的介绍来看，大多数反应都只局限于一些特定的体系，离普遍意义上的碳-氢键活化尚有很远距离!这也为我们留下了很大的发展空间开展新反应，而且有很多经验值得我们借鉴!可以预料，碳-氢键活化还会受到化学家们的广泛关注，仍然是有机化学中的热点研究领域。【参考文献】1Yao, X. ; Li, C.-J. J. Org. Chem. 2005, 70, 5752 2Duan, Z.; Xuan, X. J. ; Wu, Y. J . Tetrahedron Lett. 2007, 48, 5157.3X.-L. Wu; G.-W. Wang. Tetrahedron Letters 2008, 49, 5090-5093.4Zhou, Y.; Yan, P. F.; Li, G. M.; Chen, Z. J.Chin. J. Org. Chem.2009, 29, 1719;5J. S. Yadav. Tetrahedron Letters 2010. 51. 2622-2624.6(a)Lin Cao; Zhiping Li; Chao-Jun Li. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6505. (b)W. Rao; Philip W. H. Chan. Tetrahedron Letters. 2008. 49. 122-126.7 Yu Jie Ren; Pei Nian Liu. J. Org. Chem.2010, 75, 15;8 Gu, Y.; Li, G. Adv. Synth. Catal. 2009,351, 817.9 Kumar, R.; Kumar, D.; Chakraborti, A. K. Synthesis. 2007, 299. 10Shaterian, H. R.; Yarahmadi, H.; Ghashang, M. Tetrahedron. 2008,64, 1263.11 Liu, P. N.; Dang, L.; Wang, Q. W.; Zhao, S. L.; Xia, F.; Ren, Y. J.; Gong, X. Q.; Chen, J. Q. J. Org. Chem. 2010, 75, 50175030.12F. X.; Z-L Zhao; P-N Liu. Tetrahedron Letters. 2012. 53. 2828-2832.13 Connon, S. J. Chem. Commun.2008, 44, 2499251014Z. Ma; Jing-chao Tao. Tetrahedron:Asymmetry . 2012 . 23. 443-448.15J.