钯碳催化的酮与伯醇的α-烷基化反应.pdf

2 0 0 9年第 1 7卷 第 2 期 1 6 0 1 6 3 合 成 化 学 C h i n e s e J o u rna l o f S y n t h e t i c C h e mi s t r y V0 1 1 7 2 0 0 9 N o 2 1 6 0 1 6 3 研究论文 钯碳催化的酮与伯醇的 O L 烷基化反应 沈师悦 朱雯芳 卓广澜 浙江理工大学 应用化学系 浙江 杭州3 1 0 0 1 8 摘要 以环己烯为活性氢接受体 l 4 一 二氧六环为溶剂 在 P d C催化下酮可以有效地与伯醇进行 一 烷基化反 应生成偶联酮 产率 4 3 7 8 其结构经 H N MR I R和 MS 表征 提出了可能的催化反应机理 关键词 一 烷基化 氢接受体 钯碳催化剂 酮 伯醇 偶联酮 合成 中图分类号 0 6 2 5 4 2 0 6 1 4 8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 1 5 1 l 2 0 0 9 0 2 0 1 6 0 0 4 Pd C c a t a l y z e d Al k y l a t i o n o f Ke t o n e wi t h Pr i ma r y Al c o h o l S HEN S hi y u e ZHU We n f a n g Z HUO Gu a n g l a n D e p a r t m e n t o f C h e mi s t ry Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 C h i n a Ab s t r a c t C o u p l e d k e t o n e s i n y i e l d o f 4 3 一7 8 w e r e s y n t h e s i z e d b y a l k y l a t i o n o f k e t o n e s wi t h p r i ma r y a l c o h o l s u s i n g P d C a s a c a t a l y s t a n d c y c l o h e x e n e a s a h y d r o g e n a c c e p t o r i n d i o x a n e T h e s t r u c t u r e s w e r e c o n fi r me d b y H NMR I R a n d MS T h e p o s s i b l e r e a c t i o n me c h a n i s m w a s s u g g e s t e d Ke y wo r ds a l k y l a t i o n h y d r o g e n a c c c p t o r p a l l a d i u m c a t a l y s t k e t o n e p r i ma ry a l c o h o l c o u p l e d k e t o n e s y n t h e s i s 以过渡金属为催化剂催化 的酮与醇的 O t 烷 基化反应是一种新的反应体系 与传统的烷基化 方法 通常需要在低温和无水条件下进行 相比 该方法副产物仅为水 反应操作简单 条件温和 是一种绿色环保的方法 近年来 一些研究小组 在该催化剂领域取得了可喜的进展 R i c a r d o M a r t in e z 等 和 C h a n S ik C h o 等 报道钌络合物 R u C I 2 D MS O 4和 R u C 1 P P h 3 3 可 以有效催化 酮与醇的 一 烷基化反应 T a g u c h i 等 也报道了 铱络合物 I r c o d C 1 P P h K O H可作为该反应 的催化体系 M in S e r k K w o n 等 J 贝 0 首先报道了一 种可 以重 复 利 用 的 钯 非 均 相 催 化 剂 P d A I O O H 但其制备复杂 C h a n S i k C h o 等还报道 了用钯碳催化剂可有效在催化该 O t 一 烷基化反应 过渡金属催化酮与醇的 O 一 烷基化反应虽然 具有诸多优势 但在生成 目标产物偶联酮的同时 还生成进一步还原产物偶联醇 因此如何提高反 应的选择性 尽量避免副反应的发生成了近期该 研究的重点 目前文献报道的主要方法是加入活 性氢接受体如十二烯 或癸烯 j 最近我们在实验 中发现环 己烯能作为一种活 性氢接受体有效地提高反应的选择性 为此 本文 报道一种用钯碳 P d C 作为催化剂 加入氢接受 体环己烯 高效催化酮与醇的 烷基化反应的方 法 并以苯乙酮与正丁醇反应合成主产物偶联酮 l a 副产物偶联醇l b S c h e m e 1 为模型进行了反 应条件优化 考察了反应时间 反应温度 碱的种类 以及溶剂环 己烯对 烷基化反应的影响 在最佳 反应条件下 考察了P d C 对一系列不同底物的 一 烷基化反应的影响 提出了可能的催化反应机理 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 2 5 基金项目 国家 自 然科学基金资助项目 2 0 4 7 6 0 9 2 作者简介 沈师悦 1 9 8 5一 男 汉族 浙江湖州人 硕士研究生 主要从事药物合成的研究 通讯联系人 卓广澜 教授 E m a i l z h u o g u a n g l a n 1 6 3 c o m 第2期 沈师悦等 碳催化的酮与伯醇的 一 烷基化反应 1 实验部分 1 1仪 器与试 剂 B r u k e r A v a n e e a v 4 0 0 4 0 0 MH z 型核磁共振 仪 C D C 1 3为溶 剂 T MS为 内标 N i c o l e t A v a t a r 3 7 0型红 外光 谱 仪 S a t u rn 2 2 0 0型 质谱 仪 G C 一 7 9 0 0 F I D 型气相 色 谱仪 色 谱 柱 1 9 0 9 1 J 4 1 3 一 H P 5 0 3 2 m l n 3 0 m 0 2 5 m fi l m t h i c k n e s s 氢 离子火焰检测器 气化室温度 2 3 0 检测室温度 2 5 0 程序升温 初温 1 0 0 o C 恒定 1 m i n 升温 速率 l O m i n 终温2 4 0 保持2 m i n 5 P d C 华东医药股份有限公司 其余所用 试剂均为国产分析纯 1 2合成 在烧瓶 中依次加入苯 乙酮 1 m mo l 正丁醇 2 m mo l 5 P d C 0 0 5 m m o l K O H 3 mm o l 环己烯 4 m m o l 以及 1 4 一 二氧六环 5 m L 剧烈搅拌下于 1 2 0 反应 3 0 h 抽滤 滤液用饱 和 N H C 1 溶液 1 0 m L 洗涤后用乙酸乙酯 3 X 1 0 m L 萃取 合 并有机相 用无水 N a s O 干燥 蒸除溶剂 残余液 经薄层色谱 展开剂 石油醚 乙酸乙酯 1 2 I 分离得 1 a和 1 b 2 结果与讨论 2 1 反 应条 件优化 在各种反应条件下 苯乙酮与正丁醇的 一 烷 基化反应的实验结果见表 1 从表 1可 以看 出 温度 对 一 烷基 化反应 有显著 的影 响 E n y 1一 E n t r y 4 反应温度较高时 1 a 产率也相对较高 当 温度从 1 2 0 升至 1 5 0 o C时 1 a产率不再有明显 的提高 同样地 延长反应时间 1 a 产率也不断升 高 E n t r y 3 E n t r y 6一E n n y 8 但 当反应时 间达 到3 0 h以后产率不再显著上升 说明反应速率较 慢 表 1的实验结果还证实了环 己烯对提高反应 选择性的作用 E n t r y 3 E n t ry 5 不加入氢接受 体环己烯时 1 a的选择性明显下降 反应生成了 较多的1 b 由此说明 环己烯能吸附过量的活性 氢 阻止 1 a 进一步还原为相应的仲醇 1 b 从而 提高了反应的选择性 碱对 一 烷基化反应也具有关键性的作用 E n 町 9 E n t r y 1 0 不加入任何碱时 反应不能 进行 实验结果表明有机碱如三乙胺不能有效地 促使该反应的发生 反应中加人较弱的碱碳酸钾 虽然能使反应发生 但得到 1 a的产率较低 而氢 氧化钾可以很好地促进反应的发生 且 l a的产率 也相对较高 综上所述 苯 乙酮与正丁醇 的 一 烷基化反应 的最佳反 应 条 件 为 苯 乙酮 1 m m o l 正 丁醇 2 m m o l 5 P d C 0 0 5 mm o l K O H 3 mm o l 环己烯 4 mm o l 1 4 一 二氧六环 3 mL 于 1 2 0 o C反应 3 0 h 0 八八OH P d 丽 C O OH l a 1 b 表 1 反应条件对产率和选择性的影响 Ta b l e 1 E 自 e c t o f r e a c t i o n c o n d i t i o n s o n y i e l d a n d s e l e c t i v i t y 苯乙酮 1 m m o l 正丁醇2m mo l 5 P d C 0 0 5 m m o l 碱 3 m m o l 环己烯 4 mm o l 1 4 二氧六环 3 m L 其 余反应条件同 1 2 G C收率 2 2 不 同反应底物的 一 烷基化反应 在最佳反应条件下考察了一系列不同底物的 O l 一 烷基化反应 结果见表 2 从表 2可见 该方法 具有比较广泛的适用性 偶联酮的产率在4 3 7 8 从表2 还 可 以看 出 不管是直链 的还是含 合 成 化 学 V o 1 1 7 2 0 0 9 支链的伯醇 芳酮都可 以比 较容易地发 生 一 烷基 化反 应 生 成偶 联 酮 的 产 率 在 6 6 一 7 8 E n t r y 1 E n t r y 5 而脂肪酮 的反应活性相 对较差 生成 目标产物 的产 率较低 在 4 3 一 6 0 E n t r y 6一E n n y 8 芳酮之所 以反应活性较好的原因可能 是当芳酮在碱的作用下发生 去质子反应生成带负电的离 子时苯环可以较好地稳定该 负离子 使得反应可以更顺 利地进行下去 同时实验结 果表明 只具有亚 甲基位 的 环酮化合物如环戊酮和环己 酮较难 有效 地与 伯醇 发生 一烷基 化反应 可能是偶联 产物较不稳定 在反应过程 中转化为其它副产物 长碳 链 的酮 如 甲基壬基酮 的 一 烷基化反应效果也不是很理 想 反应过程中生成 了较多 的副产物使得目 标产物的分 离 比较困难 在与同一类酮反应时 苄醇比脂肪伯醇具有更好的 反应活性 生成偶 联酮的产 率也较高 原 因可能是当苄 醇在钯催化剂的作用下脱氢 氧化为苯 甲醛时 由于苯 甲 醛本身没有 氢 避免了副 反应即 自身的羟醛缩合反应 的发生 然而脂肪伯醇在脱 氢氧化为相应的醛时一般具 有 0 f一 氢 在碱的作用下可以 发生自身的羟醛缩合反应 从而使产物的产率下降 表 2 不同底物的 d 烷基化反应 T a b l e 2 一 Al k y l a t i o n r e a c t i o n s o f v a r i o u s k e t o n e w i t h p ri ma r y a l c o h o l 酮 1 m mo l 醇 2 m m o l 5 P d C 0 0 5 mm o l K O H 3 m m o l 环己烯 4 m mo l 1 4 二氧六环 3 m L 于 1 2 0 反应 3 0 h 其余同表 1 我们还得出一个反应规律 烷基化反应一 般发生在位阻较小的 一 位 如同时存在甲基和亚 甲基时 反应一般发生在位阻较小的甲基位 1 a H N MR 6 0 9 1 t J 6 4 H z 3 H C H 3 1 3 6 m 4 H C H 2 1 7 4 m 2 H C H2 2 9 6 t J 7 2 H z 2 H C H 2 7 4 5 t J 7 6 H z 2 H A r H 7 5 4 t J 7 2 H z 1 H A r H 7 9 6 d J 8 0 H z 2 H A r H I R l 1 6 S 6 C 0 c m MS m z 1 7 6 M 1 4 1 0 5 1 0 0 2 a H N MR 3 0 7 t 7 6 H z 2 H 第 2期 沈师悦等 碳催化的酮与伯醇的a 一 烷基化反应 一 1 6 3一 C H 2 3 3 1 t J 7 6 Hz 2 H C H 2 7 1 9 7 3 2 m 5 H A r H 7 4 5 t J 7 6 H z 2 H A r H 7 5 5 t J 7 6 H z 1 H A r H 7 9 6 d J 7 6 H z 2 H A m I R 1 6 8 1 C 0 c m M S m z 2 1 0 M 5 2 1 0 5 1 0 0 3 a H N MR 0 9 5 d J 6 0 Hz 6 H C H 3 1 6 o 1 6 8 m 2 H C H 2 2 9 6 t J 7 6 H z 2 H C H 2 7 4 5 t J 7 6 H z 2 H A r H 7 5 4 t J 7 6 H z 1 H A r H 7 9 6 d J 7 2 H z 2 H A r H I R 1 6 8 7 C O c m MS m z 1 7 6 M 4 1 0 5 1 O O 4 a H N MR 0 8 9 d J 6 4 H z 6 H C H 3 1 2 3一1 2 9 m 2 H C H 2 1 5 6 1 6 2 m 1 H C H 1 7 0一1 7 1 m 2 H C H 2 2 9 4 t J 7 6 H z 2 H C H 2 7 4 5 t J 7 6 H z 2 H A r H 7 5 5 t J 7 6 Hz 1 H A r H 7 9 6 d 7 6 H z 2 H A r H I R J 1 6 8 7 C O c m MS re z 1 9 0 M 1 2 1 0 5 1 oo 5 a H N MR 3 0 4 t J 7 6 H z 2 H C H 2 3 2 0 t J 7 6 H z 2 H C H 2 3 8 3 s 3 H O C H 3 6 9 o d J 8 8 H z 2 H A r H 7 1 8 7 2 8 m 5 H A r H 7 9 2 d J 8 8 H z 2 H A r H I R 1 6 7 0 C 0 c m M S m z 2 4 o M 3 9 1 3 5 1 O O 6 a H N MR O 9 1 d J 6 4 H z 6 H C H 3 2 0 7 2 1 7 m 1 H C H 2 2 5 d J 6 8 H z 2 H C H 2 2 7 0 t J 4 0 H z 2 H C H 2 2 8 8 t J 4 0 H z 2 H C H 2 7 1 6 7 1 9 m 3 H A r H 7 2 5 7 2 8 m 2 H A r H I R l 7 1 3 C 0 c m M S m z 1 9 o M 2 9 1 0 5 1 0 0 7 a H N MR6 1 0 3 t J 7 6 H z 3 H C H 3 2 3 9 q J 7 2 H z 2 H C H 2 2 7 1 t J 7 6 H z 2 H C H 2 2 8 9 t J 7 6 H z 2 H C H 2 7 1 6 7 3 3 m 5 H A r H I R z 1 7 1 3 C O c m M S m z 1 6 2 M 5 6 1 0 5 1 0 0 8 a H N MR 0 7 6 O 8 6 m 6 H C H 3 1 1 8 一 1 2 5 m 1 0 H C H 2 I R l 7 1 5 C 0 c m MS m z 1 2 9 M 5 6 1 0 7 3 3 9 4 3 3 7 5 4 4 2 3 催化剂的循环使用 反应结束后 催化剂钯碳经过滤 用无水乙醇 充分洗涤 洗掉吸 附在其 上的有机物和无机盐 后烘干备用 在 同样 的条件下进行催化剂的重复 使用实验 结果见表 3 由表 3可看出催化剂的重 复使用效果不是很理想 前 3次每重复使用一次 后其催化活性大大下降 可能是反应活性成分 P d 的流失引起的 而第 4次重复使用时活性下降相 对较小 表 3 催化剂的重复使用 Ta b l e 3 Re c y c l e e x p e rime n t o f c a t a l y s t 反应条件同表 2 3 结论 在 5 P d C作用下 以价廉易得的环己烯作 为氢接受体可以有效地催化酮与伯醇的 一 烷基化 反应生成偶联的酮 芳酮比较容易与伯醇发生 一 烷基化反应 生成偶联酮的产率在 6 6 7 8 脂肪酮产率稍低 在 4 3 一 6 0 而环酮和长链 脂肪酮基本没有产物 该 方法操 作简便 反应条 件温和 参考文献 Ma r t i n e z R B r a n d G J R a m o n D J e t a 1 R o D M s O 4 C 1 2 c a t a l y z e s t h e a l k y l a t i o n o f k e t o n e s b y al c o h o l s J T e t r a h e d mn L e t t e r s 2 0 0 5 4 6 3 6 8 3 3 6 8 6 Ch o C S Ki m B T Ki m T J e t a Ru t h e n i u m c a t a l y z e d r e g i o s c l e c t i v c o t alk y l a t i o n o f k e t o n e s wi t h p r i ma r