Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究

Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 扬州大学 硕士学位论文 Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 姓名:史壮志 申请学位级别:硕士 专业:有机化学 指导教师:袁宇;颜朝国 20080501 摘要 过渡金属催化的碳(碳键和碳一杂原子键形成的有机反应是制备生物分 子、药物 以及天然化合物等方面的基础和非常行之有效的方法。铁盐作为一种可选择性且 很有前景的催化剂运用在很多有机转化中，特别是碳(碳键的形成反应中。使用铁 盐做为催化剂的这些反应一般都具有低成本、实用性强、环境友好等优点，并且 这类反应往往非常高效快速，反应条件温和。受此结果引导，我们将研究重点集 中在铁催化的碳一碳键和碳一杂原子键的形成反应上，由此拓展，我们还开发了锰、 铟等便宜的过渡金属参与的一些类似的有机反应。 研究生期间我的研究方向主要分为以下三个部分: 1(锰 ? 催化的邻卤苯甲酰氯和镁试剂的偶联的串联反应。我们发展了一种“一 合成一类酮的方法，在该类酮中苯环上和酰基上的基团是相同的，反锅煮” 应所 需条件比较温和，得到的收率也令人满意。 2(铁 III 催化的口一二酮类化合物的取代和加成反应。我们发现铁催化的p(二 酮类化合物和醇类的取代反应，以及p(二酮类化合物和烯类的加成反应。这两类 反应非常具有原子经济性，并且很好的体现了FeCl3作为催化剂诸多优点。该类反 应作为一种形成c(C键的方法，是非常方便和实用的。 3(铟 III 催化烯类和1，3(二羰基化合物、酚、羧酸、胺的加成反应。我们开发 的一种新型的111C13作为催化剂催化亲核试剂和各种烯的加成反应。该方法提供了 一种运用简单便宜的催化剂发生加成反应，反应过程中生成了新的碳(碳键和碳( 杂原子键。 关键词:偶联反应，串联反应，p(二酮类化合物，碳一杂原子键，碳(碳 键，原子经 济性。 of Chemical C011egeChemist呵andEngineering，Yr锄g加ou ThesisforMaster De伊ee The forthe of reactions StudyLewis―acid―catalyzed f(0rmationofcarbon―carbonand bonds Shi Author:Zhuang―Zhi Yuan Supervisor:Yu Date:May，2008 Abstract forthefomationof reactions carbon 弋arbon Tmsition-metal-catalyzed organic arldcarboll―heteroatombondsfomthebaSisofessential锄d forthe power如 lstrategies of in aIldmaterials preparationimportamcompoundsbiological，ph锄aceutical， sciences(Ironsaltshave asaltematiVeaIld for emerged promisingcatalystsmaIly transfo加ationsduetome oflow organic propeniescost，readily combination、?imme reactionrates er?iro衄entallybeIlign，in exceptionallyhigh obserVedandmildreactionconditions(Weme ofiron in enVisaged catalysts application thereactionsofthef(onnationofcarbon―carbonandcarbon― heteroatombonds(andwe also othertransition―metal reactionsin c删yzedorgaIlic 11igh deVeloped emcienCy( waSfocusedonthreesectionsaSfollows: Myjob 1(Ane蚯cient talldem reactionof MnCl2-ca(talyzed acylation―cross―coupling chloridewinl a haVeshown o-halobenzoyl diorgallylmagnesiu】[IlcompouIlds(We wtlicht11e one-potsynthesisof ortho??o唱anyl arylketones，in o玛anyl o玛 aIlyl鲈oups aretlle in undermildconditions( s锄e，wbjchproceedsgoodyield 2( chloride thesubstitutl觅锄d of additionreactions Iron III catalyzed mis haVe thedirect work，we FeCl3 ‖-dicarbonylcompounds(In deVelopedcatalyzed substimtion inalcohols of?1e and hydroXylgroup p-dicarbonyl additionof toA1kenes(T11isallowsaJl D―dicarbonylcompounds eaSyaIldpractical forthe ofC―Cbolldfomationofme because procedurepu印ose inexpensiVecatalyst 烈ldmildcondition( ofactiVe addition 3(Indium III catalyzed metllylene acidto alkenes(WehaVedemonstrateda hydrDxybenzene，carboxylic simple additionreactionof bondstovariousalkenes indium―salt-catalyzed C-H，N-H，o??H a11 Whjch aIld forcarbo?arbonaIld proVideseaSy praCticaJprocedure carbon―heteroatombondsf-0mation( tandem K吩s:cross―couplingreaction， reaction，伊diketone compouIld， carborl(carbon bonds，carbon‘heteroatombonds，a幻meconomy( 扬州大学硕士学位论文 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明:所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:南L雁幺l 签字日期:u‘ 净莎月,庐 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 导师签名:蓉箬 学位论文作者签名:皂芝鳓夕么 签字日期:城,月f,日 签字日期:训V年万月彤日 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 第一章前言 金属有机化学具有悠久的历史，可以追溯到1760年。当时巴黎的一家军用药 房正在合成一种含砷的药物，这里往往被称为金属有机化学的发源地。1827年第 01 ， 渡金属有机化学近年来发展甚快，尤其是20世纪70年代以来，专著不断出版【l。1 文献数量更是猛增。过渡金属作为催化剂催化的有机反应机理非常复杂，要将其 分类非常困难。但是过渡金属作为催化剂所发挥的作用大体可以分为两种:1(通过 金属的化合价变化催化循环反应。2(利用金属的Lewis酸性质催化反应。 同一类的有机反应可以由不同的过渡金属催化，通过对这些过渡金属进行对 比，可以为其它反应的催化剂筛选提供依据。研究生期间我主要关注了 几类 反应，下列是对这些反应可使用的过渡金属催化剂进行的归类。 第一节Kumada反应 R??x??―尘堕坠 RMgX+R。X。―――二(_三-，R―R-+MgXXR―R-+Mgxx RMgx+ 图1(1Kumada反应 体系催化该类偶联反应取得了良好效果 如图1(2 【151，在此基础上他们又成功地 2 扬州大学硕士学位论文 3,NiCl2 唰，7@ n―c8一+9邺r 蒜等 90, 3,MX2 曼Q堑!:圣:垒坐!璺gi皇Q 皇( Br_ cH2 栅s+@卜MgBr THF，RT，3h @cc九囝 er-cc九囝+ 69, 8, 【Pd acac 2】: 27, 20, NiCl2: 图1(2NiCl2,butadiene体系的K啪ada反应 3,CuCJ2 0(2mmOl1(3一butadiene THF 删„+9忡r mc龇，@ 99, 图1(3cucl2,butadiene体系的K啪ada反应 性的关键【17]。铁盐做为催化剂催化K啪ada反应是一热门研究课，其 优点不言 ,Ral吲 M卿4鼍黑k ?吲一cI+R9 R刨 NMP(RT( 20h 图1(4钯催化的K啪ada反应 化的卤代烃发生偶联反应 如图1(5 ‘1 81，但Grign砌试剂的自偶联现象严 重，直 3 史壮忐:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 ,飞弋 A 蔷MeM啦告1丽五广?Mg町1丽》 Me 图1(5 FeCl3催化的Kumada反应 5,Fe acac 3 RaIkyI―X+BrMg―RaryI RaIkyI―Ra吖I h Et20，refIex，0(5 图1(6 Fe acac 3催化的Kumada反应 Bu in THF:5, ，，一BuMgBr Bu Bu人vcI Fe acac 3 (Bu八?Bu 图1(7NMP促进交义偶联 等还发现锰也可以用于催化该反应，但苯环邻位必须有吸电子基团 如图 1(8 【221。 O R2O R2MgC 10,MnCl2，THF 图1(8锰催化的Kumada反应 由此可见目前能发生K啪ada反应的金属有Ni、Cu、Pd、Fe、Mn等。 4 扬州人学硕士学位论文 第二节Grignard试剂的自偶联反应 自偶联反应是一类重要的形成C(C键的反应，其中以U11m黜反应最为 著名， 已发现的催化剂有Cu【231，Pd【241，Ni四等。我们这里要关注的是最近 比较热门的 CI cl, 1(2equ(v B‘ FeCl3 1(5moI, R? R9? Et20，rI暑f|u× 图1(9铁催化Grignard试剂的自偶联反应 江大学裴文教授研究小组和我们研究小组巧妙地利用该成果开发了铁【2明 如图 1(10 、锰四催化的“一锅煮’’法完成嘶gn莉试剂自偶联反应。对于该反应机 2 or mm01,Fe acac 3Fe DBM 3 RBr R―R 1 mmOI 2 mm。I Mg，THFm YieIds:41-92, 图1(10“一锅煮”铁催化的白偶联反应 理，直到2007年才由Cahiez首次提出，他发现氧气对于该反应的进程起很大促进 作用，为机理提供了有力的依据，证明该反应为氧化自偶联反应 如图1(11 【311。 做催化剂的过渡金属并不多见。 5 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 for TentativeMechanismtheMn-Cata L(C D吖a(r，5,MnCl2??2 RMgX THF，rt，45min R―R4 图1(11锰催化Gri即ard试剂的自偶联反应机理 第三节碳(杂原子键形成的偶联反应 芳基胺、芳基醚、芳基硫醚等广泛存在于具有生理活性的天然和非天然 产物 中，因此对C(N键、C(O键、C(S键形成反应的研究引起人们的广泛重视。 1994 cat(Pd2 dba 3 ArBr+HN R R’――下乏裂争ArN R R toIuene(80。C 图1(12钯催化的C(N键形成的偶联反应 Cat(Pd2 dba 3 Y ^ OR 2(0NaH TOI-BINAP „„( R + or――?二――二?二―-， 1(2R’OH+ R― NaOBu―f NaOBu(f tOIuene(55-70。C 图1(13钯催化的C―o键形成的偶联反应 6 扬州大学硕士学位论文 鱼竺曼!!生!生兰2曼旦? Arx+NuH DMSO。60-80。C Nu:Amides X I(Br lmidazOIes _ 一 L- Phen0Is Thi0Is 图1(14铜催化的C(N键、C(O键、c(s键形成的偶联反应 以铜作为催化剂催化该类碳(杂原子键形成的偶联反应。最近浙江大学包伟良教授 FeCl3 10moI, ArX+尸N、NH坐堕堡旦竺呈!兰2(FN、N―Ar 腻+bNH弋五盖赢吾bN_肿 R9。固 R9。H+g。五羔 “gand ‘Bu、m旧u FeCl3，dmeda o R―SH+Arx―R70,A‘ 35。C NafOBu，toIuene。1 图1(15铁催化的c-N键、c(o键、C(S键形成的偶联反应 7 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 Ni COD 2 dppfOrdppe t0Iuene(950C Y?yx„。R X Br(Cl Y CN。CHO，COPh R f-BU，Me，TBDMS 图1(16镍催化的C(O键形成的偶联反应 下完成生成芳基烷基醚 如图1(16 „以及硫醚【421。 此类反应目前可用的过渡金属为Pd、Ni、Cu、Fe，可以肯定对于该领域的研 究还有很大空间。 第四节Friedel(CraRs反应 的官能化的重要反应，引起人们广泛研究。传统的该类反应是酰卤或卤代烃在当 引起人们广大兴趣。人们首先在镧和锕这两个过渡金属上取得一定突破【43】。2005 。,,穹? 10 mOI,FeCl3 20-80。C 少J+洲 图1(17 Fecl3催化醇的Friedel―crafts反应 8 扬州人学硕士学位论文 10 mOI,FeCl3 20(80。C 妁+匍 图1(18 FeCl3催化烯的Friedel(CraRs反应 ”胪H案R， R2 图1(19 Fecl3催化炔的Friedel(c玎ms反应 反应 如图1(20 ，同年清华大学的华瑞茂教授也发表了类似反应【491。 0(5,Bi OTf 3 OH+ A陀ne SOlVent Arene O(5,Bi OTf 3 +Arene 00。C Cyclehe×ane，1 图1(20铋催化醇和烯的Friedel(cr硪s反应 OH 10mOI,InBr3 +R DCE(r(t( H H 图1(21铟催化醇的Friedel(ClIms反应 9 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 等过渡金属上。 第五节Trost―TSuji反应 Trost―Ts匈i反应是烯丙基醇及其衍生物与具有活泼亚甲基化合物之间的偶联 一„R，uR:鼍o R1?2 图1(22 1’rost-TSuji反应 O O I OH O O nCl3 5moI, R2 Ph,姒Ph+R?R5h 2 toIuene，80?，1 Ph 图1(23铟催化的1’rost―TSuji反应 年日本人Baba报道了铟催化的醇及其衍生物与活泼亚甲基化合物之间直接 形成碳 Bi OTf 3 5moI, Nu oH KPF6 5mol, Ph,?人Ph Ph，，姒Ph+NuH 1，4-diOxane，RT drieme CaS04 Ca巾oxamjdes Nu SuIfonamideS(Ca巾amates，and Ph足+R，姒R:黑鬻 R，舭R: 图1(24铋催化的醇和亲核试剂的反应 10 扬州大学硕士学位论文 I沁enkel【56】几乎同时报道出铋催化的该类反应，当亲核试剂为胺类的 时，反应也 同时报道了三氯化铁作为催化剂催化该类反应 如图1(25 。 O O OH 10,Fecl3 R2 ( g g R +R?R-一R 图1(25铁催化的Trost-TS均i反应 目前报道的该类反应使用的过渡金属盐主要有Pd、Cu、IIl、Fe等。 第六节烯类的加成反应 烯类和亲核试剂的加成反应充分体现了原子经济学的理念【59】，是比 较理想的 O O 5mOI,AuCl3，1 5mOI,AgOTf 叉叉+@p CH2C12，5h，rt O O 1 0mOI,AgOTf 几足+@p DCE O O O O R R2 5mOI,Aucl3，15mOI,AgOTf R八八R: CH2C12，0。C 图1(26Aucl3,AgoTf、AgOTf催化的烯类和伊二酮的加成反 应 11 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 O O 1 O O 0m01,Nj acac 2 鱼:Z里旦!堑?垒fQ婴3 ( diO×ane，50。C，6h 图1(27Ni acac 2?b OTf 3催化炔和伊二酮的分子内加成反 应 OHO 【ReBr CO 3 thf 】2 O o 3(0moI, 儿儿+Ph?H neat，50。C，24h quant O O O O 1(05-5(OequiV 型:虫型里:Q曼:兰里!旦塑( withOutSOlvent tO1 goOd00,yieId 图1(28 Re和In催化炔和伊二酮的分子间加成反应 的活泼亚甲基化合物与烯发生分子间的加成反应的文章 如图1(29 【65】。 最近我 O O O O 30,FeCl3 + JL 儿 86, DCE(800C 图1(29铁催化的烯类和伊二酮的加成反应 12 扬州大学硕士学位论文 们研究小组也发表了一篇铟催化的1，3(二羰基化合物与烯类加成反应的文章‘鲫。 对于胺、醇、酚、羧酸等和烯类的加成也是研究热点【671。我们从文 献得出的 大概结论是能完成烯类与活泼亚甲基化合物的加成反应的催化剂，基本都可以用 H 图1(30 AuCl3,AgOTf催化的扩环反应 善《H+@，n一霎: 和韩国人所媛英利用其AgOTf【691体系都巧妙通过酚的加成形成一个新的五元环。 R cat(AuCl3，AgOTf 囝?R +三 R。―――1广 、 neat 夕, 图1(31 AuCl3,AgOTf催化合成吲哚衍生物 弋 s。?号等?„ 图1(32Ph3P:AuoTf催化的胺氢化反应 13 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 ，s 1 0mOI,FeCl3 DCE，80。C，2h 99, 图1(33铁催化的分子内胺氢化反应 如图1(33 。华南理工大学的黄精美副教授以铟作为催化剂催化胺氢化 反应也取 八 20,lnBr3I,,I,NHTs 92, lJ+TsNH2‘ ,,一 TOIuene(120。C ,, 图1(34铟催化的胺氢化反应 得较好结果 如图1(34 【73】。这些过渡金属和在上节中提到的催化剂很 吻合。 + ――――――――――――。。’二―J、 ? fJ ’f Br罴罟砖目书 ‘。?，80一 95,以Br Br 图1(35钛催化的胺氢化反应 QVR 罩筋篙絮。R 02J舻 HN，s ?,』, +Ar2S02NH2 璺!!里旦! 府?、s嘞产 djphOsphine H 一?@ 瓜胁9 P丫N、s02Ar2 U 图1(36铜催化的胺氢化反应、氧氢化反应 14 扬州大学硕+学位论文 铜催化的O(H【751、N(H四和烯类的加成反应 如图1(36 。 该类反应范围广，能使用的过渡金属也很多，我们归纳近期报道过的过 渡金 属有Au、Ag、Cu、Fe、hl、Ti等。 参考文献: 【1]Wil虹nson，G;Stone，F(GA(;A(;Abel，E(W(CD―妒愆办P刀s 如PC忉玎D聊以砌刀缸 Press，Oxford，1982( @P聊括砂，Pe玛锄on 1982( 【2】山本明夫，有机金属化学，裳华房， 陆熙炎译，郭和夫校，科 山本明夫，有机金属化学一基础与应用，陈惠麟， 1997( 学出版社， [3]CoUman，J(P:;Hegedus，L(S(厅砌c豇，彪s口珂d铆，fc口ffD刀sQ厂 二 ，g口珂D护口，zs订fD，z 980( 姚玉讲C饧P所括幻，，U11iversityBooks，Mill、厂a11ey，Califomia，1 Press，NewY_ork，1974( aIld Hall， [5】Powell，P(nf刀c勿胁矽D御刀聊口细刀纪国P册括砂，2nded(，Ch印mall Landon(1988( 990( Hor、?ood，NewYork，1 [6】Constable，E(C(施胁居口挖d三辔册d尺e口c咖砂，ElIis Dekker，New [7】Schrauzer，GN(7?口珊豇fD，z心细脑砌胁mDg它，2Po淞C口幻咖纽，Marcel York，1971( [8]Pearson，A(J(施幻肋一D御，z配国绷括砂，JohnWiley’NewYork，1985( [9】Haiduc，I(;ZuckeIman，J(J(B口sfcI:7，:g口刀D，”e而g盯fcC办Pm括，砂，Walterde 哪er， Berlin(1985( [1O】Crabtree，R(H(The D御聆DmP细刀纪劬P朋括砂矿砌P乃日珊打f伽心胁旭JollIlWily &Sons，NewY(ork，1988( [11]Chatt，J(;Shaw，B(L(，鳓P所(勋c(1960，1718( 15 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 58( C矗P"z(j妨c(1984，，D瓯1 [1 2002，J24，4222( [17】Frisch，A(C(;Shaikh，N(;Zape C锄P聊(砌t磁2002，4J，4056( 么馏Pw Koclli，J(K(一D强C忍Pm(1975，4D，599( 【19]NagaIlo，T(;HayaShi，T(D强,P纡(2004，6，1297( 3686( 尸“陀如p，P(C忍P聊(1996，船，53( Cahiez，A( 38，b G 【22】a G S(Sull，S(H( Kim，乃护口乃Pc加，2三Pft2005，46，596 2007(247( 1974，J，9，c Fanta，P(E(C办P聊(ReV(1964，64，61 C办P历(，砌t砚 删(1990，29，977( R(othenberg，G;Gitis，D(;Sasson，Y M(;Sllibat如T(;t墩agi，K(跏彪盯2000，1137( 16 扬州大学硕士学位论文 4089，b Colon，I(;Kelsey，D(R(J C抛聊(1995，6D，176( C饧P聊(1978，J46，1 Meullier，B(， 厂I够行D脚Pt Mendez，M(;心ause，H(一彳聊(劬P聊(肋c(2002，，24，1 8( [27]Nagallo，T(;Hayashi，T(D停,P玎(2005，7，491( 【28]Calliez，G;Chaboche，C(;Malluteau―BetzerF(;趾玛M(D曙三P玎(2005，7，1943( [29】xu，X(;Cheng，D(;Pei，W(‖o得劬P聊(1975，7J，6631( 5( [30]Y|uan，Y;Bian，Y仰正l二忉，zD聊口f口正C忍P聊(2008，22，1 【3 13788( F(，彳脚(C办P聊(??Sbc(1995，，J C,P聊((勤D 1995，』J『7，5373( a11d ref(erencescited theI(ein( 17 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 l劬P，咒(2004，69，5578( 0116547，2001( 5607( [37】Lv，X(;Bao，?，(;‖D侈C忍Pm(2007，72，3863( CIlzPm(砌t互兢2007，46，8862( [38】Correa，A(;Bolm，C(彳，2‖w E覆2008，47，586( [39】Bristri，O(;Con(ea，A(;Bolm，C(彳，?gPw(C矗P聊(觑t C忍P聊(砌f(上M 2008，47，2880( [40]Correa，A(;Carril，M(;B01m，C(彳馏口w [41]M锄，G;Hanwig，J(F(，G嘻劬P肌(1997，卯，5413( [42]ZhaIlg，Y;Ngeow，K(C(;?ng，J(YD蟹三P玎，2007，9，3495( 5 I(;TSuchimoto，T(;Hiyama，T(，D停C饧P聊(1997，卯，1 V Hiy锄a，T(，D停C饧P聊(1997，卯，6997(d Sh踟la，G Z 0僻C饧P聊(1999，64，639 H(;Ishii，K(，D停劬P聊(2003，船，9340( 【44]IoVel，I(;Mertins，K(;鼬schel，J(;Z印e 44(3913( l9( [46]Li，R(;?，妇g，S(;Lu，W( jI，髻三口玎(2007，9，22 7( 1 [49】Sun，H(;Li，B(;Hu如R(;Yin，Y;E“r―D侈C忍P聊(2006， 423 【50]Zh觚，Z(;Cui，Y;Liu，H(;死肌z办g加，z,P盯(2006，47，9143( and [51】a PalladiumReagents 995，b 7rS吗i，J(;Min锄i，I(;彳cc CD刀妒馏乃P舢如P 18 扬州大学硕士学位论文 385( 0968( 彳，胛(C场P，胛((SToc(2002，J24，1 4良40 【57】?lan，Y;Shi，Z(4印正。曙册。聊P砌正C忍P垅(2007，2J，958( [58]Kischel，J(;Michal墩，D(;ZapeA(;Beller，M(彳巩$聆砌(C烈2007，2，909( [59】a ’rrost，B(M(??!配fP，zcP 695( Bohle，S(;Li，C(魄三e，，(2005，7，673( 【61]Yao，X(;Li，C(， 7停C办P聊(2005，7D，5752( 85( [62】Gao，Q(;Zheng，B(一F(;Li，J(一H(;Yang，D( 噶三P绒2005，7，21 J29(5264( 157( [65】Duall，Z(;Xuan，X(;Wu，Y乃护如Pd幻以上P玎(2007，48，5 [66]?lan，Y;Shi，Z(J5咖彪仃2007，3219( CI zP加(砌六EZ E(彳明yw 7，373( 2004，3 [68]Nguyen，R(;YiLo，X(;Li，C(t二I，苫三P甜(2006，8，2397( [69】Youn，S(;Eom，J(，魄@硎(2006，7，，6705( 19 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 [70】Zhang，Y;Donahue，J，Li，C( ]I，譬三P仃(2007，9，627( 744( [71】Brouwer，C(;He，C(，彳朋(C办P聊(SDc(2006，45，1 C锄P聊(砌t互混2006，钳，2938( [72】Komeyam巩K(;Morimoto，T(;瞰aki，K(彳甩酽w 15( 【74]Ackenn籼，L(;KaspaLL(;Gschrei，C(《3t蛋,P玎(2004，瓯25 [75】T匆lor，J(;mi锄l，N(;Hii，K(劬P聊(CD所聊甜，2(2005， 5103( [76】1’aylor，J(;?,ttall，N(;Hii，K(D学,P甜(2006，8，3561( 20 扬州大学硕士学位论文 第二章锰 II 催化邻卤苯甲酰氯和镁试剂的偶联的串 联反应 基本反应式: 第一节引言 过渡金属催化的有机金属试剂和有机亲电试剂的偶联反应是形成碳碳 键的一 图2(1四人偶联反应 21 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 作为催化剂催化K啪ada反应【6】，2004年他又发现有机锰试剂能够和邻 位带吸电子 CI O R2 O R2MnCI R1 R1―而i丽石丽 30mint04h 图2(2有机锰试剂和卤代烃的偶联反应 化邻卤苯甲酰氯和镁试剂的串联偶联反应。 第二节实验探讨与结论 2(1反应条件的筛选与优化 最初，我们把目光集中在用过渡金属催化二烷基镁和卤代烃的偶联反应，但 认识到要发生偶联反应二烷基镁是不行的，必须要是实验证明是行不通的。 有 在催化剂的作用下和卤代烃4发生交叉偶联反应生成3 图2(3 。这样就提供了一 种“一锅煮”合成含有取代基的苯基酮的方法。 当量算 和邻卤苯甲酰氯1a反应，筛选各种镁试剂。反应产物除了3a外还伴随 着其他副产物5(8的生成，这些产物与与镁试剂的还原性和亲核性有关。具体解释 如下:酮5的形成是由于生成中间体4后，没有发生Kmnada偶联反应;醇 6的形 22 扬州大学硕士学位论文 Cat +，7??Bu2Mg―? ―一 x由 鼬向 X CI，Br。Icat MnCl2，FeCl3，Fe acac 3 O O CataIyst CI+ R R2Mg 2 3 1 4 图2(3有机锰试剂和卤代烃的偶联反应 成是由于生成5后现场生成的例911ard试剂将其还原【9】，7和8的形成是由于第 络合物2b【10】时，仅得到中等收率的产物3a。使用铜试剂2c丁基镁锂 仅得到酰基 化产物5。使用二丁基镁2d和la能较高产率的得到产物3a，仅仅得到产生少量 副产物。另人兴奋的是，当使用二烷基镁和LiCl络和物2e，得到了最好的结果， J。 RMgCl和LiCl迅速络合产生I蝴gCl2Li络合物【11 偶联反应，我们对催化剂进行筛选，发现使用MnCl2作为催化剂时效果最好， 催化剂。当我们用邻溴苯甲酰氯1b得到产物3a收率为76,、邻碘苯甲酰 氯lc得 到产物3a收率为41,;使用1(溴(2(萘甲酰氯得到产物3b收率为84,; 而使用间 氯苯甲酰氯、间溴苯甲酰氯、对氯苯甲酰氯、对溴苯甲酰氯作为底物时，均 得不 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 23 表2(1? II (催化邻氯苯甲酰氯和镁试剂的偶联串联反应【a1 伽Bu。MX，10,MnCI， + Cl―――二――二_――――――二 Bu THF，-30。C， 1a CI o CI OH 门(Bu+ 门(BU+ 5 6 7 8 of 反应控温-30。c，以THF为溶剂，Mncl2 O(1equiv ，30分钟内滴加刀[a] -Bu。Mx 2(6equiv ，z―Bu 。【b】Gc判断转化率。 到相应的产物 表2(2 。我们可以得出结论: 1 当使用二烷基镁时，邻卤苯甲酰 偶联反应，苯环上的卤素必须在酰基的邻位。 表2(2邻卤苯甲酰氯和二丁基镁的偶联串联反应【a】 O O 1 or1 or1 0,MnCl20,FeCl3 O,Fe acac 3 + n-Bu2Mg‘LiC Cl ，，(Bu U THF，一30。C，0(5h 3 24 扬州大学硕+学位论文 [a】反应控温一30。C，以THF为溶剂，MnCl2 O(1equiV ，30分钟内滴加即一Bu2Mg??LiCl 1(3equiV 。 [b】分离收率。 2(2反应底物的拓展 我们发现当络合物为2i、2k、2l，比使用络合物2f效果好的多，这说明2f的还 21。 原性和亲核性比2i、2k、2l强，导致较多的副产物的产生，这与文献是一致的‘1 25 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 收率最好的具有长链的底物是2i和2k，而具有较大空间位阻的二环戊基镁 2j和具 有直链的二正戊基镁2i相比得到较一般的收率 79, 。 表2(3邻氯苯甲酰氯和二烷基镁的偶联串联反应【a】 cI R !里丝竺堕 cl +R2?(Li THF，一300C，0(5h 1a 2 3 [a]反应控温一30。c，以THF为溶剂，Mncl2 o(1 equiV ，30分钟内滴加二烷基 1(3equiv 。 【b】分离收率。 26 扬州大学硕+学位论文 PrOducI A吖12Mg EIlt巧 YieId , 嗍 CI o Pho Mg??LiCI 2m 2 90 I 1bo 【a]反应控温-30。C，以THF为溶剂，MnCl2 0(1 equiV ，60分钟内滴加二芳基 (0―3(Oequiv 。 2 [b】分离收率。 27 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原予键的形成反应的研究 最后，我们也探讨了该反应体系中二芳基镁和LiCl的络合物 根据文献【131制 各 和邻卤苯甲酰氯反应的情况 表2(4 ，我们发现邻卤苯甲酰氯中苯环上卤素 与使用二烷基镁时的反应活性相反，此时为I Br Cl。由于邻碘苯甲酰氯1c不 稳定，我们使用邻溴苯甲酰氯1b与各种二芳基反应。通过串联偶联反应，我们较 高收率的得到带有联苯结构的产物，该结构化合物广泛存在与配体和药物中。 2(3结论 总之，我们发展了一种“一锅煮”法合成一类酮，该类酮中苯环上和酰基上 的基团是相同的，反应所需条件比较温和，得到的收率也令人满意。这种Mn II 催化的双基团镁和LiCl的络合物和邻卤苯甲酰氯发生的串联偶联反应与使用相应 的二倍量的Grignard试剂相比，更具有原子经济性并且缩短了反应时间。 第三节实验操作 3(1仪器与试剂 仪器:产物熔点是在数字熔点仪上准确测出的。1HNMR和13cNMR使用的 仪器型号为Bmker删ANCE Tensor27 压片，测试仪器型号为Bmker TraCe DSQ。 试剂:THF和1，4(二氧六环绝对无水 心保护下，加热回流，钠除水，二苯 Min Min 。LiCl 无水，99, 、玎??Bu2Mg 1(0THF 、f―PrMgCl 1(O 甲酮作为指示剂 Min 3一氯苯甲酰氯、4(氯苯 甲酰氯、 THF 、胛(BuLi 2(5hexalle 、2(氯苯甲酰氯、 2(溴苯甲酰氯、3(溴苯甲酰氯、4(溴苯甲酰氯、2(碘苯甲酰氯、1(溴(4(甲基苯和1( 溴(4(甲氧基苯购于Alfa O，1 【1 41，甩(Bu3Mg“【151 根据文献制备。 28 扬州大学硕士学位论文 3(2操作步骤 3(2(1有机金属试剂反应的典型步骤 表2(1 加保护下，在10mLSchlenk瓶中，加入MnCl2 0(05 oC。随后，10分钟左右的时间 氯苯甲酰氯 O(5mm01 ，不断搅拌，迅速降温到一30 Min THF，1(3 内缓慢滴加相关有机金属试剂 行一BuMgBr 1(3mL，1(0 , n吼01 Min Min THF’1(3 THF， 0(45 mL，1(0 mL，0(25 ，z-BuCu CN MgBr 1(3 mm01 ,1(8 Min THF，O(65 mL，1(0 mm01 ,n-Bu2Mg‘LiCl 1(30mL，O(50 mm01 ,，2-Bu2Mg 0(65 in M THF，O(65 mL，1 M 淬灭反应，Et20 3×lOmL 萃取，有机层用饱和食盐水洗涤，无水MgS04 干燥，过滤，旋转蒸发干溶剂得到粗产品，粗产品通过GC(MS分析组分。 3(2(2邻卤苯甲酰氯和二烷基发生串联反应的典型步骤 心保护下，在瓶中加入镁屑 44 mmol，2(BuBrin15mL ，z(BuBr溶液 40 THF 。滴加结束后，继续搅拌12小时。所 得灰色刀(BuMgBr溶剂，在心保护下，用导管移入另一瓶中，以除去过量的镁屑， Min mL，1(6 从而得到95(98,的，z(BuMgBr 25 另一干燥的瓶中加入无水LiCl 20mm01 和THF 10mL ，然后将此溶液加入 mL，,10vol,，,1(1 疗(BuMgBr溶液中。搅拌5分钟后，缓缓加入1，4(二氧六环 4 to equivalentsreferringMgCl2 。反应放出放出一定的热，并且产生大量的白色沉淀。 室温下继续搅拌2小时，心保护下，过滤出白色沉淀。最后得到澄清的刀(Bu2Mg??LiCl M。 溶液浓度为O(5 ,保护下，在10 mLSchlenk瓶中，加入MnCl2 O(05 氯苯甲酰氯 O(5mm01 ，不断搅拌，迅速降温到(30oC。随后，10分钟左右的时间 mL，0(5M，O(65 内缓慢滴加甩(Bu2Mg??LiCl 1(3 111]m01 到反应瓶中，反应继续搅拌20 分钟。反应结束后加入HCl 5mL，1M 淬灭反应，Et20 3×10mL 萃耿，有机层用 饱和食盐水洗涤，无水MgS04干燥，过滤，旋转蒸发干溶剂得到粗产品，粗产品 29 史壮志:LeWis酸催化的碳碳键及碳杂原予键的形成反应的研究 通过过柱子提纯 石油醚,乙酸乙酯 。 3(2(3邻卤苯甲酰氯和二芳基发生串联反应的典型步骤 THF， 不 心保护下，在瓶中加入镁屑 110rm01 ，无水LiCl 100mm01 ，50m1 in50mL mmolf(PrBr 断搅拌，然后室温下缓缓加入f(PrBr溶液 100 THF ，滴加结 in M THF 溶液。 in M 心保护下，在f-PrMgBr??LiCl 1(05THF 溶液中加入1-溴一4(甲基苯 25 mm01 ，不断搅拌，然后缓缓滴加1，4(二氧六环 2(5mL ，反应控制在25oC。以十 四烷为物，通过GC判断，跟踪B洲g交换程度，反应完成时间为24小时。 心保护下，在10 mLSchlelll 瓶中，加入MnCl2 0(05 溴苯甲酰氯 O(5 M，1(2 4恤etlloxyphenyl 2Mg??LiCl 3(1mL，0(4 mm01 到反应瓶中，反应搅拌60分 钟。反应结束后加入HCl 5mL，1M 淬灭反应，Et20 3×10mL 萃取，有机层 用饱 和食盐水洗涤，无水MgS04干燥，过滤，旋转蒸发干溶剂得到粗产品，粗产品通 过过柱子提纯 石油醚,乙酸乙酯 。 第四节产物数据 仃(BuO 仃(Bu 1( 2(butylphenyl pentan(1(one(【16】 Acolorless liquid(IR: KBr vma 【2956，2932，2870，2861，1 NMR: 600MHz，CDCl3 67(53 d，， 7(2 2H ，2(87 t，， 7(2Hz，2H ，2(77 t，， 7(8 30 扬州人学硕士学位论文 14(05， 2H ，1(41(1(25 m，4H ，O(96一O(91 m，6H ;13CNMR: 150MHz，CDCl3 6 142(28，205(71;MS: EI，70 117 22 ，91 37 ，77 7 ( 仃(BuO 门(Bu l一 1-butylnaphthalen一2-y1 pentan-1一one( AViscous slightlyyellow 751 cm_;1H NMR: 600MHz，CDCl3 68(14 d，J 8(4Hz，1H ，7(85 d，J 7(8Hz， lH ，7(73 d，， 8(4Hz，1H ，7(58-7(48 m，3H ，3(11 t，， 7(8Hz，2H ，2(92 t，， 7(2 NMR: 150 ，CDCl3 6 MHz calcdfor 268(1 C19H240827;found:268(1830 M’ ( Et 1一 2(ethylphenyl propan(1(one(【17】 Acolorless 754cm叫;1H NMR: 600MHz，CDCl3 67(47 d，， 7(2 7(21―7(16 m，2H ，2(84 q，， 7(2Hz，2H ，2(74 q， 7(2 ?C NMR: 150MHz，CDCl3 6 eV ，九,z 35(33，27(02，16(13，8(47;MS: EI，70 26 ，91 7 ，77 16 ( 31 史壮志:Lewis酸催化的碳碳键及碳杂原子键的形成反应的研究 r 1( 2(propylphenyl butan(1(one(【18】 Acolodess NMR: 600MHz，CDCl3 67(54 d，， 7(2 2H ，2(86 t，， 7(2Hz，2H ，2(76 t，， 7(8 2H ，1(01―0(95 m，6H ;1jCNMR: 150MHz，CDCl3 6 eV 删2 190 M+，3 ，147 100 ，129 38 ，115 6 ，9l 22 ，77 5 ( r 卢Pr 1( 2(isopropylphenyl (2(methylpI―opan(1(one(【19】 Acolorless cm,;1H liquid(IR: KBr v Hz，1 NMR: 600MHz，CDCl3 67(40 d，， 3(6Hz，2H ，7(32 d，了 7(8H ，7(22-7(20 Hz，6H ，1(72 d，， 7(7 Hz，6H ;1jCNMR: 150MHz，CDCl3 6 calcdfor 126(28，125(40，40(23，29(79，24(45，18(50;HRMSC13H180190(1358; f(ouIld: 190(1356 衍 ( 1( 2(pentylphenyl hexan(1(one(【20】 Acolorless 4 689，1466，l 11，753cm。 1;1H liquid(IR: KBr vma 2952，2928，2862，1 NMR: 600 MHz，CDCl3 67(45 d，， 7(8 32