（有机化学专业论文）2羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究.pdf

2 一羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 中文摘要 本文主要探索了2 一羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成反应中的应用。 1 2 羟基烷基苯基硒醚和伯、仲卤代烃通过d 烷基化反应，然后用3 0 的双氧 水进行氧化消除反应，提供了“两步、一锅法”合成烯基醚的新方法，该方 法反应条件温和，操作简便，产物收率中等到良好( 7 0 8 5 ) 。 2 以2 羟基烷基苯基硒醚和异氰酸酯为原料，通过酯化一氧化环化水解“三步 一锅法合成了嗯唑烷- 2 一酮，反应条件温和，操作简便，产率良好( 7 6 8 5 ) 。 3 2 羟基烷基苯基硒醚和丙烯( 炔) 酰氯在三乙胺存在下发生反应形成相应的 丙烯( 炔) 酸酯，继而用i n c l 3 n a b h 4 进行自由基脱硒关环反应合成了相应 的y 一丁内酯和c c 一亚甲基吖一丁内酯，产物产率中等( 6 5 7 6 ) ，提供了合成3 ，5 - 二取代、3 ，4 ，5 一三取代y 一丁内酯以及3 一亚甲基。5 一取代、3 亚甲基4 ，5 一二取代 r 丁内酯的新方法。 关键词 有机硒试剂；2 羟基烷基苯基硒醚；一锅法；烯基醚，氧化消除反应；嗯 唑烷2 - 酮，酯化反应，环化一水解反应；y 一丁内酯，a 一亚甲基吖一丁内酯，自由基 脱硒关环反应。 2 - 羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 a b s t r a c t i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，a p p l i c a t i o n so f2 b y d r o x y a l k y lp h e n y ls e l e n i d er e a g e n t si n o 玛a j l i cs y n t h e s i sw e r ei n v e s t i g a t e d f i r s t l y ，n y le m e r sw e r ep r 印a r e di 1 1ao n e p o t ，t 、o - s t e pt r a n s f o m a t i o nb y d - a l k y l a t i o nr e a c t i o no f2 - h y d r o x y a l k y lp h e n y ls e l e l l i d e sw i t hp r i m a 巧o rs e c o n d a 巧 。玛a n i ch a l i d e sf 0 1 l o 、v e db yo x i d a t i o n e l i m i n a t i o nw i m30 h y d r o g e np e r o x i d e t h e p r e s e n tm e t h o dh a sa d v a n t a g e ss u c ha sm i l dr e a c t i o nc o n d i t i o n ，e a s ym a n i p u l a t i o n a n dm o d e r a t et og o o dy i e l d ( 7 0 8 5 ) s e c o n d l y ，an o v e lt h r e e 。s t e p ，o n e p o ts y n t h e s i so f2 一o x a z o l i d i n o n e sf b m p h e n y l 2 _ h y d r o x y a l k y ls e l e n i d e sw a sd e v e l o p e d u s i n gt h i sm e t h o d o l o g y ，2 o x a z o l i d i n o n e s a r ep r o d u c e di n9 0 0 d y i e l d s ( 7 6 8 5 ) b yar e a c t i o no fp h e n y l2 h y d r o x y a l k y l s e l e n i d e sw i t hb e l l z o y li s o c y a n a t ea n ds u b s e q u e n t o x i d a t i o n c y c i i z a t i o n ，f 0 1 l o w e d b y h y d r o l y s i sw i mh y d r o c h l o r i ca c i ds o l u t i o n t h ep r o c e d u r ep r o v i d e dac o n v e n i e n ta n d w i l dm e t h o df o rt h ep r e p a r a t i o no f2 o x a z o l i d i n o n ed e r i v “v e s f i n a l l y ，t r e a t m e mo f2 一h y d r o x y a l k y lp h e n y ls e l e n i d e sw i t ha c 巧l o y lc m o r i d eo r p r o p i 0 1 y lc h l o r i d ei nt 1 1 ep r e s e n c eo fe t 3 na 丑f o r d e dt h ec o r r e s p o n d i n ga c r ) r l a t e so r p r o p i 0 1 a t e s ，w h i c hw e r e 如n 王1 e rt r e a t e dw i t l li n c l 3 n a b h 4b yr a d i c a ld e s e l e n a t i o n c y c l i z a t i o nr e a c t i o nt op r o d u c et h ec o l l r e s p o n d i n g 丫- b u t y r o l a c t o n e sa i l d 蹦d m e t h y l e n e 丫。i a c t o n e si nm o d e r a t et og o o dy i e l d s ( 7 5 8 5 ) t h i sp r o c e d u r e 矗r n i s h e dan e w m e t h o d o l o g yf o rp r 印a r a t i o no fs u b s t i t u t e d ( 3 ，5 一d ia n d3 ，4 ，5 t r i ) 7 1 a c t o n e sa 1 1 d s u b s t i t u t e d ( 5 - a n d4 ，5 - d i ) 3 堋e t h y l e n e 吖1 a c t o n e s k e yw o r d s o 唱a n i cs e l e l l i u mr e a g e m ；2 一h y d r o x y a l k y lp h e n y ls e l e n i d e ；o n e p o t ；n y le t h e r ， o x i d a t i o n 。e l i m i n a t i o n r e a c t i o n ； e s t e r i 丘c a t i o n ； c y c l i z a t i o r l 1 1 y d r 0 1 y s i sr e a c t i o n ； 丫b u t y r o l a c t o n e s ，e x o 。m e t h y l e n e 丫- l a c t o n e ，r a d i c a ld e s e l e n a t i o n c y c l i z a t i o nr e a c t i o n 2 一羟基炕基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 第一章前言 元素有机化学和金属有机化学是当代有机化学研究中最为活跃的领域之一。 元素和金属有机化学研究领域的不断拓展使有机反应向条件温和、高产率、高选 择性( 化学选择性、区域选择性、立体选择性和对映选择| 生) 的方向发展。近年 来，由于各种金属有机试剂和元素有机试剂的不断涌现，使得控制碳碳键的形 成和官能团的转化更加简捷有效，为有机化学家提供了许多强有力的手段，丰富 了有机合成方法学的范畴，极大地推动了合成有机化学的发展【l j 。 硒是生命必须的微量元素之一，主要以硒氨基酸和多肽等形式存在于人和 动物的内脏组织和血液中，具有较高免疫功能，能有效地清除自由基，保护骨髓 造血和潜在的抗癌、防衰老等多种作用。如缺少这类硒化合物则引可能会起克山 病，同时也是苯丙酮尿毒症及各种心血管疾病的诱因之一。近年来，有机硒抗肿 瘤药物的发现大大丰富了有机硒化学的研究和应用内容。如近期发现低毒性的芳 硒酚、芳硒腈具有很好的抗癌作用。中国协和医科大学的研究人员对硒酸酯多糖 的抗癌作用也进行了研究，并且确定了其临床应用的价值。另外，硒对慢性乙型 肝炎的治疗具有一定的作用，可以明显改善慢性乙型肝炎病人乏力等症状。对于 前几年出现的s a r s ，硒对其也有很好的预防作用，美国科学家为我们提供的预 防方法( 每天摄入2 0 0 微克的硒) ，被列入六大预防方法之首。 有机硒化合物一个多世纪以前就已发现，如简单的硒醚、二硒醚和有机硒的 氧化物。但由于这些有机硒化合物毒性较大、常具有难闻的气味、有些还不稳定， 使用不方便，阻碍了它的研究和发展。上世纪三十年代，人们发现了硒的毒性和 硒是人体必需从食物中摄取的一种重要的微量元素，从而推动了硒及其化合物的 理化性质和分析检测方法的研究，但当时硒试剂在有机合成中的应用研究还是很 少，如只有二氧化硒和硒粉用于有机合成。自二十世纪七十年代初，随着现代合 成方法及鉴定手段日新月异，不断得发现有机硒化合物具有很多前所不知的独特 性质和生物活性，有机硒化学的研究才引起化学家和生物学家的兴趣，使之进入 了一个快速发展的阶段。人们发现硒碳键的键能较弱，很容易发生异裂而消去， 如经过碳硒键的异裂制备烷烃，更为重要的是，硒醚化合物用过氧化氢即易实 现氧化，进一步发生硒氧化物的顺式消除反应合成烯烃【2 】，从而大大推动了有机 2 一羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 硒试剂在有机合成中应用研究的迅速发展【3 】。 硒与硫同属v 队族元素，但所处周期不同，与有机硫化合物相比，有机硒 化合物具有独自的特点【4 】：( 1 ) 硒形成的。键比硫弱，因此c s e 、o s e 、n s e 键均比硫形成的相应键易于断裂；( 2 ) r s e m ( m = n a 、l i 等) 是有效的亲核试 剂，能与多种软酸反应；而r s e x ( x 为卤素，c n 、0 2 c c f 3 等) 则是有效的亲 电试剂，能与多种软碱反应，即可使有机分子中极易导入含硒基团；( 3 ) 有机硒 化合物的硒原子上易发生亲核进攻，使含硒的基团能迅速离去；( 4 ) 硒原子具有 4 d 空轨道，与硫原子类似，可以形成一稳定的c c 。碳负离子。这些特性使得有机 硒化合物作为一种反应试剂，在有机合成中起着不可缺少的作用。 1 1 有机硒的化学反应【5 】 有机硒试剂具有多种化学反应的性能，包括氧化剂、还原剂、催化剂、亲核 试剂和亲电试剂等，主要涉及的反应有碳碳双键的生成、烯丙基硒氧化物 2 ，3 西格马重排和环官能化等。 1 1 1 碳碳双键地形成6 9 】 一 碳碳双键的生成在有机合成中极为重要，经典的方法是b 消去反应。例如酸 催化醇类脱水，碱引发卤代烷与磺酸酯的消去和季铵盐的霍夫曼消除反应等，这 些方法的最大缺点是缺乏专一性，产物往往是混合物。而含d 。氢的有机硒氧化物 能在室温下的温和条件下进行顺式消去生成各种不同类型的不饱和化合物。该方 法是在母体分子上联接上一个苯硒基( p h s e ) 生成有机硒化合物，而后氧化为 有机硒氧化物，再经过温和而有效裂分成为双键化合物( s c h e m e1 ) 。这样引入 苯硒基或苯硒氧基在合成上就具有与烯烃等价的含义，而且还有良好的立体专一 性。有些外消旋化合物，不管该物r 还是s 型，都能在室温下裂解得到高产率 的顺式消除产物。在实现这一转化之前，苯硒基( p h s e ) 的引入就是一个重要内 容。 硒化 v p h s e + 硒化 p t s e _ o 8 p h 旦x o o 旦x - - i r s e p h 旦r w 晕+ p h2 尘r 形 h 7 o 2 q 、一 x r 2 一羟基炕基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 s c h e m el 1 1 2 硒化反应 硒化反应大致可分为三大类： ( 1 ) 利用亲电性硒试剂的反应，典型的亲电性硒试剂有p h s e b r 、p h s e c l 、 p h s e c n 、p h s e s e p h 等【1 0 1 ，其中应用较早和较广的是卤代芳硒。卤代芳硒作为 一类较强的亲电试剂，可以对含活泼氢的酮、酯、内酯、腈等化合物进行a 位硒 化，使其变为硒化物( s c h e m e2 ) 。 义3 旦生禽求4 氏2 r 4 。f ，e 晶 x y h p h s e c x + r 1 、 x 鲁n 3 y ( 1 ) 3 e ql d a o 丽h c i 8 5 9 0 s e p h 阶”塑非- c h c n r c h 2 c n 互y 话鬲舌百，k 一丫h u n s e p h s c h e m e2 ( 2 ) 利用亲核性硒试剂( 如p h s e m ，m 划a 、“等) 引人苯硒基是常用的方法， p h s e 可以用p h s e s e p h 和n a b h 4 乙醇还原而得，在原位与一些物质发生亲核取 代反应( s c h e m e3 ) 。 o t s 3 c 1 0 h 2 1 c h c o o h j 卵h 甏p 9 8 rt o 入v p h s e e t o h r t c l o h 2 1 竖。o h9 1 s e p h 。 s c h e m e 3 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 2 一羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 是不反应的，需用硒酸酯作为硒试剂才能进行硒化，一般伯醇为佳( s c h e m e4 ) 。 c ，2 h 2 5 。h1 器c ，2 h z s s e a r a r s e c n b u 3 p ，毗啶 o hs e p h s c h e m e4 p h s e 一和不饱和酮和内酯进行m i c h a e l 加成，由于该反应的极佳得率能确保 双键再生，从而可作为羰基共轭双键的保护的潜在方法( s c h e m e5 ) 。 s e 一型岭 氧化裂解 s c h e m e5 环氧化物与阴离子反应能开环生成b 一羟基硒醚，一般只需要室温或回流温度 即可。而位阻较强的环氧化物需要较长的时间回流，才能有较高的收率( s c h e m e 6 ) 。 o 一k 0 7l s 0 2 p h 昭i 寸s 0 2 卧 r p h sb ，巨t o h v r 。t 。2 h r ； 紧k = ho r s c h e m e5 4 p i n e 【5 7 司用类似于w i t t i g 的反应直接由酯等化合物合成( s c h e m e5 5 ) ，反应 中利用化合物【c p 2 t i c h 2 c l a l ( c h 3 ) 2 作为一种有效自复，基化试剂，可以把酯、酮 及酰胺中的羰基直接转化为碳碳双键。 o r 彳 o r l h 2 c c p 2 t l 夕( c h 3 ) 2 c l c h ， ， r c o r l s c h e m e5 5 o s h i m a 等5 7 6 1 利甩叔丁基二甲硅烷基乙烯基醚和烯丙醇在一定条件下反应 制得了烯丙基乙烯基醚化合物( s c h e m e5 6 ) 。 * = 。寻咯h l i 量 盯1 咖寺吖h l i 萨， 一 啪o c “一 娟打 s c h e m e5 6 y u 和j i n 【5 7 。】利用炔基醚在氯仿溶液中低温条件下加卤化氢区域选择性和立 体选择性地合成a 卤代烯基醚( s c h e m e5 7 ) 。 2 1 ! ：垒基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 二二二二二二= = ：! ： t m s k ，m e o h c h 2 c 1 2l o wt e m p e r a t u r e r 1 o r 2 、b 、 c h 3 c n 巳二 s c h e m e5 9 h a j l d e r s o n 和s c l l l a f 【5 9 b l 则报道了一种钯催化下将含单个羟基被丁基保护的 单糖进行乙烯基化的结果。 o 臼拍 b d 穗 剐捌】，氐邑u 葛i = = 茹盏互= 盎盆东互；五皇 0 h 一骞u o h b 秣 o b n 7 0 ，邢霉9 ：1 s c h e m e6 0 t u h s i n 等【6 利用c h 2 c 1 2 一m g - t i c l 4 作用下合成各种烯基醚，如叔丁基醚和 含2 ，5 环己二烯的烯基醚( s c h e m e6 1 ) 。 火 蝴 嘶 ， ，： o o 中 。知 c卅一滤 触 加 ，-lii 聿 r 如一了 f 翌 磊心一6 萝 2 一羟基烷基苯基硒醚试剂在有机合成中的应用研究 s c h e m e6 1 其它的一些合成烯基醚的方法有：汞催化作用下，醇的乙烯基转移制得烯基 醚化合物【6 l 】；由缩醛部分醇的消除及c 【溴代醚的脱h b r 制备相应的醚【6 2 6 3 】；烯 丙基醚的异构反应：炔醚的碳金属化反应【6 5 】；金属联体作用下酯的亚甲基化 反应【6 6 1 。而这些方法大多反应条件苛刻，反应步骤繁杂，难于操作，产率低； 且只能进行少量反应，其它的一些合成方法中则使用了较敏感的反应底物或剧毒 的、较难制得的反应试剂。 鉴于2 羟基烷基苯基硒醚这种双官能团试剂：( 1 ) 制各简单( 环氧化物与 p h s e 阴离子反应能开环生成p 羟基硒醚，一般只需要室温或回流温度即可) ；( 2 ) 苯硒基易于双氧水等氧化剂的作用下通过氧化消除离去而得到含碳碳双键的特 性。我们拟设计如下的方法来合成相应的烯基醚化合物，其反应过程如下 ( s c h e m e6 2 ) 。 h n a h 厂r h f - - - - - - - - - - ，- 1 r 2 r 3 c h x ( 2 ) ph s ：- 洲酽鳖r ，儿洲际3h s 厂、1 r 1 八o c h r 2 r 3 s c h e m e6 2 2 2 “一锅法”合成烯基醚化合物 本文中所用的三中苯基2 羟基烷基硒醚化合物( 1 a ，1 b 和1 c ) 按文献吲的 方法很方便的制得，产率依次为8 4 ，5 3 和9 0 。 我们先用苯基2 羟基2 苯基乙基硒醚( 1 a ) 和烯丙基溴( 2 a ) 在n a i t h f 中反应，1 a 非常容易地发生