（有机化学专业论文）2α甲氧基苄基取代吡咯的合成、酸催化二聚及亲核取代反应的研究.pdf

摘要 摘要 本文首先合成了三类n 甲基酰基化氨基酸，并以此为原料，合成了不同类 型的吡咯及其衍生物，并对所合成的未知化合物进行了核磁鉴定，红# b n 试及 元素分析。 我们首次研究了在酸性条件下2 - ( a - 甲氧基苄基) 取代类型吡咯的性质，发 现当吡咯环上的位连有吸电子基团时，在酸性条件下比较稳定；但是当为h 或仅有一个供电子基团时，会发生二聚，生成对称的二聚体。首先对于上面的 反应过程我们通过核磁跟踪和气相色谱两种途径确定了甲氧基的离去和甲醇的 生成；然后通过对未知化合物单晶测定及核磁谱图确定了顺反异构二聚体的生 成：最后我们还给出了可能的反应机理。所有未知化合物都做了核磁鉴定，红 外测试及元素分析。 我们还首次研究了2 - ( a - 甲氧基苄基) 取代吡咯与不同类型格氏试剂的反应 性质，同时还和甲基苄基醚及甲基二苯基甲醚与不同格氏试剂反应性质进行比 较，发现其反应效果相当好；同时我们还选取不同溶剂，发现反应溶剂和温度 对反应影响很大。 关键词：吡咯酸催化吡咯二聚格武反应 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h r e et y p e so fn e wn - a c y l - n m e t h y la m i n oa c i d sh a v eb e 锄 s y n t l l e s l s e da n du s e da st h ep r e c u r s o r st o s y n t h e z i sd i f f e r e n tt y p e so fp m l e d e r i v a t i v e s a l lt h ec o m p o u n d ss y n t h e s i z e dw h i c ha r en o t r e p o r t e db e f o r ea r e c h a r a c t e r i z e db yn m r ，i ra n de l e m e n t a la n a l y s i s w eh a v ef i r s ts t u d i e dt h ep r o p e r t i e so f2 - ( a - m e t h o x y b e n z y l ) p y r r o l eo b t a i n e d a b o wma c i dc o n d i t i o n w ef i n d t h a t ，i ft h ef l - p o s i t i o no ft h ep 舯l eh a s 趾 e i e c n - w i t h d r a w i n gg r o u p ，t h ec o m p o u n d sc a l lb es t a b l ei no r g a n i ca c i dc o n d i t i o n s ： h o w e r e r , i ft h el b - p o s i t i o no ft h ep y r r o l eh a sa l le l e c t r o n - d o n a t i n gg r o u p o rh y d r o g 吗 d i m e r i z a t i o nw i l lh a p p e n 1 hn m ra n dg ct e c h n i q u e sa r eu s e d t 0m o i l i t o r 血e d l m e r i z a t i o np r o c e s s e sa n dv e r i f yt h eg e n e r a t i o no fm e t h a n o ld u r i n gt h er e a c t i o n t h es t u c t u r eo fs y m m e t r i c a ld i m m e r i z a t i o np r o d u c t sa lee s t a b l i s h 酣b vn m r a n d x - r a yc r y s t a l l o g r a p h y t h ed i a s t e r o i s o m e r sa r ei s o l a t e da n dc h a r a c t e r i z e db vn m r , i ra n de l e m e n t a la n a l y s i s w eh a v ea l s os t u d i e dt h er e a c t i o no ft h e 2 - ( a - m e t h o x y b e n z y l ) p 皿0 1 ew i m d i f f e r e n tg r i g n a r dr e a g e n t sa n df i n dt h a tt h em e t h o x y lg r o u pi ns o m e o ft h es e l c 删 p y 啪l e sa r eh i g h l yr e a c t i v et o w a r d s g r i g n a r dr e a g e n t s ，a sc o m p a r e dt ob e n z v l m e t h y l e t h e ra n db e n z h y d r y l m e t h y le t h e r f u r t h e r m o r e ，w ef i n dt h er e a c t i o n t e m p e r a t u r eh a sag r e a ti n f l u e n c et ot h er e a l c t i o n k e yw o r d s ：p y r r o l e a c i dc a t a l y s i s d i m e r i z a t i o n g r i g n a r dr e a g e i l tr e a t i o n 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 靴敝= 荔绕 叫年j 1 夕目 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子 版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及 提供本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构 送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年r 其 ；品 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 ，l 指导教师签名：学位论文作者签名： 别、律 1 解密时间：年月日 i 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) 秘密l o 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 机密, k 2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 第一章前言 第一章前言 第一节醚键断裂问题的发现 我们合成了吡咯化合物i ( 2 2 1 1 ) ，当用c d c l 3 鉴定1 hn m r 时，发现溶液 很快变色，而且随着时间的推移，核磁管内逐渐出现白色针状晶体。根据核磁 谱图我们发现有甲醇峰出现，说明醚键甲氧基发生了断裂。初步推测是因稀酸 导致醚键断裂生成甲醇。我们又查阅了大量相关醚键断裂的文献，归纳起来主 要有以下几方面：有机酰氯或酸酐作用下对醚键的断裂；碱金属作用下对醚键 的断裂；l e w i s 酸作用下对醚键的断裂；烷基取代对醚键的断裂；亲核试剂进 攻对醚键的断裂；与金属试剂反应对醚键的断裂；不同的酸作用对醚键的断裂 等。我们主要研究稀酸( 有机弱酸) 作用下对醚键的断裂以及金属试剂对醚键的 断裂两方面，该方面目前还是首次研究报道。但是很多情况下通过醚键断裂， 把醚作为好的离去基团并不被看好，下面我们首先总结酸性作用下类似的二聚 反应。 i ( 2 2 1 1 ) 第二节酸性条件下吡咯类化合物的聚合 毗咯及其衍生物的酸性聚合已被广为研究，应用最广的是利用吡咯化合物 合成卟啉类化合物【1 羽，该类化合物一般主要是以吡咯衍生物和醛为原料，在酸 性条件下，发生四聚而成。但是2 - ( c r - 甲氧基苄基) 取代类型的吡咯目前尚未报 道：此类化合物在酸性条件下，可以发生二聚也未见于文献；以此类二聚体为 母体的化合物也很少报道，只是有些类似报道，但需要在高温下合成【4 - 。而此 类化合物如经过修饰改进，可能在材料方面具有定的应用价值，我们发现与 第一章前言 吡咯性质类似的吲哚类化合物酸性二聚已有报道，下面我们就对该类化合物在 酸性条件下的二聚总结一下。 1 2 1 以苯并三唑为活泼离去基团的二聚 k a t r i t z k y 己对苯并三唑作为活泼离去基团用于有机反应做了详细的报道【8 1 ， 在酸性环境下，苯并三唑很容易形成碳正离子，因而很容易被亲核试剂进攻， 发生反应【9 】。吲哚类化合物1 在l e w i s 酸存在下，比如z n c l 2 ，在c h 2 c 1 2 溶液 中回流很容易生成二聚体。他们还发现当r 2 = a l k y 时，只能生成了二氢吲哚 3 ， 2 ，b 】咔唑类化合物2 ，该化合物在空气中稳定存在，没有进一步芳香化，通过核 磁也证明了没有脱氢的芳香化产物的生成：但是当r 2 = h 时，同样的反应条件 下，生成了中间体3 ，而3 在空气中很快被氧化成芳香化的6 ，1 2 二烷基5 ，1 1 二氢吲哚 3 ，2 ，b 咔唑类化合物4 。而且他们还发现当无r l 烷基取代基时，不 能发生二聚，推测可能是因为该烷基有利于离子稳定和降低碳正离子的活化能。 反应式如下l 1 0 j ： s c h e m e1 1 瓯h 告 r 1 。r 2 。a l k y l r 2 r 2 1 一 z n c l 2 c h 2 c 1 2 r e f l u x 。3h ( r 2 = h ) 3 1 2 2 苄位上带有羟基的吲哚的酸性二聚 2 4 k j n f a ic h e n g 等人1 1 曾报道以n h 保护的铲甲醛基引哚5 为原料，通过 2 第一章前言 h o m e r - w a d s w o r t he m m o n s 反应【12 1 ，生成了对应的烯酯类吲哚6 ，酯再与格氏试 剂反应，生成相应的醇7 ，n a h g 齐脱保护，在c f 3 c o o h 作用下，生成中间体 8 ，中间体8 在空气中不稳定，很快氧化为产物9 。而且二聚体9 已经单晶确定， 中间体8 通过核磁检测证明为一对异构体，很明显这是因为烷基侧链的立体化 学引起的，最终他们还给出了反应机理。反应过程如下： s c h e m e1 2 伞c “ m g b r 2 e t 3 n e t o ) 2 p ( o ) c h 2 c o o e t舛鱼 7b s n a h g h 除了k i n - f a ic h e n g 等人对该类型的吲哚进行了研究，j i m - m i nf a n g 、d a v i d s t c b l a c k 等人也有类似的文献报道【协1 4 1 。吲哚与醛在酸性条件下生成二聚体也 是目前合成这类化合物最常用的方法，该类化合物在生物、医药、材料方面都 有重要的应用15 1 。而我们做的吡咯类衍生物和吲哚可能具有类似的性质，这将 在以后的章节中逐一研究。 第三节通过格氏反应对c o 键断裂的研究 1 3 1 通过c 一0 键的断裂构筑c c 键 c c 键的构筑是化学科学研究领域中最根本、也是最重要的。几个世纪以 来，构筑c c 键的方法已是多种多样，以格氏试剂为反应原料便是其中一种， 比如k u m a d a 偶联法，即用芳基氯与格氏试剂通过n i 催化反应构筑c c 键。 其实通过和格氏试剂反应断裂醚中c o 键构筑c - c 键很早就被l t i t t r i n g h a u s 和 s 萏a f 研究讨论并加以分类过 1 刀，并被应用于合成雌激素【1 8 】，一些特定的天然化 3 第一章前言 合物，如蒂巴因及相关化合物中环氧键的断裂中也起着重要作用【l9 1 。研究还发 现，芳基格氏试剂与s p 2c - - o m e 反应具有很好的选择性【2 0 】，近来z h a n g j i es 1 l i 等人报道了通过n i 催化以苄基醚类( s p 3c - o m e ) 化合物为原料，和格氏试剂通 过k u m a d a 偶联法反应，构建s p 3c 誓键类型化合物【2 1 1 。但是与s p 2c - - o 类型 相比，s p 3c _ o 的活性难以研究，烷基c o 键如果连有好的离去基团，比如o t s ， 在反应中可以表现出很好的活性【2 2 1 ，但是很少有报道s p 3c o 类型醚的不同的 选择性活性，主要是因为( 1 ) 通常s p 3c o 键的断裂键能比较高；( 2 ) s p 3c o 键的断裂具有选择竞争性；( 3 ) 当s p 3c - o 键断裂后，和其他试剂发生反应构 筑c c 键时反应难以控制。z h a n g j i es h i 等人报道的n i 催化法在一定程度上解 决了该方面的问题【2 引。 1 3 2 格氏试剂断裂碳氧键的反应条件 通过格氏试剂来断裂醚键，一般方法是把溶解在格氏试剂中的乙醚抽走， 然后把要断裂的醚加入，反应温度一般控制在1 6 0 2 0 0 之间，反应时间因应反 应物不同而定，一些实验结果如下表： 表1 2 1 苄基醚与格氏试剂反应对照表 e t h e r , r o r g r i g n a r d , h o u r s t e m p ， p r o d u c t s r m g x rr 1 c 6 i - 1 5c h 3c h 3 m g l 82 0 0 r o h ( 8 5 ) 。 2 c 6 h 5c 2 h 5c h 3 m g i l2 3 0 r o h ( 8 5 ) 8 3 c 6 h 5c 6 h 5 c h 2c 2 h 5 m g b r 1 51 8 0 r o h ( 4 9 ) 6 r r ( 5 0 ) 4 c 6 h 5 c 6 h 5 c h 2 n - c 4 h g m g b r 1 6 8 0 r o r r e c o v e r e d ( 9 0 ) 3 5 c 6 h 5c h 2 = c h c h 2n - c 4 h 9 m g c i 5 7 9 r o h ( 7 4 ) 。 6 c 6 h sc h 2 = c h c h 2n - c 4 h 9 m g c l 1 4 0 1 7 r o h ( 4 3 ) o 7 c 6 h 5 c h 2c 6 h 5 c h 2 c h 3 m g i 1 21 6 0 r o h ( 4 0 ) + r r ( 5 5 ) 6 8 c 6 h 5c 6 1 - 1 5c 2 h 5 m g b r 1 9 01 9 0 r o h ( 3 1 ) 6 a ：s i m o n i sa n dr e m m e r t ，b e r ，4 7 ，2 6 9 ( 1 9 1 4 ) b ：s p h t h , m o n a t s h ，3 5 ，3 1 9 ( 1 9 1 4 ) c ： l l t t r i n g h a u s ，s a f , a n dh a u s c h i l d ，b e r ，71 ，16 7 3 ( 19 3 8 ) d ：l i i t t r i n g h a u s ，s i i i ea n g e w c h e m ， 4 第一章前言 5 1 ，9 1 5 ( 1 9 3 8 ) 从上面的表格和文献，很容易发现醚键断裂有下列特点：( a ) 反应速度非常 慢，通常反应温度是在1 6 0 - 2 0 0 c 之间( 苄基烷基醚除外) ；( b ) 碘代格氏试剂通 常比溴( 氯) 代格氏试剂反应更有效冽；( c ) 从上表我们还发现一般没生成预想的 化合物，而是转化为一些副产物。 1 3 3c o 键断裂的机理研究 二芳基醚和烷基芳基醚的断裂机理已被广泛研究【2 5 。3 4 】，目前被普遍接受的 主要有两种解释，如下： 两种路径都是首先形成自由基( e q1 ) 。p a t ha 是生成自由基离子后又发生断 裂( e q2 ) 3 5 , 3 6 ，芳基自由基形成后可以从溶剂中吸收一个氢原子( e q3 ) ，或者进 一步还原成芳基离子而被质子化。p a t hb 是芳基离子自由基进一步被转化为二 价离子( e q4 ) ，接着又断裂成芳基离子和苯氧基离子( e q5 ) t 3 0 a , 3 1 】，然后再质子化 成检测到的产物。最初形成的离子自由基已通过e s r ( 电子自旋共振) 技术检测 至l j 3 1 , 3 6 j ，而且电化学方面也已有证吲，7 1 。 b u n n e t t 等人认为二苯基醚在液氨中通过e q l 和2 发生键断裂 3 8 4 0 1 ，二苯基 醚在液氨中3 3 下，当有丙酮的烯醇离子存在时，用金属钾处理9m i n 便可得 到4 的苯基丙酮和1 0 1 苯基2 丙醇，同时得到大部分的没反应的原料【3 9 , 删， 5 第一章前言 1 苯基2 丙醇的生成被认为是通过s r n l 过程形成的，即该反应的中间体是苯基 自由基和丙酮的烯醇离子，此外从动力学的角度也证明了该反应为s g a , j l 过程， 特别是当反应在有机溶剂中进行时【4 1 | 。 n e i lew o o l s e y 认为二苯基醚键在 n a h m p a 环境下的断裂为自由离子基机理，并且它也适应其它的醚类如二苄基 醚、苄基苯基醚、苄基甲基醚等，他们用三甲基硅基醚对中间体进行了捕捉， 从而用化学方法证明了该理论的正确性【4 2 1 ，该机理也同样适应苄基醚类。 第四节吡咯及其衍生物的合成 吡咯最初是从骨油中分离得到的，也存在于煤焦油中。一百多年来，其合 成方法种类繁多，如可由d 半乳酸糖的铵盐干馏制备。下面就对合成毗咯的主 要方法做个总结。 1 4 1 传统合成方法 1 4 1 1k n o r r 合成法 1 8 8 4 年k l l o r r 4 3 】提出由b 二羰基化合物与氨基酮合成3 ，5 一二甲基2 ，4 二 乙酯基吡咯，此后大量的吡咯二酯都通过此方法大规模的合成。研究者们在此 方法的基础上还做出了很多尝试，如1 9 9 0 年w o o d w a n d 等伽在叶绿素a 的全 合成中，就是在k n o r r 合成法的基础之上，并通过改进该合成法而分别合成了 叶绿素a 、卟啉、和卟酚【4 5 1 的四个吡咯单体的。 1 4 1 2p a a l k n o t t 合成法 当吡咯环上有四个取代基时，这类化合物通常具有抗菌、抗炎、抗痉挛、 抗氧化等特性。这类化合物可通过p a a i k n o r r 法合成。在p a a l k n o n 合成法中 【4 6 】，1 ，4 二羰基化合物在乙醇或乙酸中与n h 3 或伯胺( 铵或烷基铵盐) 反应生 成2 ，5 二取代吡咯，这是很常用的方法，例如己烷2 ，5 二酮和n h 3 反应生成2 ，5 - 二甲基吡咯l o 。 6 第一章前言 s c h e m e1 3 八 飞矿m e n h 3 l m e h o 辕o m e h 凸 - 2 h 2 0 h 2 0 m e 尽m e h - h 2 0 该反应过程首先生成了半缩醛，然后分别消除水分子，经亚胺到毗咯1 0 。 i 4 1 3 h a n t z s c h 和k c n n c r 合成法 h a n t z s c h 合成法 4 7 】是通过萨卤代羰基化合物与伊二酮及氨水或伯胺反应， 分别生成3 烷氧基或3 酰基吡咯衍生物，反应如下： s c h e m e1 4 o i | r i - c 。c h 2 x + , n h 2 r 3 徙 - 2 h 2 0 ，- h x r 1 氐承c o 一0 b 反应的区域选择性取决于起始原料的取代基，但主要生成的是1 ，2 ，3 ，5 四取 代吡咯。 目前，h a n t z s c h 和k n o r r 合成吡咯的方法已有进一步的改进 4 8 】。 k e n n e r 合成法【4 9 】，是以n 对甲苯磺酰甘氨酸和乙烯甲基酮为原料，反应 可得到3 - 取代吡咯2 羧酸酯1 1 。该反应主要是通过m i c h a e l 加成，发生分子内 醇醛缩合，首先生成四氢吡咯- 2 羧酸酯，再通过消除水和磺酸基生成吡咯，反 应过程如下： 7 第一章前言 e 。一 搭r 3 c - 三 喊汜且一狂r 3 c - 一 h b r h c l 1 3 9 】。 3 1 1 5 铵盐断裂醚键的研究 最早发现该反应的是在1 9 1 6 年，k l e m e n c 发现苯胺盐酸盐在1 9 0 下回流， 能够迅速断裂1 ，2 ，3 三甲基苯基醚中的醚键，但是却不与苯甲醚反剧1 4 0 。如果 苯甲醚与吡啶盐酸盐的摩尔比为1 ：3 时，在温度为2 0 0 下反应5 - 6h ，会发生 完全脱甲基化【h 1 1 。 相关总结还很多，这里便不一一列举，这类酸一个类似的特点是为强酸， 很少谈到弱酸，特别是有机弱酸的催化作用，大都是定量或过量的酸作用的反 应。本章中发现一些特殊结构的吡咯中的醚键在催化量的乙酸三氯溶液中，甚 至是普通的三氯溶液，都会发生醚键的断裂反应，可见我们所选择的醚类化合 物对酸具有相当高的反应活性。 3 1 2 核磁跟踪确定c h 3 0 h 的生成 3 1 2 1 化合物2 2 11 在c d c l 3 中的核磁变化跟踪 取7m gn 一甲基- 2 一( 0 【- 甲氧基苄基) 一4 ，5 二苯基吡咯2 2 1 1 ，置于核磁管中， 在不同时间段，进行核磁检测，从下面谱图我们可以发现在刚加入c d c l 3 开始 检测时，化合物2 2 1 1 没有明显的变化，但是1 0m i n 后再测试时，在化学位移 占= 3 4 9 地方出现了一个明显的新峰，我们推测可能为c h 3 0 h ，而且伴随着这 3 6 第三章2 一( 俨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 个新峰的出现，如果以t m s 峰的积分面积为基准的话，原化合物的化学位移j = 5 9 4 ( ! h 一，p y r r o l e ) ，j = 5 3 7 ( 世o m e ) ， 以及6 = 3 4 7 ( - n c h 3 ) ，6 = 3 4 2 ( - o c h 3 ) 的峰的积分面积逐渐减少；而分别在化学位移j = 5 5 3 ，5 4 2 和万= 3 1 4 ， 3 0 7 处出现了四个新峰，同时在核磁谱图的基线附近还有许多小杂质生成。通 过核磁积分我们还发现化学位移为6 = 5 5 3 的峰与化学位移6 = 3 1 4 的峰变化比 例稳定为l ：3 ；于此相同，化学位移6 = 5 4 2 的峰与化学位移6 = 3 0 7 的峰的面 积比也为1 ：3 ；我们推测可能为两个不同的化合物。但是当跟踪到5 0m i n 时， 我们发现原化合物的化学位移6 = 5 9 4 ( - c h ，p y r r o l e ) ，6 = 5 3 7 ( 旦o m e ) ， 以及占= 3 4 7 ( - n c h 3 ) ，占= 3 4 2 ( - o c h 3 ) 的峰的积分面积依然在逐渐减少的同 时，化学位移为6 = 5 5 3 和6 = 3 1 4 峰强度依然为逐渐增加的趋势，但是化学 位移为6 = 5 4 2 和6 = 3 0 7 峰强度却有逐渐减少的趋势，于此同时我们发现跟 踪的核磁管内出现了大量的白色针状晶体，跟踪到l h 5 0 m i n ，该现象已比较明显。 我们推测这可能是该新化合物在c d c l 3 中的溶解度不太好，随着反应的进行， 逐渐达到过饱和，而以晶体的形式析出，从而造成了峰的强度有减少的趋势。 该反应约在8h 或在更长时间变化完全，最后经长时间密封放置后，我们把固 体过滤出来，又做了核磁，发现除了少量杂质外，应为一纯的化合物，而这个 化合物在c d c l 3 中的溶解度很好。我们向核磁管中又加入了极少的c h 3 0 h ( m g 处理) ，再通过核磁检测，发现新加入的g 邑o h 的甲基峰与核磁里出现的化学 位移6 = 3 4 9 峰恰好重合，这在一定程度上证明了我们的推测可能是正确的。 下面为化合物2 2 1 1 核磁跟踪： 3 7 第三章2 一( 萨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 0 0 0 p p m l t 图3 1 刚加入c d c l 3 核磁检测 1 0 0 5 0 0 0 p p m ( t 1 ) 图3 21 0 r a i n 后核磁检测 3 8 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 00 0 p p r n ( t 1 ) 图3 35 0 r a i n 后核磁检测 o 05 00 0 p p m ( t 1 ) 图3 41h5 0 r a i n 后核磁检测 3 9 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 00 0 p p m ( r l l 图3 58 h 后核磁检测 1 0 o5 00 0 p p m ( n ) 图3 6 将核磁中生成的沉淀过滤并长时间密封放置后核磁检测 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 00 0 p p m m i 图3 7 核磁中加入少量c h 3 0 h 后再检测 3 1 2 2 化合物2 2 一1 1 在c f 3 c o o d 的核磁变化跟踪 基于该化合物在c d c l 3 中变质，我们推测可能是酸作用引起的，于是我们 又检测了它在c f 3 c o o d 的变化情况，发现化学位移6 = 3 5 7 ( - o c h 3 ) 的峰强 度在逐渐减少，而在化学位移j = 4 0 2 的位置又出现了一个新峰，可能为c h 3 0 h 峰，在其他区域没有明显的变化，表明只是生成了单一的化合物，与上面的跟 踪比较，我们推测可能主要是因为c f 3 c o o d 为有机强酸，而且也不是催化量的， 可能是直接参与反应所致。总之通过该检测我们进一步确定了c h 3 0 h ( 或者为 c h 3 0 d ) 的生成，同时也确定了该化合物的变化过程是在酸催化条件下进行的。 化合物2 2 - 1 1 ，c f 。c 0 0 d 中核磁跟踪： 4 1 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 毗咯酸性条件下性质的研究 o o5 o p p m ( t 1 ) 图3 8 刚加入c f 3 c o o d 核磁检测 图3 95 r a i n 后核磁检测 4 2 第三章2 一( 铲甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 o5 0 p 肿( t 1 ) 图3 1 05 0 m i n 后核磁检测 图3 1 16 h 后核磁检测 4 3 第三章2 一( 俨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 把化学位移6 = 3 - 4 5 区域放大，可以更明显的看出变化趋势： p 置 枞一l j | l 一一 - 一 九 j | l 1 0 埘u尢 a曼 。 皇 - n 州 一h 一 九 几 2 一 从 。j 。如山。 山。如如 图3 1 2 加入c f 3 c o o d 后核磁跟踪变化趋势 对上述反应样品抽干，分别做了氢谱和碳谱，发现c h 3 0 h 峰消失，说明 了甲醇的生成，但遗憾的是该化合物的结构没有进一步的确定，初步定为生成 相应的三氟乙酸酯，进一步的鉴定将在以后的工作中完成。 化合物2 2 1 1 加c f 3 c o o d 跟踪反应完全后，抽干用c f 3 c o o d 测氢谱： 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 毗咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 , o r a m ( t 1 ) 图3 1 3 加入c f 3 c o o d 测氢谱 化合物2 2 1 1 加c f 3 c o o d 跟踪反应完全后，抽干用c f 3 c o o d 测碳谱： 图3 1 4 加入c f 3 c o o d 测碳谱 4 5 第三章2 一( 俨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 3 1 2 3 化合物2 2 - 1 5 在c d c l 3 核磁的变化跟踪 除了对化合物2 2 1 1 的跟踪，我们还跟踪了n 甲基2 ( 0 【甲氧基苄基) 5 苯基吡咯2 2 1 5 ，取9m g 做核磁跟踪发现该化合物在c d c l 3 的环境下同样发 生变化，在化学位移巧= 3 4 8 的位置出现了新峰，反应完毕后，同样加入c h 3 0 h ( m g 处理) ，发现g 邑o h 的甲基峰与核磁谱图上的化学位移6 = 3 4 8 峰重合， 进一步证明了c h 3 0 h 的生成。该反应与2 2 1 1 的不同之处是反应速度要快的 多，仅仅需要三个小时便反应完毕；其次最终生成的化合物不像2 2 1 5 那么简 单，谱图很乱，这是由于吡咯环上有两个氢基团所致；另一不同之处是该反应 自始至终没有固体生成，反应结束后发现有类似于油状化合物生成，相关研究 正在进行中。该跟踪进一步证明了我们上面的两个推测。 核磁跟踪过程如下： 1 0 o5 00 0 p p m ( t 1 ) 图3 1 5 刚加入c d c l a 核磁检测 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 o 0 5 00 0 p p m ( ) 图3 1 6 5 l i i l 后核磁检测 1 0 05 00 0 p p m ( t 1 ) 图3 1 72 0 m i i l 后核磁检测 4 7 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 0 05 00 0 纠o m ( t 1 ) 图3 1 83 h 后核磁检测( 加入c h 3 0 h 前) 1 0 0 5 00 0 咖( t 1 ) 图3 1 9 加入c h 3 0 h 后核磁检测 第三章2 一( 萨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 3 1 2 4 其他吡咯化合物在c d c l 3 中的核磁变化跟踪 除了对上面几个化合物做了核磁跟踪，还对化合物2 2 1 4 、2 2 1 3 、2 2 1 2 、 2 2 1 7 做了核磁跟踪。对于化合物2 2 1 4 在c d c l 3 中的变化趋势基本与2 2 1 1 相同，这里便不赘述。对于化合物2 2 1 3 、2 2 1 2 、2 2 1 7 即使是长时间放置于 c d c l 3 中，1 hn m r 依然没有变化，考虑可能是酸性强度不够，我们额外加入 少量乙酸，核磁显示依然没有变化。分析可能的原因是化合物2 2 1 2 环上没有 反应位置；其次是吡咯环上的两个强的酯基吸电子基团导致了即使在酸催化条 件下也不利于反应的中间体碳正离子的存在；而对于化合物2 2 1 3 虽然吡咯环 上有可进攻的位置，但是因为强的酯基吸电子基团的存在也不利于中间体碳正 离子的稳定存在；对于化合物2 2 1 7 没有反应主要是因为吡咯a 支链的苄位上 根本就没有活泼的离去基团存在。 3 1 3 气相色谱检测甲醇的生成 为了进一步检测溶液中有甲醇生成，我们又通过气相色谱( g c ) 来验证。 首先我们将5 0 m 9 2 2 1 5 晶体置于核磁管内，然后加入0 5m lc d c l 3 ，密封保存， 置于冰箱中，长时间放置( 约3 天) ，通过点板跟踪，以确保反应完全；另外再 取约1m lc d c l 3 ，用细针头沾取处理过的甲醇与c d c l 3 混合。通过g c 我们发 现所配标样溶液在保留时间为5 1 4 9m i n 为c d c l 3 峰，而核磁管中样品的c d c l 3 保留时间为5 2 0 5m i n ；所配标样溶液的c h 3 0 h 出峰保留时间为3 7 6 4m i n , 而核 磁管中反应样品在3 7 6 2m i n 有个峰，我们认为它便是c h 3 0 h 峰。理论上我们 认为在测两个样时只要柱温、检测温度及进样温度都没变，而且隔垫也没问题， 应该保留时间相同。保留时间没能完全重合我们认为可能主要有下面几种原因： 首先是因为甲醇在氘代氯仿中的含量差距比较大所致；其次，由于是手动进样， 也极易造成出峰时间上的微弱变化；此外也可能是每天的大量检测，进针污染 所致。但是通过g c 我们还是确定了甲醇的生成。下面为气相色谱检测的的标 样谱图和核磁谱图。 4 9 第三章2 一( a 一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 图3 2 0 所配的c h 3 0 h 的c d c i 捕液 图32 1 核磁管内滤液 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 毗咯酸性条件下性质的研究 314 反应产物结构的确定 我们分别对化合物22 - 1 1 和2 2 - 1 4 做了酸性条件下的放大实验。在无水无 氧条件下用普通c d c l 3 做反应的溶剂和催化剂，反应过程通过t i c 点板跟踪， 以确定反应完全，对化台物22 1 1 在反应中生成的白色固体过滤，用少量冷的 c d c i ，洗涤，便可得到白色针状固体；对过滤的滤液抽干，用二氯和正己烷重 结晶，置于冰箱中放置，有细小针状晶体析出，该化合物的单晶结构如下： 图32 2 化台物c i s - 3 - 2 结构圈 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 由结构图我们确定易溶的为顺式结构的c i s 3 2 ，用该晶体做了1 hn m r ，1 3 c n m r ；同时用反应液中析出的白色针状晶体做了1 hn m r ，1 3 cn m r ，确定了 在酸性催化条件下，生成两种顺反异构体化合物t r a n s 3 1 和c i s 3 2 。同样我们 鉴定了吡咯2 2 1 4 在c d c l 3 中分别生成了顺反异构体c i s 3 3 和t r a n s 3 4 。两个 化合物的1 hn m r 、1 3 cn m r 如下： 写墨罩i 罢拿詈鼙善罨 l ， 世划谨鉴缈) q o w 冉vlv 器 g 1 0 o5 do _ o p p m ( t 1 ) 图3 2 3 二聚体t r a n s - 3 - 1 氢谱 5 2 第三章2 一( a ，- 甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 晕塞。簧羁墨毫譬誉曼莩g：邑誉耋喜 ! l ! ll ! l 荨 兰圣萎圣曼 弓高器高器： 垦垦垦垦封基垦i 圣 心堪逃 j | fj ，j炒 膨莓 j i u 1 j 【 2 0 0 1 1 0 0 5 0 0 p p m ( t 1 ) 图3 2 4 二聚体c i s 一3 一l 碳谱 1 2 01 1 01 0 0g 08 07 06 05 04 03 0 2 01 00 01 0 - 2 0 i m m ( t 1 ) 图3 2 5 二聚体c i s - 3 - 2 氢谱 5 3 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 5 01 0 05 0 p p m f n ) 图3 2 6 二聚体c i s - 3 - 2 碳谱 1 0 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 0- 1 0- 2 o 图3 2 7 二聚体c i s 3 3 氢谱 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 釜篓嚣暑导善是吾暑导量景运暑璺囊呈量i晷西 g 孥鬟蚤夏兰 荨雩鬲科；岛曷高罱高器高高高器品0 ； 乏篱需：f ；器；= 嫂毖易l j 嘏el。 c e e f f i i ；姐i i i岫m dl i 2 0 01 5 01 0 05 00 p p m ( t 1 ) 图3 2 8 二聚体c i s 3 3 碳谱 ”01 0 09 0 8 07 06 0 5 0 4 0 3 02 01 00 0 1 0 - 2 03 0 p p m ( t 1 ) 图3 2 9 二聚体t r a n s 3 - 4 氢谱 5 5 第三章2 一( 俨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 垦垦晷墨蚕呈 善量鼙鼙誊爵嚣罢 譬兽器器葛s i 器= f炒l 夏避， b b c , g e ，e - f - f 。 i 衙一li i i 一_ j l l l j l 2 1 02 0 0 1 9 0 1 8 01 7 01 6 01 5 01 4 01 3 01 2 0 ”o1 0 09 0 8 07 0 6 05 0 4 0 3 0 2 0 1 00- 1 0 p p m ( t l l 图3 3 0 二聚体u a n s 3 - 4 碳谱 由谱图很明显的可以看出它们为两对异构体，溶解度差距很大，特别是二 聚体t r a n s 3 1 化合物，在c d c l 3 中的溶解度不好，试了c 6 d 6 溶解度还是不好， 于是1 3 cn m r 用c f 3 c o o d 测试。我们在苯环上加了一些非极性基团，如正丁 基，溶解度得到了明显的改进，用c d c l 3 或c 6 d 6 便可很好的进行鉴定。上述 四个化合物分别经过了元素分析鉴定。 由核磁跟踪，我们发现两种化合物的生成量几乎相同。但是在实际的分离 过程中，顺式的量却比反式的多，这可能主要是因为一方面在清洗针状晶体时 有部分产品溶解，另一方面在分离两种化合物时，母液中虽然几乎全是顺式样 品，但反式还是有部分溶解的缘故，进而导致了分离产率与核磁跟踪的结果有 所不同。 3 1 5 反应机理推测( 以化合物2 2 1 1 为例) 在酸性环境下，富电子的吡咯体系l ，其环上氮原子上的孤对电子很容易 发生转移，同时吡咯环a 位的苄位上的甲氧基很容易捕捉质子，以甲醇的形式 离去，而吡咯环在溶液中以离子盐形式存在；而这种缺电子的盐2 很容易被溶 液中其他富电子的吡咯体系进攻，然后脱质子，形成了3 ，而这时3 又重复l 5 6 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 到2 的过程，生成了4 ，进而脱质子，关环。因为有两种关环方式，故生成了 两种异构体，分别为5 和6 。反应过程如下： s c h e m e3 3 1 3 h + - c h 3 0 h h + 一c h 3 0 h 5 3 2 1 仪器与试剂 m e p h 4 第二节实验部分 5 7 6 尸)肿酾 卧一2 科 卧 第三章2 一( 口一甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质的研究 1 hn m r 及1 3 cn m r 在b r u k c ra v a n c e4 0 0 核磁共振仪上测定，c d c l 3 、 c 6 d 6 、c f 3 c o o d 为氘代试剂，以t m s 为内标。熔点在m o d l em p 5 0 0 型上测 定，温度未校正。硅胶为青岛海洋化工厂生产的2 0 0 3 0 0 目。所有溶剂处理均 按文献方法处理后使用。 3 2 2 二聚反应 1 4 2 ，1 4 3 】 反应通式( 以化合物2 2 11 为例) ： s c h e m e3 4 2 2 1 1 c h c l 3 c h a c o o h t r a n s - 3 1 取5 0 0m g ( 1 4 2m m 0 1 ) n - 甲基- 2 - ( 0 【甲氧基苄基) _ 4 ，5 二苯基吡咯1 1 于抽好 体系的5 0m ls c h l e n k 瓶中，加入1 0m 1 氯仿溶解，再加入1m 1 乙酸，油浴4 0 ，反应2 5h ，t l c 跟踪显示，原料几乎全部反应，得蓝紫色溶液，反应中伴 有针状晶体析出。冷冻过滤，冷的氯仿洗涤，得白色针状晶体1 2 6m g t r a n s 3 1 。 对滤液抽干得2 4 7m g 蓝紫色固体，少量冷的正戊烷洗涤，除去颜色，得白色固 体，用1 5 叫二氯甲烷和5l i l l 正己烷溶解，置于冰箱中冷冻，总共析出白色晶 体1 8 7m gc i s 一3 - 2 。 二聚物t r a n s 3 1 ： y i e l d ：2 8 ，m p 3 2 3 - 3 2 4 0 1 hn m r ( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) ：67 1 4 - 6 6 9 ( m ，3 0 h ，6 p h ) ，5 4 1 ( s ，2 h ，c h ) ， 5 8 第三章2 一( 俨甲氧基苄基) 吡咯酸性条件下性质