（有机化学专业论文）环氧化物的开环反应研究.pdf

摘要 摘要 随着现代有机合成化学的发展，杂环化合物在有机合成中的作用越来越重 要，尤其是环氧化合物。环氧化合物是指含三元环的醚及其衍生物，其化学性 质很活泼，它们是合成药物的重要中间体之一，在医学、药学等领域起着十分 重要的作用。环氧化合物之所以有这么广泛的用途，是因为分子内存在较大张 力，在酸或碱的催化下，容易与亲核试剂进行开环反应形成各种不同的产物。 关于环氧化合物在有机合成中的重要性，化学家们一直在进行着不懈的探索和 研究。 首先，根据不同的反应类型综述了环氧化合物不同的合成方法，如：分子 内w i l l i a m s o n 反应法、d a r z e n s 反应法、烯烃的过氧化物氧化法等。我们用羰 基化合物与锍盐反应方法，合成了不同类型的环氧化合物。然后，对环氧化合 物在有机合成中的应用进行了综述。 p 过氧醇类化合物是一种多官能团化合物，具有非常活泼的过氧羟基和羟 基基团，它们可以和许多缺电子基团发生亲核反应。这些过氧醇类化合物不仅 广泛存在于天然产物中，而且在医学和药物学等领域有很大的用途，尤其是利 用p 过氧醇合成的1 ，2 ，禾三氧杂环己烷，可以作为一种抗疟药物。据报道，环状 过氧化合物经过光解或热解能够产生双氧自由基，具有杀菌的作用。因此，这 些过氧醇类化合物的应用越来越受到重视。通过实验我们成功发现一种温和高 效的合成d 过氧醇类化合物的方法，这种方法具有利用廉价易得的催化剂、高 产率、反应时间短等优点，并采用瓜、1 hn m r 和元素分析对合成的化合物进 行了结构表征。 吲哚和吡咯及其衍生物不仅是重要的杂环化合物，而且还是重要的精细化 工原料，广泛用于医药、农药、香料、食品饲料添加剂、染料等领域，关于其 应用研究一直持久不衰，新的应用领域仍在不断被开发出来。尤其是3 烷基吲 哚类衍生物具有显著的生物学和药理学活性。通过实验我们发现s b c l 3 蒙脱土 k 1 0 能催化含氮杂环化合物的傅克氏烷基化反应，而且该催化剂能回收利用。 该方法不仅产率高，操作简便，反应时间短，区域选择性好，而且反应在无溶 剂条件下进行，消除了有毒溶剂的排放，符合绿色化学的要求。 i i i 河北师范大学硕七论文 d 烷氧基醇也是重要的合成中间体之一，它可以用来氧化合成p 烷氧基酮 或d 烷氧基酸以及一些特殊的药物中问体化合物。此外，它还可以有选择性的 保护羟基，增加有机合成的选择性。经过实验我们发现固体酸催化剂 ( a m b e r l y s t 1 5 ) 在超声波条件下，能催化一级、二级、三级醇类化合物与环氧化 物的开环反应，从而合成d 烷氧基醇类化合物。由此发展了一种合成p 烷氧基 醇类化合物的新方法。 总之，环氧化合物的开环反应在有机合成以及药物合成等方面表现出了很 多优越性。如：( 1 ) 利用其易于制备和开环的特点，用作保护基；( 2 ) 利用开环 反应的立体、区域选择性高的特点，立体、区域选择性地合成有机化合物；( 3 ) 利用开环反应将其直接转化为带有新官能团的链状化合物；( 4 ) 以小分子开环 反应为基础，合成具有生物活性的天然物质。 本课题在总结前人的基础上，研究了三种不同类型的环氧化合物开环反应， 此项工作的开展将对经典有机化学中的酸碱理论进一步补充和扩展，为寻找新 理论、新方法奠定基础和开拓道路，从而更好地促进有机合成化学的发展。 关键词：环氧化物p - 过氧醇吲哚衍生物p 烷氧基醇三氯化锑a m b e r l y s t - 15 超声波 i v a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e mo r g a n i cs y n t h e t i cc h e m i s t r y , h e t e r o c y c l i c c o m p o u n d sa leo fg r e a ti m p o r t a n c ei no r g a n i cs y n t h e s i s ，e s p e c i a l l ye p o x i d e s ，m a i n l y r e f e r st ot e r n a r yr i n ge t h e ra n di t sd e r i v a t i v e s ，w h o s ec h e m i c a lp r o p e r t i e sf i l ev e r y l i v e l y , a n dt h e ya l eo n eo ft h ei m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e si n t h es y n t h e s i so fd r u g s t h e r e f o r ee p o x i d e sp l a yag r e a ti m p o r t a n tr o l ei nt h em e d i c a l ，p h a r m a c ya n do t h e r f i e l d s e p o x i d e sh a v ev e r ys t r o n gt e n s i o no fr i n g s ，t h u st h e yc a ne a s i l yr e a c tw i t h n u c l e o p h i l e sf o rr i n go p e n i n gt of o r mav a r i e t yo fp r o d u c t sc a t a l y z e db ya c i do r a l k a l i t h e r e f o r e ，t h e yh a v eaw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n b e c a u s eo f t h ei m p o r t a n c e o fe p o x i d e si no r g a n i cs y n t h e s i s ，c h e m i s t sh a v e b e e ne n g a g e di nu n r e m i t t i n g e x p l o r a t i o na n d r e s e a r c h f i r s t ，t h es y n t h e t i cm e t h o d so fe p o x i d e sh a v eb e e ns u m m a r i z e da c c o r d i n gt o t h et y p eo fr e a c t i o n t h e s em e t h o d si n c l u d ei n t r a m o l e c u l a lw i l l i a m s o nr e a c t i o n ， d a r z e n sr e a c t i o n ，a n do l e f i n sp e r o x i d eo x i d a t i o n , e t c u s e n e s so ft h er e a c t i o no f c a r b o n y lc o m p o u n d sw i t hs u l f o n i u ms a l t ，s o m ee p o x i d e sh a v eb e e np r e p a r e di no u r l a b o r a t o r y n e x t ，t h ea p p l i c a t i o n so fe p o x i d e si no r g a n i cs y n t h e s i sh a v ea l s ob e e n r e v i e w e d 3 - h y d r o p e r o x ya l c o h o l sa r ea m u l t i f u n c t i o n a lg r o u pc o m p o u n d s ，a n dh a v ea v e r yl i v e l yh y d r o x yp e r o x ya n dh y d r o x y lg r o u p s t h e yc a nr e a c t w i t hm a n y n u c l e o p h i l i cr e a g e n t sh a v i n ge l e c t r o n - d e f i c i e n tg r o u p s t h e s ep e r o x ya l c o h o l sn o t o n l ye x i s ti naw i d er a n g eo fn a t u r a lp r o d u c t sb u ta l s oh a v ea l o to fa p p l i c a t i o ni n m e d i c i n ea n dp h a r m a c o l o g y , e s p e c i a l l yf o rt h es y n t h e s i so f1 , 2 ，4 一t r i o x a n e s ，w h i c h a r eb e i n ga c t i v e l yi n v e s t i g a t e d 嬲a n t i m a l a r i a la g e n t s i th a sb e e nr e p o r t e di nt h e l i t e r a t u r et h a tc y c l i cp e r o x yc o m p o u n d sc a np r o d u c ed o u b l e o x y g e nf r e er a d i c a l s t h r o u g hp h o t o l y s i so rp y r o l y s i s ，s ot h e yc a np l a yb a c t e r i c i d a lr o l ei nm e d i c i n ea n d p h a r m a c o l o g y w eh a v ed e v e l o p e dan o v e l ，m i l da n dh i g h l ye f f i c i e n tp r o c e d u r ef o r t h es y n t h e s i so f 3 - h y d r o p e r o x ya l c o h o l s t h eu s eo ft h ei n e x p e n s i v ea n de a s i l y a v a i l a b l ec a t a l y s t ，t h eh i g hy i e l d s ，r e l a t i v e l ys h o r tr e a c t i o nt i m e s ，t o g e t h e rw i t ht h e v 河北师范火学硕 ：论文 p o t e n t i a lu s e f u l n e s so ft h ep r o c e s sf o r i n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s ，a r ea l la t t r a c t i v e f e a t u r e so ft h i sm e t h o d m o s to fo u rc o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi r ，1h n m r a n de l e m e n t a la n a l y s i s i n d o l e ，p y r r o l ea n di t sd e r i v a t i v e sn o to n l ya r ee s s e n t i a lt o t h eh e t e r o c y c l i c c o m p o u n d s ，b u ta l s oa r ei m p o r t a n tf i n ec h e m i c a lr a wm a t e r i a l t h e ya r ew i d e l yu s e d i nm e d i c i n e ，p e s t i c i d e s ，s p i c e s ，f o o df e e da d d i t i v e s ，d y e sa n do t h e ra r e a s t h en e w a p p l i c a t i o nf o rt h e i rr e s e a r c hh a sa l w a y sb e e nl a s t i n ga n di sc o n t i n u a l l yb e i n g d e v e l o p e d i np a r t i c u l a r , 3 - a l k y li n d o l ed e r i v a t i v e sh a v es i g n i f i c a n tb i o l o g i c a la n d p h a r m a c o l o g i c a la c t i v i t y am i l da n de f f i c i e n tm e t h o dh a sb e e nd e v e l o p e df o r f r i e d e l - c r a f t s a l k y l a t i o n o f n i t r o g e nh e t e r o c y c l e s i nt h e p r e s e n c e o f s b c l f l m o n t m o r i l l o n i t ek - io t h ea t t r a c t i v ef e a t u r e so ft h i sm e t h o da r es i m p l e o p e r a t i o n ，h i g hy i e l d s ，s h o r tr e a c t i o nt i m e ，a n dg o o dr e g i o n a ls e l e c t i v i t y , i n e x p e n s i v e a n dr e c y c l a b l ec a t a l y s t p - a l k o x ya l c o h o l sa r eo n eo fi m p o r t a n ts y n t h e t i ci n t e r m e d i a t e s ，w h i c hc a nb e u s e dt oo x i d es y n t h e s i z ea l k o x yk e t o n e so ra l k o x ya c i d s ，a sw e l la ss o m eo t h e r s p e c i a ld r u gi n t e r m e d i a t ec o m p o u n d s i na d d i t i o n ，i tc o u l ds e l e c t i v e l yp r o t e c t h y d r o x yt oi n c r e a s es e l e c t i o no fo r g a n i cs y n t h e s i s a f t e rr e f e r i n gt op r e v i o u sw o r k a n dt h es p e c i f i ce x p e r i m e n t a l ，w ef o u n da m b e r l y s t 一15s e r v e s 鹪a ni n e x p e n s i v e ， e f f e c t i v e ，a n de n v i r o n m e n t a lf r i e n d l yh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s tf o rt h er e g i o s e l e c t i v e r i n g - o p e n i n go fe p o x i d e sb yp r i m a r y , s e c o n d a r ya n dt e r t i a r ya l c o h o l s ，a n dr e s u l ti n t h ef o r m a t i o no fd a l k o x ya l c o h o l su n d e ru l t r a s o u n di r r a d i a t i o n t h u san e wm e t h o d h a sb e e nd e v e l o p e df o rs y n t h e s i so f 3 - a l k o x ya l c o h o l s i ns h o r t ，t h ee p o x i d e sr i n go p e n i n gr e a c t i o nh a ss h o w nal o to fa d v a n t a g e si n o r g a n i cs y n t h e s i s ，p h a r m a c e u t i c a ls y n t h e s i sa n ds oo n f o re x a m p l e ：( 1 ) u s e n e s so f t h e i rc h a r a c t e r i s t i c so fe a s yp r e p a r a t i o na n dr i n g o p e n i n g ，t op r o t e c tt h ef u n c t i o n a l g r o u p s ；( 2 ) u s e n e s so ft h er e a c t i o no ft h eh i g h l ys t e r e o - a n dr e g i o - s e l e c t i v eo f r i n g - o p e n i n g ，t o s t e r e o - a n dr e g i o s e l e c t i v es y n t h e s i z eo r g a n i cc o m p o u n d s ；( 3 ) u s e n e s so ft h e i rc h a r a c t e r i s t i c sw h i c ht h er i n g o p e n i n gr e a c t i o nw i l lb ed i r e c t l y t r a n s l a t e di n t oan e wf u n c t i o n a lg r o u p ，t os y n t h e s i z et h en e wc h a i n - l i k ec o m p o u n d s ； ( 4 ) u s e n e s so ft h es m a l lm o l e c u l er i n g o p e n i n gr e a c t i o n ，t os y n t h e s i z eb i o l o g i c a l l y v i a b s t r a c t a c t i v en a t u r a ls u b s t a n c e s i nc o n c l u s i o n ，w es t u d i e dt h r e ed i f f e r e n tt y p e so fr i n g o p e n i n gr e a c t i o no f e p o x i d e s t h i sw i l lp r o v i d eap l a t f o r ma n do p e nu pan e wp a t hf o rt h es e a r c hf o r n e wr e a g e n t s ，t h ee s t a b l i s h m e n to fn e wm e t h o d sa n dn e wt h e o r i e s i tw i l lp r o m o t e t h ed e v e l o p m e n to fo r g a n i cs y n t h e t i cc h e m i s t r y k e yw o r d ：e p o x i d e s ，1 3 - h y d r o p e r o x ya l c o h o l s ，i n d o l ed e r i v a t i v e s ，1 3 - a l k o x y a l c o h o l s ，a n t i m o n yt r i c h l o r i d e ，a m b e r l y s t - 15 ，u l t r a s o u n d v i i 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文环氧化物的开环反应研究，是在导师的指导 下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 指导教师确认( 签名) ：彦凝善需。垂 跏7 年6 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学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磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河：i b ! j o 范大学 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 印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在年解密后适用本授权书) 论文作者( 签名) ： 年月日 指导教师( 签名) ： 年月日 n 衡 刁影磊 名7， 签月 者： 艏年 文曰丫 诳伊 第一章环氧化合物的合成及在有机仑成中的应用 第一章环氧化合物的合成及在有机合成中的应用 1 1 环氧化合物的合成 环氧化合物，主要是指含三元环醚及其衍生物。其化学性质很活泼，是药物 合成的重要中间体之一，在医学、药学等领域【1 1 ，环氧化合物起着十分重要的作 用。环氧烷化合物易于制备，尤其是光学活性环氧烷化合物，可以通过s h a r p l e s s 环氧化反应f 2 1 、生物催化f 3 1 等方法合成。本论文对环氧化合物常用的合成方法进 行简单介绍。 1 1 1 分子内w i l l i a m s o n 反应法 分子内w i l l i a m s o n 反应的实质是在碱的催化下卤代醇的消去反应，形成环氧 化合物。碱一般可用无机碱如氢化钠、碳酸钾和有机碱如三乙胺、二乙基胺基锂 等。 m a l l c h a n dp s 等【4 】在三乙胺催化下合成t ( 2 r ，3 r ) 2 ，3 环氧基马来酸二乙酯 2 ( 图1 1 ) 。 卧卜r h e t 0 2 cc 0 2 e t e t 3 n 5 4 _ 9 c 0 2 e t o 弋 o e t 2 图1 1 l a r c h e v e q u em 等【5 1 用具有关学纯的3 一羟基丁内酯3 ，在三甲基碘硅烷作用 下选择性开环，得到相应的碘醇4 ，然后在氧化银的作用下，生成相应光学纯的 p ，p 环氧酯5 。 o h i 玲妄： l l o 3 t m s i 4 a g o o l c 0 2 e t r 。，r ， 5 图1 2 o f 羟基磺酸酯消去反应也可以生成环氧化合物，这种方法与分子内 w i l l i a m s o n 反应是十分相似的，是一种通过1 ，2 二醇制备环氧化合物的新方法【6 1 。 河北师范大学硕i ：论文 o h n a p h - s 0 2 c l h 。一s 警 6 o - h n等aome(catnaph02s小otbs队一o t b s - n uv k 蔷芦沙v 、 7 图1 3 8 1 1 2d a r z e n s 反应法 d a r z e n s 反应实质上是羰基化合物与0 【卤代酸酯在碱的催化下发生缩合反应 生成o t ，p 环氧酯类化合物。羰基化合物一般是芳香醛和酮，常用的碱有乙醇钠、 叔丁醇钾、氢化钠和氨基钠等。对于部分脂肪醛类化合物在碱性条件下，易发生 羟醛缩合反应，使得反应产率比较低。 a l l a nj v 等【7 】在室温条件下，用氨基钠作催化剂，苯乙酮9 和氯乙酸酯1 0 在苯作溶剂条件下反应，合成相应的0 【，d 环氧酯l l 。 弋+ 9 c i c h 2 c o o c 2 h 5 羔业k 6 4 1 0 h c 0 0 q h s 图1 4 随后，j o h n o nw s 等【8 】在叔丁醇钾的催化下，环己酮1 2 与氯乙酸酯1 3 缩 合生成化合物1 4 。 。+ c l 吼c 。刚5 一瓯h 5 1 2 1 31 4 图1 5 同样，在仪位碳上连有其他的吸电子基团，如仪卤代酮、腈、砜等也能发生 类似的反应。当采用相转移催化技术时，即使在氢氧化钠的水溶液中也能顺利进 行反应。j o n c z y ka 等【9 1 报道环己酮1 2 与氯代乙腈1 5 在氯化三乙基苄基铵相转 移试剂和5 0 的氢氧化钠的催化下，顺利合成了a ，1 3 环氧腈1 6 。 2 几 l 卢o + 1 2 c i c h 2 c n 型曼趣生坠竺基m c n 5 0 n a o h7 9 、7 o 1 5 16 图1 6 1 1 3 烯烃的过氧化物氧化法 烯烃用过氧化物氧化时，不同的实验条件下，既可以生成环氧乙烷衍生物， 第一章环氧化合物的合成及在有机合成中的应用 又可以进一步转变为1 ，2 二醇，因此，这种方法实际生产操作中比较困难。常用 的过酸有过苯甲酸、过邻苯二甲酸、间氯过苯甲酸等。通常此反应，烯烃分子中 含有给电子基团，而过酸分子中具有吸电子基团时，能增加反应速率。 由于对甲羰基过苯甲酸在多种溶剂中都有良好的溶解性，k a w a b en 等【1 o 】 用对甲羰基过苯甲酸1 8 与烯烃1 7 反应，生成环氧化合物1 9 。 o 3 c q 唧h 。育。- t - h 0 2 c 唧h 3 1 71 81 92 0 图1 7 一般来说末端烯烃的环氧化反应是比较困难的，s a t ok 等利用多组分体 系，在非卤代溶剂及水两相体系中，用3 0 的双氧水氧化末端烯烃2 l ，成功地 合成了末端环氧化物2 2 ，其收率为8 6 9 9 。 n a w 0 4 【c h 3 ( n - c 8 h 1 7 ) 3 n h $ 0 4 c 8 h ，令? 警裂l c 8 h ，p 2 1 2 2 图1 8 如果是d 不饱和醛酮及其衍生物，由于羰基的一c 效应，从而降低了环氧 化的速度，因此在遇到0 【，d 不饱和醛酮环氧化时，要用像三氟过乙酸这样的强酸 才能使反应顺利进行。a u e r b a c hj 等【1 2 】报道用二氯甲烷作溶剂，衣康酸二甲酯 与三氟过乙酸磷酸二氢钠反应，能够以7 8 的收率生成相应的环氧化合物。 睇。乒f 鲨s c o z c 声 c 0 2 c h 3 c h 2 c 1 2 0 0 2 c h 3 2 3 2 4 图1 9 1 1 4 不对称环氧化反应 1 1 4 1 s h a r p l e s s 环氧化反应 s h a r p l e s s 环氧化反应实质上是烯丙醇的不对称环氧化反应，以t - b u o o h 为 氧化剂，四异丙氧基钛和酒石酸二乙酯( d e t ) 为催化剂，能够得到9 0 以上的光 学产率的环氧化物，如香叶醇2 5 的不对称环氧化反应，得到大于9 5 e e 值光学 活性的化合物2 6 13 1 。 河北师范大学硕士论文 2 5 o h ! ：曼竺q q 丝! 强q 生! ) 4 。 c h 2 c 1 2 - 2 0 l - ( + f d e t o h 7 7 。 9 5 e e 图1 1 0 s h a r p l e s s 环氧化反应起初使用的是化学计量的酒石酸钛络合物促进剂，后来 经过研究发现，在4 a 分子筛存在下，用催化量的四异丙醇钛和d e t 就可使反 应顺利完成【1 4 1 。 p hb l 2 7 t - b u o o h 5 t i ( o a p r ) 47 5 l - ( + f d e t o h 3 h 8 9 ，9 8 e e 图1 n 1 1 4 2 非烯丙醇的环氧化反应 手性s a l e n m n 络合物2 9 1 5 ，1 6 】与由d 果糖制备的手性酮3 0 【1 7 】均可催化烯烃 的不对称环氧化反应，常用亚碘酰苯( 溶于有机溶剂) 、次氯酸钠水溶液以及过硫 酸氢钾制剂( o x o n e ) 为氧化剂。这些反应可用于顺、反式二取代或三取代烯烃以 及各种共轭烯炔等进行不对称环氧化反应，均能获得高的区域和立体选择性。 p h ， 尸h 厂弋 2 9 3 0 有文献报道【1 8 1 共轭烯炔烃3 1 的环氧化反应选择性的发生在烯键上，对映选 择性达到8 9 9 7 e e 。 4 r ，影r 2 r 一一钐酽 图1 1 2 人鸫 第一章环氧化合物的合成及在自机合成中的应用 1 1 5 双分子醛的半还原环化法 双分子醛的半还原坏化实质上是指两分子芳香醛在六甲基亚磷三酰胺 3 4 ( ( c h 3 ) 2 n 3 p ) 的还原下发生双分子缩合反应，生成环氧化合物3 5 。该方法适合 分子中含有易被氧化的基团，如含有呋喃、噻吩、吡啶等体系，以及邻、对位含 有吸电子取代的芳香醛等化合物。有文献报道用邻氯苯甲醛3 3 来合成l ，2 - - ( 邻 氯苯基) 环氧乙烷3 5 。 j a 9 c h 。+ ( c h 3 ) 2 n b p 一 + 【( c h 3 ) 2 n b p o 3 6 图1 1 3 n c v n n a nm s 等用芳香族二醛化合物3 7 在上述条件下分子内发生环氧化 关环，合成一种新的环氧化合物3 8 1 9 1 。 + 【( c h 3 ) 2 n b p 一 3 4 3 8 图1 1 4 1 1 6 羰基化合物与重氮烷反应 醛、酮化合物与重氮甲烷反应，即有可能生成环氧化合物，又有可能生成酮。 这要取决于空间和电荷等因素。在醛、酮中，烷基碳原子数越多，环氧化合物的 比例越大，当有吸电子基团时，有利于生成环氧化合物。有文献报道【2 0 】用氧化铝 ( d 2 0 3 ) 做催化剂，使5 仅雄烷1 7 1 3 醇3 酮与重氮甲烷反应，能以5 0 的产率合 成相应的环氧化合物。 o h c h 2 n 2 ( c 2 h 5 ) 2 9 a 1 2 0 3 3 9 图1 1 5 1 1 7 羰基化合物与含硫叶立德反应 4 0 h 河北师范大学硕：论文 、s = c h 2 - c h 2 o 4 1 4 2 羰基化合物与硫叶立德反应能高产率的合成环氧化合物，而且操作方便，产 生的副产物少。然而，前人用的硫叶立德( 4 1 ，4 2 ) 大部分都不稳定，即使比较稳定 的硫叶立德4 2 在0 惰性气体的保护下，也只能保存几个月。 由于以上的不足之处，许多化学家及工作者都在孜孜不倦的探索新的含硫叶 立德，以改善反应条件，扩大硫叶立德在合成环氧化合物方面的应用范围。 j o h n s o nc r 等采用易得的光学活性的硫叶立德4 3 1 2 1 , 2 2 】合成具有一定光学 活性的环氧化合物4 5 。 邺o + 9 c h 。一 4 4 4 5 6 0 ，2 0 e o 图1 1 6 有文献报道用环丙基硫叶立德4 6 与羰基化合物4 7 反应，合成重要的中间体 氧代螺戊烷4 8 2 3 矧。 嶙司+ 。芸珠 4 64 74 8 图1 1 7 由于大部分硫叶立德不仅不稳定，而且要求在无水的条件下反应，因此，实 验操作起来不方便。m o s s e tp 等【2 5 】经过探索，发现一种价廉，简单易得的锍盐 化合物4 9 ，这种盐不仅稳定，而且在相转移试剂的催化下，可以高产率的合成 多种环氧化合物5 0 。 oo ( c h 3 ) 3 s o s 0 3 c h 3 4 9 r 1 = o r 2 0 h 2 0 1 25 0 n a o h 图1 18 后来有许多学者和化学家做了这方面的工作，经过比较各种环氧化合物的合 成方法，我们觉得用这种方法合成环氧化合物比较实用，合成方法如下： 6 h h v r 时 第一章环氧化合物的合成及在有机合成中的应用 甲基硫酸三甲基锍盐的制备： 在冰浴的条件下，将二甲基硫醚5 1 ( 1 0 8m l ，1 4 7m m 0 1 ) j j i a 到装有硫酸二甲 酯s 2 0 0 4m l ，1 0 9m m 0 1 ) 的圆底烧瓶中，然后，在o c 条件下迅速搅拌3 0m i n ， 再将温度缓慢升至室温，会慢慢地有白色晶体析出，继续搅拌1 3h 后，将完全 变为白色固体，得到甲基硫酸三甲基锍盐s 3 。 ，s 、 h 3 cc h 3 5 1 环氧化合物的合成： 图1 1 9 0 r t o ( c h 3 ) 3 s o s o 捣h 3 5 3 。+ 删3 晶3 眦i b u 4 n 磊b r r e f l u x r i = h ，c h 3 图1 2 0 1 2 环氧化物在有机合成中的应用 随着现代有机合成化学的发展，杂环化合物在有机合成中的作用越来越重 要，尤其是环氧化合物，主要是指含三元环的醚及其衍生物，它的化学性质很活 泼，是药物合成的重要中间体之，在医学、药学等领域，环氧化合物起着十分 重要的作用。如最简单的环氧化合物一环氧乙烷是高效灭菌剂，临床上用于医疗 器械消毒。再如近几年研究表明花生四烯酸细胞色素p 4 5 0 单氧化酶代谢产物环 氧二十碳三烯酸( e e t s ) ，它作为内皮衍生性超极化因子，可以调节多种血管张 力，抑制血小板的聚集，促进有丝分裂【l 】。 环氧化合物中由于分子内存在张力很大的三元氧环，化学性质活泼，在酸或 碱的催化下，容易与亲核试剂进行开环反应形成各种不同的产物。因此，该类化 合物在有机合成中被广泛用于：( 1 ) 利用其易于制备和开环的特点，用作保护基； ( 2 ) 利用开环反应的立体、区域选择性高的特点，立体、区域选择性地合成有机 化合物；( 3 ) 利用开环反应将其直接转化为带有新官能团的链状化合物；( 4 ) 以 小分子开环反应为基础，合成具有生物活性的天然物质【2 6 捌。 关于环氧化合物在有机合成中的重要性，化学家们一直对环氧化合物的有关 7 河北师范大学硕十论文 反应进行着不懈的探索和研究。近年来，这方面的研究取得了很大进展，许多环 氧化合物的新反应、新方法被陆续提出。本文主要是就关于环氧化台物开环反应 方面的研究，进行综述如下。 1 2 1 含氧化合物的合成 1 2 1 1 p 卤代醇的合成 d 卤代醇是有机合成中的一种重要中间体之一，被广泛应用到许多重要的合 成反应中，因此，d 卤代醇的合成历来都受到广泛的关注。但传统的合成方法大 都存在着副反应多、区域选择性不好或者反应条件苛刻、产率不高等缺陷。因此， 需要发展一种条件温和、简单高效的新方法来合成p 卤代醇。s a b i t h aq 等【2 8 1 提 出了在乙氰中用c e c l 3 或c e c l 3 n a i 等做催化剂，使环氧烷烃开环的方法( 图 1 2 1 ) ，为b 卤代醇的合成提供了一条理想的合成路线。 。卅一9 。丈c i 图1 2 1 在i r a n p o o rn 等人的努力研究下，起初用f e ( i i i ) s i 0 2 作催化剂，氯代醇和 溴代醇的收率还可以，但是碘代醇收率很低，经过研究发现f e ( i i i ) 把碘离子氧化 成碘单质了。后来改用f e ( t f a ) 3 作催化剂，以卤化铵作为卤代反应物，干燥的 乙腈作溶剂，其中2 碘代醇的收率在9 2 以上，对于2 氯代醇、溴代醇的收率 在8 0 以上【2 9 】。 r o yc d 等人经过努力地研究，发现了一种很好的化学选择性试剂就是二 溴硼烷二甲硫醚试剂，它只与环氧化合物反应，化合物中的其他官能团包括烷 基、烯丙基、芳基、苯醚、吡喃缩醛、半缩醛，以及容易被还原的基团，如氯、 醛、酮、叠氮化物、酯、腈和叔氨基酯等，在环氧开环的过程中几乎都不会受到 影响。这个反应不仅具有化学选择性，还有一定地区域选择性。总收率一般能达 到9 0 以上，5 9 与6 0 的区域选择性比为7 1 2 9 ，其他的环氧化合物开环的区域 选择性要更好。具体反应如图1 2 2 3 0 】： 8 第章环氧化合物的合成及在有机合成中的应用 0 c ，0 h 2 u b h b r 2 ，s h m e ， o ) 2 b h 伊 c h 2 c i 2 ，r 亍c l o h 2 1 人卧c l o h 2 ，v 。) 2 b h c 砒足e r h 2 0 畅l 。h l 图1 2 2 目前，由于有机氟化合物具有广泛的化学、物理和生物活性，因此发展便捷， 高效的氟化方法一直倍受关注。其中氟化氢是最基本的氟化亲核试剂，但是氟化 氢有剧毒，虽然改良的方法得到了一定发展，如使用h f 吡啶、e t 3 n h f 和h f 树脂等，操作起来得到了改善，但仍存在着一定的困难。最近，离子液体在有机 合成中得广泛的重视，经过y o s h i n oh 等人的不懈努力，发现一种离子液体，3 乙基1 甲基咪唑6 1 溶入少量的氟化氢( e m i m f ( h f ) 2 3 ) ，相当于作为氟化氢载体 试剂进行一些有机氟化反应，并不需要向反应体系中加入水，只利用空气中少量 的水蒸气就可以7 - 3 1 1 。具体反应情况如图1 2 3 和图1 2 4 ： f ( h f ) 2 3 a 掣fh l f 、埝飞f h k h f p f h f 6 1 e m i m f ( h f ) z 3 r 斧瓦晶r ￥h s a l v a d o rj a r 等人报道环氧化物与铋( i i i ) 盐在1 ，4 - 二氧六环溶剂中室温 条件下反应，有很好的反应收率p - 时有很好的区域选择性和立体选择性【3 2 1 。具体 见图1 2 5 反应： 9 河北师范人学颂f ：论文 a c o 1 7 b i b r 3 ( ie q u i v ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 , 4 - d i o x m e ，r t 2 4 h , 9 0 y i e d a c o 6 5 h 1 7 图1 2 5 当前，在无溶剂条件下有机合成反应倍受广大化学工作者的关注，尤其是在 绿色有机化学的研究中。s a i d im r 课题组经努力的研究，发现用2 ，4 ，6 三甲基 苯磺酰氯( t m s c l ) 6 6 与环氧化合物6 2 反应在高氯酸锂的催化下，无需溶剂参加 的反应，总收率在8 2 9 7 之间【3 3 1 。具体情况参见图1 2 6 的反应式： r 封+ t m s c i 6 2 6 6 10 m 0 1 l i c l 0 4 0 r5 ml p d e m e o h ，5 h 8 2 - 9 7 r 肆h + r h r h + r h 图1 2 6 1 2 1 21 3 - 烷氧基醇的合成 环氧化合物能够与不同的亲核试剂发生开环反应，生成p 取代的不同醇类化 合物，因此，它是重要的有机合成及药物中间体3 4 3 7 】。其中，环氧化合物与醇反 应合成的1 3 烷氧基醇类化合物是重要的有机溶剂，有机中间体以及药物中间体， 在酸或碱性条件下通过环氧化合物开环反应合成p 烷氧基醇类化合物，由于温度 过高，易于发生聚合反应或选择性低【3 8 j 。因此，许多化学家和工作者都努力在这 方面工作筛选了许多催化剂，如f e c l 3 【3 9 1 ，c u ( b f 4 ) 2 n h 2 0 4 0 ，i n c l 3 【4 l 】， m g ( h s 0 4 ) 2 4 2 】等，又有好多人做这方面的工作，然而，这些催化剂都存在着不同 方面的不足，有些的催化剂具有一定的安全隐患，有些则是价格昂贵，有些催化 剂需要特殊条件的准备工作，有些催化剂使得副产物多，选择性比较低，需要时 间长，反应温度高等。 此反应是从上个世纪5 0 年代才开始的，后来，到9 0 年代初期才陆续有化学 家开始研究这方面的合成工作。 首先是o l a hqa 等人开始研究的，他们用磺酸树脂酸做催化剂，进行环氧 化开环反应合成d 烷氧基醇，这种树脂具有的优点是酸性比较强，可回收利用， 1 0 第一章环氧化合物的合成及在有机合成中的应用 反应条件温和，但是，该反应的收率不是很高【4 3 1 。之后，o t e r aj 研究小组又进 行了关于合成p 一烷氧基醇的研究工作，他们用聚磷酸有机锡酯类化合物6 9 作为催 化剂，具体结构