（有机化学专业论文）水合硫酸铁催化的ferrier重排反应研究.pdf

摘要 f e r r i e r 重排反应是一种类似烯丙基重排的反应，自1 9 6 9 年发现以来，被广泛的用 来合成2 ，3 - 不饱和糖苷，在化学界产生了非常重要的影响。2 ，3 不饱和糖苷是从烯糖衍 生出的一种非常重要的手性中间体，它作为关键的手性母体可以用来合成各种各样的天 然产物，糖肽，天然产物类似物，修饰糖衍生物，核苷和低聚糖，生物活性天然产物 等；而从2 ，3 - 不饱和糖苷衍生出的2 ，3 双脱氧糖或2 脱氧糖是许多生物活性分子中的有 效的手性中间体，如抗生素等。因此，2 , 3 不饱和糖苷的合成也越来越受到人们的关注。 在l e w i s 酸或其他试剂的催化下，烯糖经f e r r i e r 重排反应可以合成各种各样的2 ，3 不饱和糖苷，但这些催化剂在不同方面存在着不同程度的缺点。水合硫酸铁是实验室常 见的一种化学试剂，它在许多有机反应中能以粉末状分散于有机相，非常便于回收和循 环使用；同时它还具有安全、低毒和使用方便等诸多优点，具有“清洁试剂”的应用前 景。因此，我们尝试了水合硫酸铁在f e r r i e r 重排反应中的应用，使用水合硫酸铁来催化 合成2 ，3 - 不饱和糖苷。实验结果显示，在不同的反应条件下，水合硫酸铁作为一种高效、 选择性好、易回收且可重复使用的催化剂，可以有效地催化合成2 ，3 不饱和糖苷。论文 的主要内容包括： 1 研究了在水合硫酸铁催化下，3 , 4 。6 - = o - 乙酰基d 葡烯糖和醇或核苷类化合物 在6 0 度条件下的f e r r i e r 重排反应。该反应高收率地生成了单一盯- 构型的重排产物，找 到了一种高效、简便的合成2 ，3 不饱和糖苷的方法，而且催化剂可以方便地回收利用。 2 研究了在水合硫酸铁催化下，3 , 4 ，6 三d 苄基d - 葡烯糖和醇或核苷类化合物在 6 0 度条件下的f e r r i e r 重排反应。在水合硫酸铁催化下，我们得到了扩构型的2 ，3 不饱 和糖苷。这是首次关于3 , 4 ，6 一三0 - 苄基一d 葡烯糖与亲核试剂获得单一重排产物的报道。 3 研究了在水合硫酸铁催化下，3 , 4 ，6 三d 乙酰基苄基d 葡烯糖和醇或核苷类化 合物在微波条件下的f e r r i e r 重排反应。分别在家用微波炉和常压微波合成仪中，进行了 水合硫酸铁催化下的f e r r i e r 重排反应，均得到了o 【一构型的2 ，3 不饱和糖苷。与传统方 法相比，反应时间短，并且产率有一定程度的提高，催化剂也可以方便地回收利用。 关键词：2 ，3 不饱和糖苷，烯糖，f e r r i e r 重排反应，水合硫酸铁 a b s t r a c t s i n c ef e r r i e rr e a r r a n g e m e n tw a sd i s c o v e r e di n1 9 6 9 , i th a sb e e nr o u a n e 眵u s e di nt h ea r e ao f c a r b o h y d r a t ec h e m i s t r y t h eu n s a t u m ：t e c lg l y c o s i d e sd t a i 鹏dt h o u of e r r i e rr e m m n g e m e n tc a t a l y z e db y a l lk i n d so f c a t a l y s t sp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nt h et r a n s f o r m a t i o no f o m s e c o m p o u n d si n t oo l h e ri l l 把m s t i n g c a r b o h y d r a t e s 2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e sc a nb eu s e da si n t e r m e d i a t e sf o rav a r i e t yo fr e a c t i o ns u c ha s s h a r p l e s sc b - o x y a m i n a t i o n , c 申o x i d a t i o n so rh y d r o x y l a t i o n ut h ed e r i v a t i o n so f2 ，3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e s 啪b eu s e da s i m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e sc o m p r i s eg l y c o p e p t i d eb l o c k s , o l i g o s a c c h a r i d e s , m o d i f i e d c a r b o h y d r a t e s ，s o m ei m p o r t a n ta n t i b i o t i c s , n u c l e o s i d e s ，n a t u r a lp r o d u c t - l i k ec o m p o u n d sa n dv a r i o u sn a t u r a l p r o d u c t s f e r r i cs u l f a t eh y d r a t ei sa no r d i n a r yc h e m i c a lr e a g e n ti nl a b o r a t o r y , w ef o u n df e 2 ( $ 0 4 ) 3 - x h 2 0w a sa l l e f f i c i e n lr e u s a b l e , o p e r a t i o n a l l ys i m p l e ，a n de n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nc a t a l y s tf o re s t e r i f l c a t i o n , t e w a h y d r o p y r a n y l a t i o na n dp r e p a r a t i o no f a c y l a l s h e r e i n , w ep r e s e n to u rp r e l i m i n a r yr e s u l t so nt h el n i l i t y o f f e 2 ( s 0 4 ) 3 】h 2 0a sa l le f f i c i e n tc a t a l y s tf o rs y n t h e s i so f 2 3 一u n s a t u r a t e dg l y c o p y r a n o s i d a sv i a t h ef e r r i e r r e a r r a n g e m e n t t h e e a c t i o l lb e 4 w e e ng l u c a l sa n dp i i i i l a r y o rs e c o n d a r ya l c o h o l sw a sc a r r i e do u t s u c c e s s f u l l yi nt h ep l e s e n c eo fac m l y t i ca m o u n to ff c 2 ( s 0 4 h x h 2 0a t6 0o co ru n d e rm i c r o w a v e i r r a d i a t i o n t h e “c 6 c o n d i t i o n s , m e c h a n i s ma n dc o n f i g u r a t i o n so fp r o d u c t sw e r ed i s c u s s e di nt h e 1 t h ea p p l i c a t i o no ff e r r i cs u l f a t eh y d r a t ea sh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s ti nt h ep r e p a r a t i o no f 2 ，3 一m 墩m l 随t e dg l y c o s i d e sf r o m3 , 4 ，6 - t r i - o - a c e l y l d - g l u c a lu n d e r6 0 ，t h i sm e t h o di sap r a c t i c a la n d u s e f u lw a yt os y n t h e s i z e2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e si ne x c e l l e n ty i e i d sw i t h 口- s e i c c t i v i t y t h ec a t a l y s tw a s e a s i l yr e c o v e r e da n dr e u s e de f f i c i e n t l yw i t h o u ta c t i v a t i o n 2 t h ea p p f i c a f i o no ff e r r i cs u l f a t eh y d r a t e h e t e r o g e n e o u sc a t a l y s ti nt h ep f e p 嘶o no f 2 , 3 - u n s a t u r a 埘g l y c o s i d e sf r o m3 , 4 6 - 确o - b e n z y i - d - g l u c a lu n d e r6 0 t h e2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e s c a nb eg a m e di ne x c e l l e n ty i e l d sw i t ho 【- s c l e c t i v i t y ni st h ef i r s tr e p o r tt h a tp e r b e n z y lg l y c a le f f i c i e n t l y u n d e r g o e sf e r r i e rr e a c t i o nw i t h o u tf o r m a t i o no f 2 - d e o x yh e x o p y r a n o s i d e s 3 t h ea p p f i c a t i o no ff e r r i cs u l f a t e h y d r a t ea sh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s t i nt h e i n e p a r a t i o no f 2 , 3 - u n s a t u n t e dg l y c o s i d e sf r o mg l u c a l su n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n t h ef e r r i e rr e a r r a n g e m e n tu n d e r g o e s i nt h ed o m e s t i cm i c r o w a v eo v e na n dx h - 1 0 0 bm i c r o w a v eo v e n 2 3 - u n s a t u r a t e d - o - g l u c o s i d e sc 觚b e g a m e du n d e rt h e s ec o n d i t i o n si naf e wm i n u t e sw i t he x c e l l e n ts e l e c t i v i t yf o ra - a n o m 8 1 f o r m a t i o n k e yw o r d ：2 3 - u m a t u r a t e dg l y c o s i d e s , g l u c a l , f e r d e rr e a r r a n g e m e n t , f e r r i cs u l f a t eh y d r a t e l 独创性声明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 繇辞浒蹴产 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 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 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：鞘导师签名 7 1 纰吼甲7 第一章综述 前言 化学作为自然科学的一个重要领域，在丰富人类的知识宝库和满足人们衣食住行等 各方面需求中曾经发挥了积极的和不可替代的重要作用。然而无可讳言的是，在化学过 程中不适当的使用了对人类健康和对环境有害的原料和溶剂以及大量污染性废物的摔 放，化学也给人类的健康和生存环境带来了严重的不利影响。为此，化学家们已把注意 力集中到从根源上杜绝废弃物的产生，致力于合成手段的战略革新，力求使合成工艺简 单、节能、高效、符合绿色生产的要求，在提升化学在人们生活中所占比重的同时，尽 可能把化学污染降到最低 在当今的化学研究中，化学工作者所追求的目标是实现高选择性、高效的化学反应， 要求反应副产物少，实现“零排放”，继而达到高“原子经济性”。显然，相对于化学当 量的反应，高选择性、高效的催化反应更符合绿色化学的基本要求。此外催化反应在能 量利用方面亦具有巨大的优点，催化剂可以降低反应的活化能，这不仅可以降低反应发 生所需要的温度，而且有益于对反应的控制，降低事故发生的可能性，从而降低能耗和 对设备的损耗，这也正是化学工业生产的一个重要方面。因此，绿色催化剂以及绿色催 化反应的研究正在成为当今化学研究的一个热点。 三价铁试剂是有机合成中常用的一类试剂，它们在催化碳链的构建和官能团转化方 面有着重要的应用。但是大多数三价铁盐都溶于常见的有机溶剂，在反应结束后，为了 除去三价铁盐得到纯净产品，需要进行多次萃取和洗涤，这样就大大增加了反应中有机 溶剂的使用，而且催化剂难以回收和再利用，最终它们的排放还会引起环境的污染。因 此这个过程很难符合当今社会对绿色化学的要求。为了解决这个问题，几种固载三价铁 盐类催化剂已经被开发应用，虽然反应结束后它们能够被方便地分离出来，但是这类催 化剂烦琐的制备和活化过程并不能令人满意。鉴于此，我们试图寻找一种能够克服以上 缺点又能够发挥f e ( 1 i ) 优良催化性能的、简单的三价铁类多相催化剂。 水合硫酸铁是实验室常见的一种化学试剂。我们在从事“三价铁在有机合成中的应 用”课题的研究过程中发现：在许多有机反应中水合硫酸铁都能以粉末状分散于有机相， 非常便于回收和循环使用，同时它还具有安全、低毒和使用方便等诸多优点，具有“清 洁试剂”的应用前景。我们在水合硫酸铁的催化下，完成了一系列官能团的转换。 第一章综述 1 综述 1 1f e ( h 1 ) 试剂在有机合成中的应用 1 1 1 传统的f e ( ) 试剂 传统的三价铁试剂一般有f e x 3 、f e ( n 0 3 ) 3 、f e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 、k 3 f e ( c n ) 6 ， n h 4 f e ( s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 等。这些三价铁试剂可作路易士酸催化剂和氧化剂使用。 卤化铁是一种常见的l e w i s 酸，很早就有三氯化铁催化f r i e d e l - c r a f l s 反应机理的 报趔1 1 。三氯化铁也可以用于多种酸催化的有机合成反应 2 1 ，如用于促进上的d - a 反 应 0 + 等f e c l 3 近年来，十二水合硫酸铁铵在合成一元羧酸酯口 1 孤、二元羧酸酯n 、羟基酸酯 2 3 - 2 6 、氯乙酸酯 2 7 - 2 8 、芳香酸酯 2 9 - 3 6 和催化合成醛酮d 7 - 3 8 方面得到了广泛的应用；此 外，十二水合硫酸铁铵还可以作为氧化剂用来合成苯偶姻 3 9 1 。5 0 条件下2 萘酚在f e ( ) 水溶液中搅拌也可以得到b 联萘酚【柏】。 水合硫酸铁也可以用来催化各种各样的酯化反应，如* 萘乙酸甲酯的反应f 4 1 1 ，最高 的产率可达8 0 6 。p 萘酚和醇在硫酸铁的催化下，可以合成橙香素p 萘乙醚【4 2 】： o h 等 y 删洲3 早期，我们实验室进行了水合硫酸铁催化下的各种酯化反应 4 3 1 ，并取得了良好的效 果。如用水合硫酸铁催化低沸点酯的合成，反应中酸和醇的比例接近l ：1 ，反应中避免 了带水剂的使用，产物可以直接从反应体系中分离出来。反应结束后，催化剂回收且不 经活化即可重复使用。 另外，我们实验室在水合硫酸铁催化下也实现了合成简单的四氢吡喃醚的反应4 4 1 ， 在室温或略高于室温的条件下进行了各种醇和酚的n 口反应；在室温的条件下，各种 取代芳香醛和酸酐在水合硫酸铁的催化下合成偕二酸酯的反应【4 5 】；偕二酸酯在水合硫酸 2 爷。 囱 第一章综述 铁的催化下也可以发生脱保护反应嗍，该方法具有反应时间短，收率高的特点。 1 1 2f e 皿) 试剂的新发展 目前，对三价铁试剂的开发主要有以下几个方面：开发传统的铁试剂在有机合成中 的新用途；对传统的铁试剂进行修饰，发展新型的、高选择性的，或者清洁的、使用方 便的新型铁试剂。 以下我们按照均相三价铁试剂和异相三价铁试剂两大类简要介绍下三价铁试剂 在有机合成中应用的新发展。 ( ) 均相f c ( ) 试剂 ( 1 ) 简单均相三价铁试剂在有机合成中的新用途 使用三价铁路易士酸催化剂优化酸催化反应 路军等m 刀报道使用三氯化铁在酸性条件下催化b i g i n e l l i 反应，大大缩短了b i g i n e l l i 反应的反应时问，而且操作简便、收率较高，合成的1 5 种3 , 4 二氢嘧啶- 2 酮的收率较 经典的b i n i n e l l i 反应收率提高2 0 * 一5 0 ，特别是对脂肪醛，产率有明显的提高。 n i l e s hb s h r i d a d i t 4 s l 使用f 矿k 1 0 体系，如下图所示，此体系在催化苄醇的 f r i e d e l c r a f t s 反应中，获得了很好的产率。 c a t a l y s t a m o u n to f f el o a d e d ( ) k 1 0 - f e 2 0 3 k 1 0 - f e 3 0 4 k 1 0 吖- f e 2 0 3 k 1 0 - f e a a 5 5 0 k lo f e 0 0 5 5 0 1 1 4 9 5 1 0 6 1 6 2 9 使用三价铁路易士酸催化剂促进氧化剂的氧化能力 m a r e 7 n 等i 蜘报道了使用f e ( n 0 3 ) 3 - f e b r 3 作为催化体系催化空气氧化硫醚到亚砜的过 程。该催化氧化体系有较广的使用范围，而且它使用空气作为氧化剂，避免使用过渡金 属氧化剂，在一定程度上更加绿色环保。最近，m a m n 等【5 0 】又报道了使用该催化氧化体 系氧化仲醇到酮的反应。该氧化体系在室温下使用，其突出的优点是它能够在伯醇存在 第一章综述 r 退 o r 以h ( 二) 多相三价铁试剂 较早的如c h o u d a r y 等嗽1 使用三价铁交换的m o n l m o d l l o n i t e 作为方便的多相路易士 酸催化剂催化芳环上的磺酰化反应，得到了不错的收率。d a n g 等嘟j 报道了硅胶吸附的 三氯化铁催化5 氨基- 4 ，6 - - - - - 氯嘧啶和各种醛的环化反应。 n h 2 r 2 - c h o - - - - - - - - - - - - n h - r 1 n 卜r 2 n r 1 最近，s h i | n i z t i 等州报道了f 矿一e x c h a n g e df l u o m t e t r a s i l i c i cm i c a 作为高效的可重复使 用的催化剂，在温和的条件下催化无溶剂的m i c h a e l 反应。该多相催化剂不仅使用方便而 且比均相三价铁催化剂如硝酸铁、氯化铁有更好的催化活性。 v a s s 等【6 5 j 报道了以氧化铝支持的f e c b 6 h 2 0 为多相催化剂，肼为还原剂在微波协助 下催化还原芳香硝基化合物到芳胺的反应。该反应具有快速、高效的优点。 综上所述，铁试剂以其优良的性能已在有机合成中有了广泛的应用。鉴于铁试剂本 身毒性较低、比较符合绿色试剂的要求，所以在绿色化学迅速发展的今天，对铁试剂的 研究必将更加深入，其发展必将更快，其应用范围必将更广阔。 1 2f e r r i e r 重排反应 碳水化合物也称为糖，它是由碳、氢、氧三种元素组成的。碳水化合物广泛存在于 自然界，它是生物的主要能量来源，植物细胞壁的“建筑材料”，也是工业原料之一。 在糖化学研究中，烯糖，如1 ，2 不饱和烯糖，作为戊糖和己糖的衍生物，是一种非常重 要的手性结构单元，它的出现引起了糖化学研究学者的极大兴趣。 在烯糖分子中，对其双键进行修饰，可以得到一系列衍生物，如2 脱氧糖苷或2 。3 不饱和糖苷等。烯糖的立体选择性糖苷化反应是制备糖苷的一种重要的、直接的、成熟 的方法。在糖化学中，2 ，3 - 不饱和糖苷嘲占有非常重要的地位，因为c - 2 和c - 3 的不饱 和键可以进行各种各样的官能团转化。1 9 6 9 年，f c r d e r 等【6 7 】使用烯糖与醇或酚在路易 6 a 赦 。页 c ，h，i 石 菸 。 = 9 ：1 ) 2 0 0 1 年，j h i l h s y a d a v 等【j j 报道了使用四氢铝锂正r a n ) 做催化剂，烯丙基三甲基 硅烷和各种烯糖合成不饱和c 二糖苷的反应。t a k h im 等 i t 0 等报道了y b ( o t f ) 3 催化下三 一d - 乙酰基- d 葡烯糖和三甲基硅烷基亲核试剂在室温条件下反应合成了不饱和c 糖苷。 室温离子液体( r t i l s ) 的出现，给我们提供了一种新的反应介质，并且也很有希望取 代普通的有机溶剂1 1 1 1 1 。离子液体本身的性质决定了它可以作为一种广泛的溶剂用于有 机合成1 1 1 2 ，1 1 3 1 、有机金属催化f 1 1 4 t t s 、生物转化作用等 1 1 6 ，1 1 7 1 。s i d d a m a n j a i a h 等1 1 8 1 使用 离子液体 b m i m b f 4 和 b m i m n t f 2 作溶剂，在y b ( o t f ) 3 催化下，也实现了葡烯糖的 c 糖苷化反应。 糖基氰化物是c - 糖苷的一种非常重要的中间体，因为氰基可以进一步的进行官能团 转化。糖基氰化物已经用来合成c 核苷抗生素及其类似物i t 嘲。m a s a h i k oh a y a s h i 等【1 2 0 l 在p d ( o a c h 催化条件下，使用烯糖和氰基三甲基硅烷反应，在加热的条件下，合成了 不饱和糖基氰化物。之后，同样是m a s a h i k oh a y a s h i 等【1 2 1 】报道了各种烯糖和氰基三甲 基硅烷在不使用催化剂条件下的糖苷化反应。此外，p d ( o a c ) 2 1 捌也可用来催化合成芳 p | r 埘 第一章综述 基化合物与乙酰化烯糖的重排反应，得到的产物均为伽构型的2 , 3 不饱和糖苷。 垒璺皇竺 1 0m 0 1 ，p d ( o a c ) 2 m e c h ，r t a r = - p h ，4 - m e o p h 2 - m e p h 4 - c f 3 p h 4 - c i 碘除了可以用来催化合成o - 糖苷，也可以用来合成不饱和c - 糖苷。r u n g d 协p h a s a c c n g 掣1 2 3 1 用碘作催化剂，3 , 4 , 6 三凸乙酰基d 葡烯糖和炔基硅烷反应来合成了c 不 饱和糖苷，产物均为a 构型。j s y a d a v 等n 2 a , l z 5 报道了使用i n b r 3 做催化剂下各种烯糖 和取代硅烷的反应，反应在室温条件下进行，产率高，具有很好的选择性。 + 一r 岽r 1 2 32 , 3 一不饱和譬糖苷的合成 硫苷是合成许多天然化合物的一种重要中间体，同样有着非常重要的地位。人们已 经使用s n c l 4 1 1 2 6 ，b f 3 - o e t 2 1 2 7 1 等催化剂来合成2 ，3 不饱和硫苷，近年来，b a b ub s 等【1 2 8 1 使用l i b f 4 作催化剂，在室温条件下实现了从3 , 4 ，6 三凸乙酰基d 葡烯糖和硫醇或硫酚 合成2 ，3 - 不饱和糖苷。s o m a kp a u l 等【1 2 9 报道了乙酰化烯糖和苄基烯糖在硝酸铈铵的 催化下和硫代乙醇的反应，在生成2 脱氧1 硫苷的同时，也有2 ，3 不饱和硫苷的生成， 但是2 , 3 - 不饱和硫苷的产率比较低，最高产率只有5 5 。 ! 些型! 旦出塑竺唑：璺苎坐 m e c n 0o d n ，1 5 h 臻r i 咄= a c , r r 2 2 ：= 撼滞 3 ：r 12b n ，r 2 = h r 3 = o b n 4 = r i = b n r 2 = o b n ，r 3 = h 蕊+ 籀r 4 1 2 ：r t 饿鲁 他髻 住害 1 6 量 1 7 是 凡 a c , r 25 h r a 2 0 a c s e t r 5 = h a c 。r 2 = h 。r a = o a c h ，r 5 ；s e t a c r 2 = o a c r a = h s e tr 5 = h a c r 22 0 a c 。r a 2 h h ，r s = s e t b n r 2 = o b n r 3 = h s e t r 5 = h b n r 2 = o b n 。r 3 2 h h ，r s = s e t 讹呲洲蛳咖州科 瓣攀一 =：， 凡凡凡艮凡凡r凡艮mrmr ， 霞t&袅 第一章综述 1 2 42 , 3 不饱和- 糖苷的合成 和其他d ，c ，不饱和糖苷一样，2 ，3 不饱和- 糖苷也是核苷中重要的糖苷元， 广泛地存在于许多药剂如抗生素、抗肿瘤或抗病毒药物中n 3 0 l 。然而在众多的糖苷化反 应中，许多的f e f r i e r 重排反应是关于d - ，c ，墨不饱和糖苷的合成，很少有关于2 3 不饱和糖苷的合成。2 0 0 4 年，s c h a n d r a l d l a r 等】报道了在b ( c 6 f 5 ) 3 催化下3 , 4 , 6 三d - 乙酰基- d 葡烯糖和各种氮亲核试剂的反应。 + r - n h 2 一b ( c s f s ) 3 ( 0 5m 0 1 ) c h 3 c n l t o a c r = a r s 0 2 o r c b z o r b o c 叭0 、丫m 、r 脚- 综上所述，f c r r i e r 重排反应使用的催化剂包括路易士酸和氧化剂等。有些催化剂存 在价格昂贵、不稳定、选择性低，有些反应条件苛刻等缺点。因此，我们力求寻找一种 低廉、有效、环保、选择性好的催化剂，以适应现代社会对绿色化学的要求。 1 4 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e a x i e r 重捧反应 2 乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e r r i e r 重排反应 2 1 前言 砚a c o 、 yv 器o a c 晋移v 2 2 实验部分 2 2 1 测试仪器及使用条件 ( 一) 核磁共振谱用b m k 盯a c4 0 0 核磁共振仪测定，t i v i s 为内标，c d c b 或d m s o - d 6 为溶剂； ( 二) 质谱用i - 1 p 5 9 8 9 b 型质谱仪测定。 2 2 2 有机溶剂中f e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 催化下的f e r r i e r 重排反应 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f c n i c r 重捧反应 ( ) 反应机理： + r j o h f e 2 ( s 0 4 ) 3 - x h 2 0 m e c n 6 0 o c 1 ( 二) 所用试剂： 所用试剂均为市售分析纯试剂，使用前均经无水处理；3 , 4 ，6 三d 乙酰基m 葡烯糖 为进口试剂。2 ，3 - - o - 乙酰基尿苷根据文献已有方法自己合成。 水合硫酸铁为分析纯试剂，f c ( ) 的含量为2 1 2 3 ； 乙腈 丸l 乙天津科密欧试剂公司 乙醇 a r 北京化工厂 丙醇 a i 乙 ， 北京化工厂 异丙醇 a i 乙天津科密欧试剂公司 丁醇 a &北京化工厂 异丁醇 a &上海试剂一厂 环己醇 a 1 乙 上海试剂一厂 苯甲醇 a 北京化工厂 烯丙醇 a &上海化学试剂采购供应站 2 氯乙醇a 北京化工厂 ( 三) 实验步骤： ( 1 ) 2 ，3 - 二d _ 乙酰基尿苷的合成 在2 5m l 圆底烧瓶中加入尿苷4 8 8m g ( 2r e t 0 0 1 ) ，三苯基氯甲烷6 6 8m g ( 2 4 m m o o ，毗啶8m l ，在8 0 c 条件下搅拌回流过夜，然后粗分得到产品l ；然后将1 溶解在 8m l 吡啶中，加入过量醋酸酐，加入1 0t 0 0 1 4 - _ - q j 基氨基吡啶m a p ) ，室温下反应 2 4 h ，然后粗分得到2 ；将2 溶解在二氯甲烷中，使用水合氯化铁作催化剂室温搅拌反应 3 0 分钟即可得到3 ，柱层析纯化。 1 6 玻 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f c n i c r 重捧反应 lt 垒t ( a ) t r c i p y d d i n e , 8 0 c ；( b ) a c 2 0 d m a p p y r i d i n e ；( c ) f e c l 3 6 h 2 0 ，c h 2 c 1 2 ； ( 2 ) 3 , 4 ，6 - 三d 乙酰基d 葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e r r i e r = 重_ 排反应 在5 m l 的圆底烧瓶中加入3 4 ，6 - 三凸乙酰基d 一葡烯糖1 0 0n a g ( o 3 7r e t 0 0 1 ) ，醇1 1 0 m m o l 和1 9n a g ( o 0 0 3 7m m 0 1 ) l 1 蚓的水合硫酸铁粉末，最后加入乙腈2m l ，然后在6 0 1 2 条件下搅拌。整个反应过程用t l c 检测，使用高锰酸钾溶液或磷钼酸的乙醇溶液显色。 当反应原料点完全消失时，停止反应。滤出催化剂，并用干燥的丙酮洗涤，以备下次使 用。混合滤液，滤液经饱和食盐水洗涤后用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，浓缩后使用硅 胶柱色谱分离( 使用石油醚乙酸乙酯体系为展开剂) 。得到纯品。 2 3 结果和讨论 ( i 一) 我们以水合硫酸铁为催化剂，在6 0 c 的条件下进行了各种醇和3 , 4 ，6 - 三一d 乙酰基 _ d 葡烯糖的f e r r i e r 重排反应。制备了l o 种2 ，3 一不饱和糖苷，结果列于t a b l e1 中。 t a b l el 水合硫酸铁催化下3 , 4 ，6 三一凸乙酰基- d 一葡烯糖的糖苷化反应 c o n d i t i o n 。 e n t r y s u b s t r a t ea l c o h o lp r o d u c t t u n ey i e l d ( 呦6 2 3 h o 、 l a h o l b l e 囝 2 a 糊 丫d 、1 o 脚u 2 b 瑚、丫，o 、y 7 脚l 、l 2 e 29 l 28 4 1 7 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f c n i c t 重捧反应 。a l lt h er e a c t i o n sw e r ep r o c e 越e da t6 0o c “i s o l a t e dy i e l d s , a l lp r o d u c t sw e r ec h a r a e t e r e db y1 hn m ra n do n l yao b s e r v e d 。t h ey i e l d s 黼b a s e do nt h e7 0 0 , 6c o n v e r s i o nr a t e so f n u c l e o s i d e 从实验过程和t a b l e1 的数据我们可以得出以下结论： ( 1 ) 在2 3 不饱和糖苷的制备过程中，由于水合硫酸铁不溶于乙腈和醇的液相，其在反 应过程中始终呈固态粉末状分散于反应体系中，所以水合硫酸铁在该体系中是作为一种 多相催化剂使用，使催化剂的回收利用非常方便。 1 8 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e r d e r 重捧反应 ( 2 ) 水合硫酸铁作为多相催化剂可以高效地催化2 ，3 不饱和糖苷的合成，反应在6 0 条 件下进行，反应产率良好，大多数反应时间较短，并且具有很好的选择性，所得到的2 ，3 一 不饱和糖苷均为m 构型。 ( 3 ) 此反应在该条件下有一定的化学选择性。对于氧化基敏感的官能团( 如双键) 以及 卤素等在该反应条件下均可完好的保存下来。 ( 4 ) 相对于文献报道的合成方法来说，在水合硫酸铁催化下的f e r r i e r 重排反应，我们得 到的是单一构型的2 ，3 不饱和糖苷，所得的产物均为似构型。 ( 5 ) 我们以水合硫酸铁为催化剂，也尝试了3 ，4 ，6 三o 乙酰基d 葡烯糖和肛亲核试剂或 酚在6 0 ( 2 条件下的反应，但遗憾的是，对甲苯磺酰胺、磺胺或苯酚在乙腈中和3 , 4 ，6 - 三 d 乙酰基d 葡烯糖既不发生重排反应，也不发生加成反应。 ( 二) 我们以0 1 8m m o l 葡烯糖、o 5 4m m o l 乙醇和0 0 0 1 8m m o l 水合硫酸铁为原料，在6 0 1 2 条件下考查了溶剂对反应的影响，结果列于t a b l e2 中。 t a b l e2 各种溶剂对合成2 ，3 不饱和糖苷反应的影响 n o 溶剂 反应时间( m i n )产率( ) l丙酮607 6 2二氯甲烷6 06 5 3m - 二甲基甲酰胺6 0 4 四氢呋喃 6 0 5乙腈 6 0 8 6 从t a b l e 2 可以看出，同样的条件下，在反应6 0 分钟后，葡烯糖和乙醇在乙腈溶剂 取得了比较好的结果，最高产率达到8 6 。而在四氢呋喃和m - 二甲基甲酰胺中，此反 应却不能进行。我们推测可能是由于四氢呋喃和m l 二甲基甲酰胺提供的弱碱性环境， 使催化剂水合硫酸铁失效，致使该反应不能进行。 ( 三) 我们以0 3 6 7m m o l 的葡烯糖和1 1 0 1m m o l 的乙醇为原料，考察了催化剂的用量对 反应的影响，结果列于t a b l e3 中。 t a b l e 3 水合硫酸铁用量对乙酰基葡烯糖糖苷化反应的影响 n o a l c o h o l f 咄驴嚣 1 c h 3 c h 2 0 h 0 5 7 8 2 c h 3 c h 2 0 hl8 6 3 c 8 3 c h 2 0 h2 8 6 4 c h 3 c h 2 0 h 58 5 5 c h 3 c h 2 0 h 1 08 6 1 9 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e r r i e r 重捧反应 。r e a c t i o nw g l ep e r f o r m e du s i n g3 , 4 ，6 - t d - o - a c e t y l - d g l u c a l ( o 3 6 7m m 0 1 ) ，e t h a n o l ( 1 1 0 1 m m 0 1 ) a n df e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0i na n h y d r o u sa c e t o n i t r i l ea t6 0o ca n dw e r eq u e n c h e da f t e r6 0 m h b i s o l a t e dy i e l d s 从t a b l e3 可以看出，催化剂水合硫酸铁的用量相对较少。对于同样数量的底物，l t 0 0 1 量的催化剂已经可以高效的催化该反应过程；经过进一步实验发现，0 5m 0 1 催化 剂量的水合硫酸铁就可以催化该反应并且得到很好的产率，但反应时间需要适当的延 长。 ( 四) 同时，我们以0 3 6 7 m m o l 的葡烯糖和1 1 0 1m m o l 的乙醇为原料，在1 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 ( 1 9 m g ，lt 0 0 1 ) 催化下考察了温度对反应的影响，结果列于t a b l e 4 中。 t a b l e4 水合硫酸铁催化下温度对乙酰化葡烯糖糖苷化反应的影响 n o a l c o h o l 肆菡游 l c h 3 c h 2 0 h 4 02 1 0 7 2 2 c h 3 c h 2 0 h 5 01 0 08 2 3 c h 3 c h 2 0 h 6 06 08 6 4 c h 3 c h 2 0 h 8 06 08 6 。i s o l a t e dy i e l d s 从t a b l e4 可以看出，反应在6 0 0 c 进行时，6 0 分钟即可完成反应，取得最好的收 率，但是如果降低反应温度，需相应地延长反应时间，并且得不到最好产率。同时，我 们也在室温条件下进行了该反应，但是反应时间长，并且有其他副产物的产生。 ( 五) 我们以乙酰化葡烯糖和乙醇反应为例考察了催化剂水合硫酸铁重复使用情况。我们 对回收来的催化剂未进行任何处理，直接用于下一轮反应中，实验结果列予t a b l e5 中。 t a b l e5 水合硫酸铁的回收和再利用 r o u n ds u b s u a t e r e p 蛐o v e r o t l n l 尹l n器 t g liii 铀j 1 c h 3 c h 2 0 h 0 0 3 2 86 08 6 2c h 3 c h 2 0 h0 0 3 2 66 08 5 3c h 3 c h 2 0 h0 0 3 2 57 08 5 4 c h 3 c h 2 0 h 0 0 3 2 28 0 8 4 t h er e a c t i o n sw e r ec a r r i e do u ta t6 0o c bi s o l a t e dy i e l d ：a l lt h e p r o d u c t sw e l ei d e n t i f i e db y1 hn m r 催化剂方便的回收和高效的重复使用是绿色化学倡导的一个方面。从实验过程和 t a b l e 5 的数据中可以看出，我们使用的催化剂水合硫酸铁在反应结束后很容易回收，而 且不需要任何活化就可高效地重复利用。回收的催化剂水合硫酸铁在循环使用4 次时仍 然有很高的催化活性。 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸铁催化下的f e r d e r 重拌反应 综合考虑催化剂的高效、廉价、低毒和方便回收利用等特点，温和的反应条件，简 便的操作过程和较短的反应时间以及好的收率，上述水合硫酸铁催化合成2 ，3 不饱和糖 瞀的方法为这类化合物的制备提供了一个比较绿色的合成方法。 ( j ) 水合硫酸铁催化的f e r r i e r 重排反应机理推测和产物的构型分析 警k 两1 旦a e o 0 0 a r 乙酰化葡烯糖在路易士酸的催化下，c 3 上的- o a c 基团离去，形成了一个离域的正 离子中间体，亲核试剂进攻c l ，由于热力学控制和端基异构效应，形成稳定的0 【构型 2 ，3 不饱和产物。据文献报道，c x - 构型的2 ，3 不饱和糖苷和d 构型的2 , 3 不饱和糖苷可以 分别由o l l 5 和5 王l o 的构象来确定。在1 h n m r 图谱中，产物构型可以由h - 4 和h - 5 的偶 合常数来确定。在我们的实验过程中，各种亲核试剂和烯糖反应得到的产物，其偶合常 数 5 均在9 6 1 0h z 之间，h - 4 和h 5 处在反式直立键位置，因此，我们确定得到的 2 。