（有机化学专业论文）一种新型无气味代硫醇试剂的醛酮保护、脱保护反应.pdf

摘要 羰基化合物的保护、脱保护反应在有机合成，尤其在多步合成或天然产物的合成中 有重要的、广泛的应用。因为，它不仅是保护羰基化合物的一种方法，而且其产物也是 重要的有机合成中间体。但是，这些羰基保护反应中所用试剂大多为硫醇。由于分子量 较小的硫醇易挥发、易燃、具有恶臭气味、有毒，不仅对环境造成污染，而且危害使用 者的健康。所以为了发展绿色化学，一些研究者已经开始致力于无气味的硫醇替代试剂 的研究。 同时，针对环境保护问题，水介质中的有机反应已经成为有机合成的研究热点，与 有机溶剂相比，水具有价廉、安全环保、可实现在有机溶剂中不能实现的一些反应和反 应选择性等优点。 随着世界范围内对环境问题的重视，本论文以发展绿色化学为目的，系统的研究了 经济易得、无气味、稳定的3 一( 2 ，4 一二氧一8 ，1 0 - - - 噻螺 5 ，5 十一烷- 9 - 亚甲基) 一2 ，4 一 戊二酮在羰基保护方面的应用，而且对其脱保护反应也进行了实验研究。该实验通过增 长碳链避免了有毒、有臭味硫醇的使用；而且利用相转移催化剂实现了水做溶剂的有机 反应，避免了有毒有机溶剂的使用，对环境保护和人类的健康有重要意义。由于实验方 法简单、条件温和、反应快速。因此，这类新的无气味代硫醇试剂在基础研究和实际应 用中都具有较好前景。 关键词：羰基保护脱保护；绿色化学；水介质；代硫醇试剂 a b s t r a c t t h i o a c e t a l sh a v e b e e ne x t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e da sc a r b o n y lp r o t e c t i o ng r o u p s a n d v e r s a t i l ei n t e 肌e d i a t e si nt h es y n t h e s i so fm u l t i f u n c t i o n a lc o m p l e xm o l e c u l e sa n dn a t u r a l p m d u c t s u n f o r t u n a t e l y ，t h e c o n v e n t i o n a lm e t h o d ss u f f e rf r o mt h e u s eo fv o l a t i l e ， f o u l s m e l l i n g ，l o wm o l e c u l a rw e i g h tt h i o l s t h a tc a nl e a dt os e r i o u ss a f e t ya n de n v i r o n m e n t p r o b l e m s t or e s o l v et h e s ed r a w b a c k s ，s o m ea t t e m p t sh a v eb e e nm a d et od e v e l o po d o r l e s s s u b s t i t u t e sf o rt h e s eo b n o x i o u st h i o l s o r g a n i cr e a c t i o n si nw a t e rw i t h o u tt h eu s eo fa n yo r g a n i cs o l v e n th a v eb e e nr e c e i v e d m u c ha t t e n t i o nd u r i n gt h ep a s td e c a d e s c o m p a r e dw i t ho r g a n i cs o l v e n t ，i th a st h em e r i to f e a s i l ya v a i l a b l e ，c h e a p ，s a f ea n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t 。i t c a l la l s oa c h i e v es o m ep r o d u c t w h i c hc a n n o tb ea c h i e v e di no r g a n i cs o l v e n t s w i t ht h ew o r l d w i d ea t t e n t i o no ne n v i r o n m e n t a li s s u e s ，t od e v e l o pg r e e nc h e m i s t r y , w e h a v es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yt h ea p p l i c a t i o no fc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l e ，o d o r l e s sa n ds t a b l e 3 - ( 2 ，4 - d i o x a - 8 ，1 0 d i t h i a s p i r o 5 5 u n d e c a n 9 一y l i d e n e ) p e n t a n e - 2 ，4 - d i o n e i np r o t e c t i n g t h e c a r b o n y lg r o u p so fa l d e h y d 【e s k e t o n e s ，a v o i d i n gt h eu s eo f n o x i o u st h i o l s i nm yw o r k ，an e w t h i 0 1e q u i v a l e n tb a s e do na l p h a o x ok e t e n ed i t h i o a c e t a l sw a sd e v e l o p e da n dt h ep r o t e c t i o n a n dd e p r o t e c t i o nr e a c t i o n so fa l d e h y d e sa n dk e t o n e sw e r es u c c e s s f u l l yc o n d u c t e di nw a t e r t h ee x f l e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h i sn e wt y p e o ft h i o a c e t a l i z a t i o nr e a g e n tl s e f f i c i e n ta n dp r a c t i c a li nw a t e r a s s o c i a t e dw i t hm i l dc o n d i t i o n s ，s i m p l ep r o c e d u r e ，h i g hy i e l d ， a n de n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nr e a g e n t s ，t h i sn o v e lt h i o a c e t a l i z a t i o np r o v i d e s ac o n v e n i e n t p r o t o c o lf o rt h es y n t h e s i so ft h i o a c e t a l sa n dt h ep r o t e c t i o no fc a r b o n y lc o m p o u n d sw i t hh i g h c h e m o s e l e c t i v i t y k e y w o r d s ：c a r b o n y lp r o t e c t i o n ；d e p r o t e c t i o n ；g r e e nc h e m i s t r y ；w a t e r ；t h i o le q u i v a l e n t s l i 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东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电子 版，允许论文被查n , n 借阅。本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编本学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学 位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版 发行和提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：珏、 指导教师签名： 日 期：坦墨生：坟； 日 期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 缇巫 铝一 差 东北师范大学硕士学位论文 第一章前言 一、羰基保护与脱保护的进展 随着有机化学的发展，在合成中涉及的底物分子结构越来越复杂，官能团的种类和 数目也越来越多，这样对反应的选择性提出越来越高的要求。同时也为保护基团化学的 发展提供了机会。保护基团的使用是否得当在很大程度上对整个合成工作的成败有与足 轻重的影响。 1 1 缩醛酮类保护基团 p o t a 等【l 】人发现使用催化量的t i c l 4 在n i l 3 或e t 3 n 存在下的甲醇溶液中可以将醛顺 利的保护，后来他们对一系列酮类化合物的缩酮也进行了研究。( 图卜卜1 ) o 少h 1 x 2_ k a n e d a 小组【2 1 发现t i 4 + 蒙脱土( t i 4 + - m o m ) 作为非均相催化剂可以高效的将羰基化 合物转化为相应的乙二醇的缩醛酮，具有反应时间短、收率高、后处理简单等优点。而 且具有化学选择性，醛羰基优先于酮羰基，非共轭酮羰基优先于0 c ，d 一共轭酮羰基。( 图 1 - 1 - 2 ) o 3 c h 。勰：。h o t o i u e n e ，r e f i u x lh t i 4 + m o n t h o ( c h 2 ) 2 0 h n h e x a n e r e f l u x 4 56 图1 - 1 - 2 k a r i m i 和g o l s h a n 将1 ，3 一丙二醇两端羟基做成t m s 醚后与醛在含有3m 0 1 的碘的 丝酬m 一甜 j 祟 m 竺的一m 东北师范大学硕士学位论文 二氯甲烷溶液中反应，得到了与其的缩醛，但是酮类的反应很差。 &ph o ) l l 八j 图1 - 1 3 。丫。 吉u n 1 0 7 7 y i e l d n p 1 1 2 3 y i e l d 后来b a m 等对单质碘催化的缩醛酮反应做了更深入的研究。他们使用的醇是未经 活化的乙二醇。结果显示，用1m 0 1 的碘在乙二醇中反应，脂肪族和芳香族的醛和酮 都能很好的形成相应的缩醛酮。( 图i - 1 - 4 ) 如果碘的用量加大到5m 0 1 反应加速。用 羟基酸代替乙二醇，在四氢呋喃溶液中也得到较高产率的相应产物。如果不加碘，反应 不会发生。在体系中加入k h c 0 3 则完全猝灭反应，这样表明也许原位生成的h i 是真正 的催化物种，但是直接加入催化量的h i 代替单质碘时预期产物产率很低，所以真实的 机理还未确证。 1 2 v - 1 八r ，焉a ss o l 矛v e n t 1 2 h o h o h t h f - - 1 2 ( 5t 0 0 1 ) 图1 1 _ 4 1 3 q h 心 r o x o r r 1 = p h , m e r = a l k y l 1 4 m o h a n 小组【3 】发现0 1m 0 1 的b i ( o t f ) 3 - 4 h 2 0 可以有效的催化醛或酮与原甲酸三甲 2 檗一 几 融 。八 东北师范大学硕士学位论文 酯或7 , - - 醇反应，而且不需要使用苯做溶剂。b a n i k 等用o 1m 0 1 的b i ( o t f ) 3 在t h f 溶 液中也能高效的将羰基化合物转化成相应的产物。( 图1 - 1 5 ) o h ( r 2 0 ) 3 c h b i ( o t f ) 3 4 1 - 1 2 0 h o ( c h 2 ) 2 0 h b i ( o t f ) 3 4 h 2 0 图1 - 1 5 r 2 0 、，o r 2 r x r 1 5 y o o n 等发现癸硼烷在原甲酸三甲酯存在下在甲醇中能有效的催化羰基化合物的缩醛 酮化反应。而且在室温下反应大多只需几分钟时间就可以完成。( 图1 - 1 - 6 ) b 1 0 h 1 4 - - - - - - - - - - - - - ( m e o ) 3 c h m e o h 图1 1 - 6 _ e 将缩醛酮转化为相应的羰基化合物传统方法主要问题是选择性差，容易发生副反 应，近年来发展的脱保护反应大多采用具有l e w i s 酸性的盐类来代替传统的质子酸。 m o h a n 小组【4 5 】报道了用b i 俏0 3 ) 5 h 2 0 作催化剂来水解一系列缩酮。t b s 和t h p 等 羟基保护基以及羰基化合物与乙二醇形成的缩酮在此条件下不受影响，并且 b i ( n 0 3 ) 5 h 2 0 毒性比较小，价格便宜，使用、保存都很方便，反应的后处理也很方便。 随后又发现b i ( n 0 3 ) x h 2 0 的活性比b i ( n 0 3 ) 5 h 2 0 高，只需o 1 1m 0 1 就可顺利进行。 ( 图1 1 - 7 ) r 认o m e b 石i ( n o 3 ) 5 h 2 0 1 1 8 几苓 民 。人心 东北师范大学硕士学位论文 _ e 警1 - 1 21 2r 。r 1 乙乙 1 6 图1 - 1 7 1 2 p r o c o p i o 小纠6 1 发现5m 0 1 的c e ( o t f ) 3 在用水饱和的硝基甲烷溶液中也能水解缩醛 酮。前面提过的癸硼烷如果改用含水四氢呋哺做溶剂则可用于某些芳香类的甲醛酮的脱 保护。( 图1 - 1 8 ) b 1 0 h 1 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一i d , - t h f h 2 0 图1 - 1 8 1 2 b h o s a l e 等【7 j 用硅胶负载的m 0 0 3 ( m 0 0 3 s i 0 2 ) 在体积比为1 0 ：3 的a c e t o n e h 2 0 中回流 水解了一些苄位的乙二醇缩酮，高产率的得到了相应的产物。 1 。2 硫缩醛酮类保护基团 与缩醛酮类保护基相比，硫缩醛酮类保护基的主要优点是比较容易形成而且有可 能通过氧化等非酸性、比较温和的条件下去除。 k h a n t s j 等报道用n i c l 2 6 h 2 0 作催化剂能有效的催化醛的硫缩醛话反应。当醛、酮羰 基共存是，反应优先发生在醛羰基上。 f i r o u z a b a d i 等用属于杂多酸类的钨磷酸做催化剂，在无溶剂条件下也顺利的使羰基 化合物与乙二硫醇反应。大多数情况下只在几十分钟就可以完成，而且产率比较高。 s a t o 等发现l i b f 4 也是比较好的催化剂，醛、酮在无溶剂条件下用催化量的l i b f 4 在室温下反应1h 左右，所预期的产率可高达7 4 1 0 0 。( 图1 - 1 9 ) n h + r 人or ，詈q 。 图l 一1 - 9 4 1 9 凡 。人 艮 。= 。+ 二嚏h s r 告x ) 三。，o r 三 由于催化剂在该反应中扮演重要角色，所以人们对该反应的研究主要集中在催化剂 地开发上，以便获得温和的反应条件和高度的化学选择性。已报道的催化剂有多种，例 如b f 3 e t 2 0 1 5 】、i n c l 3 f 1 6 1 、s c c l 3 【1 7 】、i n b r 3 18 1 、l i b r 19 1 、l i b f 4 【2 0 1 、s c ( o t f ) 3 【2 l 】、p r ( o t f ) 3 【2 2 】、 y r ( o t f ) 3 【2 3 】、l i c l 0 4 【2 4 1 、z r c h s i 0 2 【2 5 1 、s o c l 2 一s i 0 2 【2 6 】、p p a s i 0 2 【2 7 1 、h yz e o l i t e 2 8 1 、 p p s e 【2 引、n b s 【3 u j 、h 3 p w l 2 0 4 0 3 i 等路易斯酸或固体酸。使用他们做催化剂，反应条件温 和，操作简单，产率高。其中s c c l 3 【1 7 1 、i n b r 3 【1 8 1 、l i b r 19 1 、l i b f 4 【2 0 1 、s c ( o t f ) 3 【2 1 】、s o c l 2 s i 0 2 【2 6 】 和n b s 3 0 j 催化反应时，对醛和酮官能团有高度的化学选择性( 图卜2 2 ) 。 6 东北师范大学硕士学位论文 d c 时。文 3 l3 2 沁c h 。 3 5 h s ( c h 2 ) n s h ，n = 2 ，3 h s ( c h 2 ) 。s h ，1 1 = 2 ，3 o “+ o p “ ( 9 0 ) 3 3 ( o ) 3 4 “吣 3 63 7 图1 2 2 另外，单质碘也能催化羰基化合物的缩硫醛酮化反应【3 2 , 3 3 】。用碘作催化剂的突出 优点是缩硫醛酮化反应的选择性好，不仅缩酮与酮羰基之间有好的选择性，而且无论 对分子间的酮羰基之间还是分子内的酮羰基之间都有高度的化学选择性( 图1 - 2 - 3 ) 。 o + t + 3 9 o 4 l4 2 4 5 h s ( c h 2 ) 3 s h - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 2 。r t 1 0m i n ( i ) h s ( ch 2 ) 3 s h 1 2 厂刚f ( i i ) n a b h 4 图1 2 3 + ( 9 8 ) 4 03 9 o h ( 9 9 0 1 0 ) 4 3 + ( 9 6 ) 4 6 随着全球范围对环境问题的日益重视，人们探索了羰基化合物缩硫醛酮化绿色化 学反应。例如，s i n g h 、z a h o u i l y 和s a t o 等人分别研究了无溶剂c u ( o t f ) 2 s i 0 2 、1 2 n p q 网黼 东北师范大学硕士学位论文 和l i b f 4 催化的羰基化合物缩硫醛酮化反应，取得很好的结果。其中，1 2 n p 和l i b f 4 催化的反应中，醛和酮官能团之间有较好的化学选择性；k a m a l 等人首次报道了在离子 液体 b r n i m p f 6 中，室温条件下s c ( o t f ) 3 催化的羰基化合物缩硫醛酮化反应【3 4 1 ；继 k a m a l 工作之后，y a d a v 等人开发了室温离子液体 b m i m b f 4 既作反应介质又作催化剂 的羰基化合物的缩硫醛酮化反应【3 5 1 ，反应中t b d m s 、p m b 、t h p 、m o m 、c n 等 基团保持不变。离子液体 b m i m p f 6 】和 b m i m b f 4 都能被回收，重复使用，从源头上 杜绝了有害物质向环境的排放。 2 2 硫醇与o ，o 缩醛、o ，s 缩醛、腙、肟的缩硫醛酮化反应 s ，s 缩醛、o ，o 缩醛、o ，s 缩醛、腙、肟都是保护醛或酮的方式【3 6 】，广泛被应用 在有机合成中。最近，一些科研工作者致力于由o ，o ，缩醛、o ，s 缩醛、腙和肟向缩硫 醛或酮转化反应的研究。这是因为：( 1 ) s ，s 缩醛在酸性或碱性条件下是相对稳定的。 在多步合成中，由于反应条件的变化也经常需要从一个保护基团转变到另一个基团【3 7 】； ( 2 ) 腙和肟也能以非羰基化合物为原料制备 3 8 , 3 9 】，因此，腙和肟的缩硫醛酮化反应提 供了一种以非羰基化合物为原料直接制备s ，s 缩醛酮的方法。有关报道概括在t a b l e1 中。 t a b l e1o ，o 一缩醛，o ，s 缩醛，腙肟的缩硫醛酮化 x r 少盹一 - i-r 4 7 e a s y x c a t a l y s t y i 出r e f e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n( ) l ( o m e h ( o a c h ，- o ( c t - 1 2 ) 2 0 - ， h 3 p w l 2 0 4 | 0 8 8 - 9 97 8 - o ( c h _ , ) 3 0 一，- o ( c h , ) 2 s - r s h n e a t r lh n i n - 2 4 h 2 ( o m e ) 2 ( o a c ) 二，( o e 0 2 ，- o ( c h , ) 2 0 -1 2 8 8 - 9 68 0 ，一o ( c 琏) 3 0 一- o ( c h _ o , s - r s h 。c h c h 。t 】 3 ( o m 晓( o e 现- o ( c h 9 2 s - 。 t r i c h l o r o i s o c y a n u r i ca c i d 8 8 - 9 68 8 - o ( c 礓) 3 0 。- ( o c h c ( c h 2 0 k 【r s h c h c h r , l1 - 2 9h 1 4 ( o m e ) 2 - o ( c h _ , ) 2 0 -m 邸r 2 ，【r s h e h o r t ；1 0 - 3 0n f i【l 事8 9 7 8 9 5 ( o m e h ，( o e 晚一o ( c h ：) 2 0 -i n c l 3 8 5 9 36 3 【r s h c ：h 4 c h r e n 甄7 15 m i n i 6 ( o m e ) 二- o ( c h 2 ) 2 0 ，n - o h - n - n h - ir c l a y r s h c c h r e f l u x 。4 l l 】 7 5 9 49 0 7n - r r ” b f 3 e t 2 07 【r s h c h c i , 。t 】 8 4 - 9 69 1 2 3 无气味的硫醇替代试剂的发展 8 东北师范大学硕士学位论文 硫醇作为重要的有机合成试剂一直受到人们的广泛关注。但是，由于分子量较小的 硫醇易挥发、易燃、具有恶臭气味、有毒，不仅对环境造成污染，而且危害使用者的健 康。所以，一些研究者已经开始致力于无气味的硫醇替代试剂的研究。迄今为止在这方 面的研究，概括起来有两个研究方向：一是进行无毒、无气味的硫醇化改造；二是合成 无气味的亚磺酰化试剂，在有机合成中，替代有恶臭气味、有毒的硫醇。 2 3 1 无气味的硫醇的合成与应用 最近几年，n o d e 和b e r t i n i 两个课题组一直从事无气味的硫醇替代试剂的合成与应 用研究，取得一系列研究成果。 n o d e 和合作者通过增加硫醇烷基链的长度或在芳环上引入烷基硅烷的方法合成一 系列无气味的硫醇替代常用的有臭味的乙硫醇、苄硫醇和硫酚。他们通过研究发现，烷 基硫醇的臭味与烷基链的长度有关，即随着烷基链的长度增加，硫醇的臭味减弱，当链 上有十二个以上碳原子时，硫醇就无气味了。最后他们选用经济实用的卜十二烷基硫醇 ( c 1 2 h ：s s h ) 作为有臭味的乙硫醇的替代物，并把它应用到脱甲基化反应( 图1 2 - 4 ) ，以及 s w e m 和c o r e v 埘m 氧化反应中1 4 0 j( 图1 2 5 ) 。 r o m e o r a l c l 3 i 十二烷基硫醇 - - - - - - - - - - - - - l 卜 r t 1h r = m e9 5 r = b n9 7 r = m o m9 6 3 2 c 0 2 m e a i c l 3 i 十二烷基硫醇 r t 4 5h 图1 2 - 4 9 h o h o 3 1 c 0 2 m e 7 7 h 东北师范大学硕士学位论文 c h 3 f i k 2 c 0 3d m f9 3 r 1s 少v 八八 曩玉t n a l 0 49 9 卜o h r r 2 s 八八八 亨 图1 - 2 5 在上述研究结果的基础上，他们又通过下列过程合成了苄硫醇的替代物：无气味的 4 一正庚烷基苄硫醇3 7 ( 图卜2 6 ) 【4 1 1 。此合成过程不使用有臭味的试剂和产生有臭味的 中间体，因此可进行大规模的工业生产。 等f i n - c - ，7 c u b r m e 2 sr 、鸨 _ - l e t l l e r ，o ， 图1 - 2 6 宅r i n c h l sf 1 ) 6 n a o h r h 5 中 s h 3 7 b e r t i n i 等人以经济易得的4 氯甲基苯乙烯为原料经过六步反应制得了含有1 ，3 丙 二硫醇的高分子试剂，但是由于巯基易被氧化的不稳定性，必须在氮气氛围中保存【4 2 】。 在探索绿色的硫缩醛酮化反应中，除了b e r t i n i 报道的无气味的含有1 ，3 丙二硫醇 的高分子试剂的硫缩醛酮化反应外，还有s h i n d e 和m a n a b e 等人报道的在水相中的硫缩 醛酮化反应【4 3 1 。但是，在这些反应中仍然是使用有臭味的硫醇作原料。 我们在拓展0 【羰基二硫缩烯酮在有机合成应用过程中，进行了无气味的羰基二硫 缩烯酮作硫醇替代试剂在有机合成中的应用研究，目的是发展绿色化学，丰富仅羰基二 硫缩烯酮在有机合成中的应用。首先研究无气味的0 c 羰基二硫缩烯酮作硫醇替代试剂的 硫缩醛酮化反应。车广波等人由羰基二硫缩烯酮出发合成了化合物3 8 ，并把它应用 1 0 、j _ a v i 卜 呼叭一同o u q m o e 一旧u塑忠 钳 东北师范大学硕士学位论文 到硫缩醛酮化反应中实现了对醛酮基的化学选择性保护4 4 1 。孙然等采用化合物3 9 作 为无气味的硫醇替代试剂成功实现了对醛酮基的化学选择性保护【4 5 1 ( 图1 2 7 ) o r 少心+ c ic l 3 8 oo 叱嚣 x - - - - - - - - - - - 卜 c h 3 0 h 一 、口 2 83 9 其中：r 12a r y l 、a l k y l ；r 2 = h 、a r y l 、a l k y l 图1 2 7 2 9 2 3 2 无气味的亚磺酰化试剂的合成与应用 亚磺酰化试剂在有机合成中能替代硫醇把含硫的官能团引到化合物中，合成理想的 硫化合物【4 6 】。常用的亚磺酰化试剂主要有亚磺酰氯、硫代磺酸盐、亚磺酰胺、芳基二硫 化物等。一般来说，芳基二硫化物【4 7 】、分子量较大的亚磺酰胺4 8 1 是无气味的。 最近，对于无气味的亚磺酰胺作硫醇替代试剂的合成与应用研究，t a n a k a 和s h i m a d a 做了大量工作【4 8 4 9 1 。 t a n a k a 等人以苯磺酰氯4 0 和2 一( 氮一乙氰) 噻唑烷4 1 为原料，在乙醇中，三乙 胺存在下高产率制得的3 一苯硫基- 2 - ( 氮一乙氰) 噻唑烷4 2 ( 图1 - 2 - 8 ) ，它是无色无气 味的、稳定的晶体。 。啊7 c n n ( e t ) 3 nil7cnphsci + h n 火s 晋眦、n 火s 4 04 1 图1 2 8 1 l 4 2 东北师范大学硕士学位论文 4 2 能与当量的胺、硫醇、酮和酯反应，分别高产率地得到亚磺酰胺、不对称的二硫 化物和仅，1 3 羰基硫化物。其中，当4 2 与酯反应时，通过控制4 2 的量可分别高产率得到 具有活泼亚甲基的酯的单硫化产物和双硫化产物。 三、水溶剂有机合成研究进展 有机合成为人类提供了绚丽多彩的染料、丰产优质的肥料和农药、疗效显著的药物、 性能优良的材料等多种多样功能性化学品，随着人们对人类生存环境的日益重视，如何 减少乃至消除化学工业中排放的有害物质己成为人类日益关注且有待解决的问题。2 0 0 5 年2 月1 6 日，京都议定书正式开始生效，这反映了人类解决环境问题的决心。减少排 放物对环境污染的首要问题就是在生产过程中要尽量减少有害物质的使用，从而从源头 上消除污染。在传统的有机反应中，有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、d m f 、 四氢呋喃、三氯甲烷等是常用的反应介质，而绝大多数有机溶剂有毒，容易对环境造成污 染。从环保角度出发，越来越多的科学家将有机合成的研究重点放在绿色合成上绿色合 成要求合成过程中采用无毒的试剂、溶剂或催化剂，反应过程中所排放的污染物最少，最 好是“零排放 。绿色合成已成为有机合成的一个研究热点，尤其是水介质中的有机反 应是最有希望实现工业化的绿色合成方法之一。 3 1 缩合反应 k n o e v e n a g e l 缩合反应一般在有机溶剂中进行，用碱与酸催化最近，研究发现 k n o e v e n a g e l 缩合反应可以在水介质中进行。a m a n t i n i 等研究了芳醛与硝基乙腈在水中的 【5 0 j ，产物为e 式构型：( 图1 - 3 - 1 ) 。+ 等 4 34 4 图l - 3 1 4 5 n 0 2 c n b i g i 等最近报道了水溶剂中醛与麦氏酸在7 5 0 c 反应2h 可得到高产率的缩合产物，其 反应产率要比在甲苯、二恶烷、乙醇中高得多【5 1 1 。( 图卜3 2 ) r c h o+ 4 64 7 h 2 0 图1 - 3 2 1 2 东北师范大学硕士学位论文 在文献5 2 5 6 中，史达清等研究了水介质中三乙基苄基氯化氨( t e b a ) 催化下的 k n o e v e n a g e l 缩合反应，产物结构与活性亚甲基化合物的结构有关，芳醛与5 ，5 二甲基1 ，3 环己二酮、4 羟基香豆素、3 甲基1 苯基5 吡唑啉酮反应时，反应很难停留在缩合产物 阶段，一般继而发生加成生成芳醛与活性亚甲基化合物1 ：2 的反应产物：( 图卜3 3 ) a r c h o+2 o h 4 34 9 a r c h o + 2 4 35 l a r c h o + 2 h 3 c i p h 5 3 h 2 0t e b a - - - - - - - - - - - - o 9 0 ( 2 h 2 0t e b a - - - - - - - - - - - 9 0 o ha ro h oa ro h 2 0t e b a h a c - - - - - - - - - - - - - - - - o 9 0 图1 3 3 5 2 a r b i g i 等报道了取代水杨醛在水相中在蒙脱土催化下与丙二酸或丙二酸酯进行缩合生 成香豆素3 羧酸及其酯5 7 】：( 图卜3 4 ) r 1 r 3 5 5 罴 5 7 o c o o r + o h h 东北师范大学硕士学位论文 羟醛缩合反应是形成碳一碳键的重要方法之一，该反应通常在酸性或碱性条件下进 行。烯醇硅醚可以在水中发生羟醛缩合反应，并生成顺式异构体为主要产物的醇( 顺：反 = 8 5 ：1 5 ) 【5 8 】：( 图卜3 5 ) + p h c h o 旦 5 96 0 图l - 3 5 s h o i c h i 等报道了水介质中芳醛与苯乙酮的缩合反应，反应在杯芳烃季盐催化及碱作 用下进行【5 9 】：( 图卜3 6 ) r c h o + p h c o c h 3i n a o h ph ，瓷八op h i i 图1 3 - 6 d a r z e n s 反应是有机合成中形成碳一碳键的重要方法之一，在有机合成中具有广泛的 用途。传统的d a r z e n s 缩合反应都是在无水条件下并使用强碱( r o n a ，r o k ，n a n h 2 ) ， 但这些方法不仅产率低，而且不适合大规模制备。2 0 0 0 年，j a y a c h a n d r a n 等报导了水相 中的d a r z e n s 反应 6 0 】：( 图l - 3 7 ) 。+ c l c h 2 c n 6 2 m p t c 1 5 n a o h 图l _ 3 - 7 厂c n 、， 6 3 最近史达清等研究了芳香醛与萨氯代苯乙酮i 拘d a r z e n s 缩合反应【6 1 1 ，得到了立体专 一性的反式环氧产物，产物的构型得到了单晶x 射线衍射的证实6 2 】：( 图卜3 8 ) n a 0 ht e b a c i h ：o 图1 3 8 1 4 h ，, , , c o c 6 h 5 气n 6 5 h 。儿“ h+ c o h ca 东北师范大学硕士学位论文 b r e s l o w 等发现苯甲醛与c n 一的安息香缩合反应在水中比在乙醇中快2 0 0 倍，水中微 量添加剂的影响与疏水性有判6 3 】：( 图卜3 - 9 ) 囟+ 洲里9 礴固 图i - 3 9 3 2 亲核加成发反应 m i c h a e l ) ) l 成反应也是形成碳一碳键的重要方法之一。实验表明，硝基甲烷, 1 2 丁烯 酮在无催化剂存在时，在通常的有机溶剂( 如二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯) 中是不发生反 应的，一般需用碱作催化剂。但该反应在水中不加任何碱即可进行，而且反应速率较甲 醇中快，选择性更好，如加入环糊精等微量添加剂可使反应加速【删：( 图1 3 1 0 ) c h 3 n 0 2 + o 6 8 h 2 0 4 0 3 2h - - - - - w i t h o u tb a s e c h 2 n 0 2 6 9 图1 - 3 1 0 7 0 b a l l i n i 等也报道了硝基烷与a ，d 不饱和醛、酮在n a o h 水溶液中m i c h a e l 加成反应嘲： ( 图1 3 1 1 ) n 0 2 r 2 i + 入 r r i 7 17 2 o r 3 n a o h - - - - - - - - c t a c l 图1 - 3 1 1 r 2 o 7 3 r 3 s h o i c h i 等报道了苯乙腈与0 【，d 一不饱和醛、酮在n a o h 水溶液中在杯芳烃季铵盐催化下 的m i c h a e l ) 5 l 成反应：( 图1 - 3 1 2 ) 东北师范大学硕士学位论文 p h c h 2 c n + p h c h 2 c n + o 7 5 o h ：o p h n a o h 7 7 h ：o n a o h 图1 - 3 - 1 2 o p p c n 最近，史达清等报道了在t e b a 存在下水介质中0 c ，d - 不饱和酮与3 甲基1 苯基一吡唑 啉5 酮的m i c h a e l 加成反应鲫：( 图卜3 1 3 ) oh 3 c 觚一g = g c 一札+ hh 7 9 i p h t e b ah 3 c - - - - - - - l - o 9 0 ch 2 0 图1 - 3 1 3 i p h 8 1 仅，p 不饱和腈在水介质中也能与o 【- 萘酚、d 一萘酚、5 ，5 二甲基1 ，3 一环己二酮、3 甲 基1 苯基2 吡唑啉5 酮、4 羟基香豆素等活性亚甲基化合物发生m i c h a e l j j h 成反应，继而 发生环化，最终产物为吡喃衍生物。芳亚甲基麦氏酸，也能与达米酮反应生成氢化香豆素 衍生物：( 图卜3 1 4 ) 一c = c c c h：+ r n 8 2 a o h 1 6 t e b a h 2 09 0 东北师范大学硕士学位论文 a r c = c c h x n + 8 2 b8 5 o o h t e b a h 2 09 0 x oa r n h 2 一尸 c n + 众i t e b a 心 8 2 b a r c = c 洲+ h 3 c n! 竺h 。c a r c - c c n + k 吉h 3 u 8 2 a8 9 a r c = c c h x n + a r h c 8 2 b + o h 9 l o t e b a h 2 09 0 i p h 9 0 9 2 oa r 9 3 9 4 图1 - 3 1 4 1 9 8 5 年，m a r e s 等报道了第一个水介质中r e f o 肌a t s k y 型反应6 8 1 ，采用o c - 溴甲基丙 烯酸与金属锌反应制得了o c _ 亚甲基丫丁内酯，但在同样条件下正常的卤代酸酯不发 生反应。( 图1 - 3 1 5 ) b r 2 。r 少0r ： z n 。加热 t h f h 2 0 ，4 7 4 8 r 1 图1 3 1 5 1 7 r 2 9 6 东北师范大学硕士学位论文 b r e s l o w 等人1 9 8 0 年发现d i e l s a l d e r 反应在水作介质时反应速率异常增大的现 象，他们研究了环戊二烯和丁烯酮的环加成反应的动力学 6 9 1 。研究证明，由于水介质的 疏水效应可使以水为介质进行的反应比有机溶剂中的反应有较大动力，如水中加入微量 的添加剂l i c l 和环糊精等可加大疏水影响，使反应动力加大，且立体选择性( e n d o e x 0 1 可高达2 2 5 。( 图1 - 3 - 1 6 ) 囝+ a o 一婶+ 念c 。m e 囝+ 卜一勾c o m e + 念洲e 1 9 8 6 年，s c h n e i d e r 等测量了环戊二烯与2 丁烯酮环加成反应在水与甲醇的不同反 应活性参数【7 0 1 ，进一步证明t b r e s l o w 研究的正确性。 我们可以预见，随着研究的不断深入，符合绿色化学原则的合成方法将不断出现在 给人类带来有意义的化合物的同时，而不伤害环境将成为现实。因此，水溶剂中有机反应 将在绿色合成中得到越来越广泛的应用。 东：i l i j i f i 范大学硕士学位论文 选题依据 由于环境问题受到日益关注，绿色化学应运而生。绿色化学就是用化学的技术和方 法去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试 剂在生产过程中的使用；同时也要在生产过程中不产生有害有毒的副产物、废物和产品。 所以采用无毒、无害的原料是绿色化学的一项重要任务。 硫醇是重要的有机合成试剂，在有机合成中有广泛的应用。然而，分子量较小的硫 醇，如甲硫醇、乙硫醇，易挥发、有毒、易燃、具有恶臭气味，不仅对环境造成污染， 而且危害使用者的健康。显然使用有毒、有臭味的硫醇进行的有机反应是与绿色化学的 理念是相悖的。为了发展绿色化学，消除有臭味、有毒的硫醇对环境和使用者的危害， n o d e 等人通过增加硫醇的烷基链的长度或在芳环上引入三烷基硅基等方法合成了无气 味的硫醇。但这些替代试剂的合成需要多步反应，由于它们易被氧化，使用和保存不方 便，需要在氮气氛围下保存。一些研究者也开发了无气味的二芳硫化物和亚磺酰胺等亚 磺酰化试剂的合成及应用，在适当的条件下，它们能与多种物质反应，把硫醇官能团引 入化合物中，生成不同结构的硫化物。然而这些亚磺酰化试剂的合成仍然需要有不愉快 气味的苯磺酰氯或硫醇作起始原料。因此，继续发展无气味的硫醇替代试剂是必要的， 对保护环境有重要意义。 在环境污染问题上，首要问题就是在生产过程中要尽量减少有害物质的使用，从而 从源头上消除污染。在传统的有机反应中，有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、 d m f 、四氢呋哺、三氯甲烷等是常用的反应介质，而绝大多数有机溶剂有毒，容易对环境 造成污染。这样，越来越多的科学家将有机合成的研究重点放水介质中进行。 近十年来，我们研究组一直致力于o c _ 羰基二硫缩烯酮的合成与应用研究，取得了一 系列研究成果，在以前工作的基础上，我们发现以水做溶剂，d b s a 做相转移催化剂， 回流的条件下无气味的o c - 羰基二硫缩烯酮衍生物1 0 0 作硫醇替代试剂的硫缩醛酮化反 应。( 图1 - 4 1 ) o o o v o 1 0 0 毫喜2 旦h 2 0r e f l u x - - - - - - - - - - - - o o 、，o 图1 4 1 1 9 r o=， r 东北师范大学硕士学位论文 由于多官能团的底物中去除硫缩醛酮保护通常比引入保护基团困难，每种方法都 有自身的局限性，论文也对其脱保护反应进行了实验研究。 研究策略 由于水介质中的有机反应已成功应用到缩合