（有机化学专业论文）β胺基烯酮酯类及腈类化合物的合成方法研究.pdf

摘要 本文以有机化学合成方法学为目标，使用剂简单易得的化合物，开发新的催 化反应体系。研究工作主要分为两个部分： 第一部分硝酸铈铵催化的p 一胺基烯酮醋的制备 我们使用硝酸铈铵作为胺与1 ，3 一二羰基化合物一步缩合制备d 一胺基烯酮 酯的反应的催化剂在我们选择的较优化条件下，不管是脂肪伯胺还是芳香伯 胺都可以获得良好到优异的产率。 c a n 1 t 0 0 1 + r n 也赢三i ；r 一 第二部分p d c u 催化的溴苯的腈化反应 我们使用溴苯作为底物，k 4 f e ( c n ) 6 3 h 2 0 作为腈源化合物，在o 0 5 m o l 二茂铁亚胺环钯二聚体与l o m 0 1 的铜盐其同催化f 制备苯腈。 纩沁b r + r ， 厂沁8 r + r ， 0 0 5 m 0 1 p d l o m 0 1 c u ( o a c ) 2 k 刚c n 瑚1 丽面石 1 2 0 1 0 h 0 0 5 m 0 1 p d 1 0 m 0 1 c u i l ( 4 【f 8 ( c n ) e 】d m a c n a 2 c 0 3 1 2 0 1 0 h 纩江c n r 7 、：= 纩v c n r 7 、：= p d c u ( o a c y z 对于具有吸电子取代基的溴苯效果较好，而当我们使用具有 给电子取代基的溴苯时，p d c u l 体系可以得剑更好的结果。 关键词：硝酸铈铵，b 一胺基烯酮，超声波，二茂铁亚胺环钯铜盐，腈化 。儿 。心 a b s t a c t i n t h i st h e s i s , w ef o c u so nt h eo r g a n i cs y n t h e s i sm e t h o d o l o g yb yt h eu s i n go f s i m p l ec a t a l y s t s o rr e a g e n t t h i st h e s i sc o n s i s t so f t w op a r t s - 1 c a nc a t a l y z e dp r e p a r a t i o no f p - e n a m i n ok e t o n e c e r i ca m m o n i u mn i u a t ew a su s e da st h ec a t a l y s to fc o n d e n s a t i o no fa m i n ew i t h l l - d i c a r b o n y lc o m p o u n d st oc o n s t r u c t1 5 - e n a m i n o n ed e r i v a t i v e s u n d e rt i mo p t i m i z e d c o n d i t i o n s , b o t ha l i p h a t i cp r i m a r ya m i n ea n dp r i m a r ya r o m i ca m i n ec o u l dg i v eg o o d t oe x c e l l e n ty i e l d 0 0 r a 少 r 2 + r n h 2 1 m m o l c 州1 m 0 1 u l 口a s o u n d i r r a d i y i o nr 一种鸭 2 p d c uc a t a l y z e dc y a n a t i o nr e a c t i o n sw i t hk 4 【f e ( c n ) 6 。3 h 2 0 c y c l o p a l l a d a t e df e r r o c e n y l i m i n e c uc a t a l y z e dc y a n a t i o no fa r y lb r o m i d e sw i t h p o t a s s i u mh e x a c y a n o f e r r a t e ( 1 i ) w a sd e v e l o p e d 纩v b r + r ( 纩沁b r + r ；义八o 、 在广泛阅读文献的基础上，我们选择了一些可能有效的催化剂，如硝酸铈铵， 醋酸酮，三氯化铁和二氧化锰来研究这个反应。因为超声波是一种促进反应的有 效手段，我们首先在超声波条件下来选择催化剂，结果如下： 表l 催化剂对产率的影响。 c a t y i e l d ( ) b 空白6 m n 0 2 1 3 f e c l 3 9 3 c a n 9 7 c u ( o a c ) 2 h 2 0 2 幻反应条件：1m m o l 对甲基苯胺，i 1m m o l 乙酰丙酮，0 0 1m m o l ( 1 m 0 1 ) 的催化剂，0 5 m l 的c h 2 c b 作为溶剂，超声波条件下反应3 0 分钟。b ) 产率为气相收率。 从表中可以看到，在没有催化剂的情况下，反应的转化率很低，硝酸铈铵对 1 7 郑州大学硕上毕业论文 于这个反应具有良好的催化效果。因此，我们从反应的其它方面开始优化这个反 应。 1 4 1 2 溶剂的选择 首先是溶剂的选择，溶剂效应是催化反应中不可忽视的重要因素，尤其是 考虑到我们所选用的硝酸铈铵是一种盐类，在不同有机溶剂中溶解性具有很大的 差异，可能会对反应产生较大的影响，因此，首先我们考察了溶剂对此反应的影 响，结果如表2 所示： 表2 溶剂对产率的影响 s o l v e n t y i e l d ( ) b h 2 0 9 4 m e o h9 9 c 2 h s o h 9 8 t h f9 5 c h 3 c n 9 5 ( c h 3 ) 2 c h o h 9 8 e t o a c 9 3 c h 2 c 1 2 9 7 c h c l 3 9 7 s o l v e n tf r e e9 2 曲反麻条件：lm m o l 对甲基苯胺，1 1m m o l 乙酰丙酮，0 0 1m m o l ( 1 m 0 1 ) 的健化刺， 0 5m l 的溶剂，超卢波条件卜反麻3 0 分钟。b ) 产率为气相收率。 虽然看起来溶剂对此反应的影响一i 大，但是，显然，甲醇是此反应的最佳 溶剂。在此反应的其它催化体系中，有一些是小使用溶剂的，因此我们也考察了 无溶剂条件下的反应，但是出人意料的是反应效果相对较差，推测可能的原因是： 1 ) 硝酸铈铵在无溶剂的时候溶解性太差：2 ) 因为对甲基苯胺是块状固体，可能 与乙酰丙酮接触不够充分。因此，我们将乙酰丙酮的量加大到2m m o l ，1 5 分钟 气相收率即可达到9 8 ，而3 0 分钟达到了9 9 。刁i 过，考虑到需要使用过量的 乙酰丙酮，我们还是决定使用甲醇作为溶剂。 郑州大学硕士毕业论文 1 4 1 3 催化剂量的选择 一般来说，催化剂用量对反应产率具有很大的影响，因此当我们确定用甲 醇作为反应溶剂之后，我们就开始考察催化剂用量对反应的影响。结果如表3 ： 表3 催化剂量对产率的影响。 q u a n t i t yo f e a t ( t 0 0 1 )y i e l d ( ) b o 。59 2 l9 9 29 9 ， a ) g 应条件：lh a n o i 对甲基苯胺，1 1n m a o l 乙酰丙酮，0 0 1m m o i ( 1 m 0 1 ) 的催化剂， 0 5m l 的乙醇作为溶剂，超声波条件下反应3 0 分钟。b ) 产率为气相收率。 催化剂用量在0 5 m 0 1 的时候，在3 0 分钟，原料还没有转化完毕，而当催 化剂的量增加到2 r a o l 的时候，反应结果与加入l m o l 的催化剂相比几乎没有 发生变化。因此，我们选择i m o l 的硝酸铈铵作为此反应的催化剂量。 1 4 1 4 反应环境的选择 虽然超声波可以通过加速分子间的碰撞来促进反应，而且实验证明超声波 对于这个反应确实具有良好的效果，但它并不一定是最佳的反应条件，反应是否 一定需要象超声波这样的比较高的条件。因此我们从室温到回流与超声波条件下 的产率进行了比较，结果如下： 表4 反应温度对产率的影响 t e m p e r a t u r e ( ) t i m e ( m i n ) y i e l d ( ) b 2 0 1 5 7 0 2 03 09 3 4 01 57 7 4 03 09 5 r e f l u x1 58 0 r e f l u x3 09 8 a ) 反应条f l - lh a n o i 对甲基苯胺，1 1n u n o l 乙酰丙酮，o o lm m o l ( 1 m 0 1 ) 的催化剂， 0 5m l 的c h 2 c h 作为溶剂，反应3 0 分钟。b ) 产率为气相收率。 1 9 郑州大学硕士毕业论文 从上表可以看出，虽然反应在加热。甚至室温条件下都具有良好的产率， 但是无可否认，超声波确实较加热具有更好的反应结果。 1 4 1 5 小结 综合以上的研究，我们确定了此反应的较优反应条件：l m o l 对甲基苯胺， 1 1 m m o l 乙酰丙酮在，0 0 1 m r a o l 的硝酸铈铵和0 5 m l 的甲醇在超声波的条件下 反应3 0 分钟。 1 4 2 反应底物拓展 为了进一步考察这个反应体系的适用性，我们以乙酰丙酮为底物，考察了 多种芳香胺和脂肪胺的反应，结果如表5 ： 从o o + 酬h ：詈r 一 i 蚁 八人 + r n h 2 _ 三：= ：- r 一融) 沁人 从表5 中，我们可以看到，不管是芳香胺还是脂肪胺，都可以存此条件下 获得良好到优异的产率。存这个硝酸铈铵催化的胺与乙酰丙酮的反应中，胺的亲 核性是这个反应的关键因素。具有给电子基团的胺( e n t r y 3 ，4 ，5 ，6 ，1 3 ，1 4 ) 所得的产率要高于有吸电子取代基的胺( e n t r y 7 ，8 ，9 ，1 0 ，l l ，1 2 ) 。4 i 过， 即使对于强吸电子的对乙酰基苯胺和间硝基苯胺，依然可以分别得到8 0 和8 6 的收率( e n t r y 7 ，8 ) ，对于这类胺，延长反应时间或者增加催化剂的量反应的 产率都没有太大的变化，然而，当我们把乙酰丙酮的量从1 1e q u i v 提高到2e q u i v 时，反应产率大为提高。4 i 过，此反应体系对于仲胺的反应效果要远逊色与伯胺， 我们曾使用n 一甲基苯胺作为底物，但只软得了2 8 的气相收率。我们还曾经 将此反应扩大，使用0 9 3 9 的苯胺( 1 0 m m 0 1 ) 来进行反应，获得了9 7 的收率， 与l m m o l 苯胺时的产率基本一致( 9 6 ) 。 郑州大学硕上毕业论文 表5 胺与乙酰丙酮的反应结果 4 3 m m o la c e t y l a c e t o n ew a sa d d e d b 2 m m o la c e t y l a c e t o n ew a sa d d e d 。i s o l a t e dy i e l d 郑州人学碗l 。毕业论文 此外，当我们使用苯肼和邻苯二胺作为胺源时，得到的不是相应的p 一胺 基烯酮，而是关环产物。 o o + g 麓一q n n 主 叉足+ 9 n h n h 2 人人+ 一卜d 莎 | 8 2 然后，我们选择苯胺作为底物，使用其它的b 一二羰基化合物在相同的条 件下反应： r oo 嘞+ 9 毗9 r 嘞+ 9 毗9 | m 结果如表6 ： 表6 苯胺与1 ，3 一二酮的反应结果。 2 m o 睨c a nw a sa d d e da n dr e a c tf o rl h b i s o l a t e dy i e l d 郑州丈学硕上毕业论文 1 4 3 小结 总之，我们发现，硝酸铈铵是一阵高效，便捷的制备p 一胺基烯酮酯的催 化剂。这个反应体系在空气和水中稳定，在超声波的作用下，可以获得良好到优 异的产率 1 4 4 实验部分 i a 1 1 仪器与试剂 核磁共振氢谱用b r u k e rd p x - 4 0 0 型超导核磁共振谱仪测定，c d c l 3 或 d m s o 为溶剂，t m s 为内标。低分辨质谱在a 垂l e n tl c m s dt r a px c t 质谱仪 上测定。催化反应所用超声波仪器为昆山市超声仪器有限公司生产的k q 3 2 0 0 型 超声波清洗器，反应在5m l 的试管中进行。 反应所用各种胺除正丁胺为上海精细化工有限公司生产的分析纯试剂外，均 为l 锄c 鹤t e rs y n t h e s i s 生产的分析纯试剂：催化剂硝酸铈铵为上海跃龙有色金属 有限公司生产( 含量大于9 9 ) ：反应中所使用的无水硫酸钠、乙酸乙酯、石油 醚和甲醇等均为分析纯试剂。制备薄层色谱板使用青岛海洋化工厂生产的硅胶 g f 2 5 4 与羧甲基纤维素钠( o 6 水溶液) 制备。 1 4 4 2 典型反应的操作步骤 将l m m o l 的胺，1 1 m m o l 的1 ，3 一羰基化合物和i m o l 的硝酸铈铵加入到5 m l 的试管中，然后加入0 5m l 的甲醇，放入超声波反应器中反应3 0 分钟。4 i 需要 其它处理，直接通过薄层色谱分离( 乙酸乙酯：石油醚= l ：4 ) 得到分离收率。 1 4 4 3 产物鉴定 l a 4 - ( p h e n y l a m i n o ) p e n t - 3 - e n - 2 - o n e 1 hn m r 8 1 9 9 ( s ，3 h ) ，2 1 0 ( s ，3 h ) ，5 1 9 ( s ，i h ) ，7 1 l ( m ，2 h ) ，7 1 9 ( m ，i h ) ，7 3 4 ( m ，2 h ) ， 1 2 4 8 ( s ，i h ) ”cn m r6 2 0 3 ，2 0 6 ，9 8 0 ，1 2 5 2 ，1 2 6 0 ，1 2 9 5 ，1 2 9 8 ，1 3 9 2 ，1 5 0 7 ，1 9 6 6 塑型盔兰堡主兰些堡苎 m s ：c l l h l 5 n om j sc a i d ：1 7 5 1 ；f o u n d ：1 7 5 8 2 a 4 - 0 一n a p h t h y l a m i n o ) p e n t - 3 - e n - 2 - o n e 1 hn m r 6 1 8 8 0 ，3 8 ) ，2 1 8 ( s , 3 h ) , 5 3 1 ( s ，i h ) 。7 2 7 ( d ，l h ，j ( h ，h ) = 7 3 ) 7 4 3 ( t , 1 h , j = 8 0 h z ) 。7 5 2 ( m ，2 8 ) ，7 7 6 ( d , 1 h , j = 8 3 m ) ，7 8 6 ( m ，l h ) ，8 0 2 ( m ，i n ) ， 1 2 7 5 ( s ，1 h ) 1 s cn m r6 1 9 6 ，2 9 2 ，9 7 5 ，1 2 2 8 ，1 2 3 4 ，1 2 5 2 ，1 2 6 5 ，1 2 6 8 9 ，1 2 6 9 2 ，1 2 8 。2 ， 1 3 0 0 ，1 3 4 2 ，1 3 4 8 ，1 6 1 9 ，1 9 6 5 m s ：c i 扔1 5 n om s c a l d ：2 2 5 1 ；f o u n d ：2 2 5 9 3 曩q f r o l y l a m i n o ) l 口i e n t - 3 - e n - 2 - o n e 1 hn m r6 1 9 6 ( s ，3 8 ) ，2 0 9 ( s ，3 娜，2 3 4 ( s ，3 n ) ，5 1 7 ( s ，i h ) ，7 0 0 ( d ，2 h 卢8 3h z ) ， 7 1 4 ( d , 2 h ，= - 8 2h z ) ，1 2 3 9 ( m ，i h ) 1 3 cn m r8 1 9 8 ，2 0 9 ，2 9 2 ，9 7 3 ，1 2 4 9 ，1 2 9 7 ，1 3 5 5 ，1 3 6 0 ，1 6 0 7 ，1 9 6 0 ， m s ：c 1 2 h t 5 n om sc a l d ：1 8 9 1 ；f o u n d ：1 8 9 9 4 a 4 - ( m - t o l y l a m i n o ) p e n t - 3 - e n - 2 - o n e hn m r8 1 9 9 ( s ，3 h ) ，2 0 9 ( s ，3 h ) ，2 3 4 ( s ，3 h ) ，5 1 7 ( s ，i h ) ，6 9 1 ( d ，2 h ，- - 8 1 h z ) ， 7 0 0 ( d ，i h ，= - 8 0h z ) ，1 2 4 4 ( s ，l h ) ”cn m r8 2 0 3 ，2 1 8 ，2 9 6 ，9 7 9 ，1 2 2 2 ，1 2 5 9 ，1 2 6 8 ，1 2 9 3 ，1 3 9 i ，1 3 9 5 ，1 6 0 8 ， 1 9 6 4 m s ：c 1 2 h 1 5 n o m sc a l d ：1 8 9 1 ；f o u n d ：1 8 9 8 5 a 4 - ( 2 , 3 d i m e t h y l p h e n y l a m i n o ) p e n t - 3 - e n 一2 一o n e hn m r6 1 8 6 ( s ，3 h ) ，2 1 0 ( s ，3 h ) ，2 2 3 ( s ，3 h ) ，2 3 0 ( s ，3 h ) ，5 1 8 ( s ，i h ) ，6 8 9 ( s ，1 h ) ， 6 9 5 ( d ，1 h ，j 圣7 8h z ) ，7 1 0 ( d ，l h ，j 毛7 7h z ) ，1 2 2 8 ( s ，i h ) cn m r8 1 7 6 ，1 9 6 ，2 0 9 ，2 9 1 ，9 6 8 ，1 2 6 7 ，1 2 7 2 ，1 3 0 5 ，1 3 0 6 ，1 3 6 1 ，1 3 7 - 3 ， 1 6 1 4 ，1 9 5 9 m s ：c 1 5 hs 7 n o m s c a l d ：2 0 3 1 ；f o u n d ：2 0 3 9 塑型查堂堡! 兰些丝苎 一一 6 a4 , 4 b i s - ( p h