（化学工程专业论文）金催化合成3羰基氧杂环丁烷类化合物新方法研究.pdf

an e w 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：g 葛弘 日期：加j 年乡月弘日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本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和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名：吕带伍 导师签名： 7 0 ) ar i = h ，r 2 = o h br 1 - h r 2 = a c cr 1 h 。r 2 = b z h 1 7 在研究丙二烯氧化物稳定性时发现【4 7 】，通常在过氧酸或是二甲基双环氧己烷氧化丙 二烯时，很多种3 羰基氧杂环丁烷类化合物在反应的混合物中被分离出来【4 7 。5 4 1 。在一氧 化碳和氯化锌作l e w i s 酸存在下，光分解铬( 甲氧基) ( 甲基) 碳烯混合物可以得到 功能性的3 一羰基氧杂环丁烷类化合物。表1 3 中列出了其他l e w i s 酸引起分解和形成p - 内酯【5 5 1 。 t 3 + 0 龇l 磊e w i s , , h v h s c h 3 h 3 c e h s + h 3 c 表1 3 光分解铬碳烯混合物的l e w i s 酸、反应条件以及产率 2 5 m a b r - - m e t h y l a l u m i n u mb i s ( 4 - b r o m o 2 ，6 - d i - t e r t b u t y l p h e n o x i d e ) 9 金催化合成3 - 羰摹环氧丁烷类化合物新方法研究 1 43 羰基氧杂环丁烷类化合物的化学性质 b r 3 羰基氧杂环丁烷类化合物的化学性质主要包括两个方面，一个是氧杂环的不稳定 性，另一个是羰基基团的迁移。 1 4 13 一羰基氧杂环丁烷类化合物的开环和闭环 1 - 氧螺 3 ，5 】壬烷3 羰基氧杂环丁烷在氧化条件下很敏感【3 1 1 。在室温下用2 m 的 n a o h 处理1 一氧螺 3 ，5 】壬烷- 3 - 羰基氧杂环丁烷，作为不变的起始原料。碘的碱性水溶液 氧化得到环己酮和羟基乙酸的衍生物。用高锰酸钾氧化得到己二酸。用氯化重氮苯处理 得1 羟基环己烷羧酸【5 6 1 。用格式试剂处理重排得到p 羟基酮( 次要产物) 和二醇( 主要 产物) ，具体反应机理如下f 5 7 】。 o a c o o h + 0 + 次要产物 主要产物 工程硕士学位论文 一、9 o 小一哪，旦 j 蹒磐一滞咐剐舻i 饼删c e h s r = c e h 5 r = c e h 5 四取代的3 羟基氧杂环丁烷类化合物在以下几个条件下开环。在不同条件下用氢氧 化钾处理四苯基3 羰基氧杂环丁烷( r - c 8 h 5 ) ，开环得到产物。羧酸用盐酸处理得到a 羟基羧酸，而碘化氢的醋酸水溶液还原得到二苯乙酸和和二苯甲烷。锌溶于醋酸酐，与 四甲基3 羰基氧杂环丁烷( r = c h 3 ) 反应，得到a ，q - - 7 , 酸基二异丙基酮和a 乙酸基二 异丙基酮。 o 绺： k o h 甘醇， h c i a c o h h 2 0 ，h i 是：y 嘴5 o a c o a c o h c6hs-火c c o o h e l l s u u u h o 宝c 。h 光化学分解四取代的3 羰基氧杂环丁烷类化学物可以通过两种不同的方式进行 5 s , 5 9 , 6 0 1 。以3 1 3 r i m 的光照射四甲基3 羰基氧杂环丁烷溶液，反应的方向由溶剂决定【5 引。 在极性溶剂中，反应按照路径i 进行；在非极性溶剂中，反应同时按照路径i 和i i 进行。 随后用四苯基3 羰基氧杂环丁烷( r - c 8 h s ) 重复这个实验以确定结果 5 9 , 6 0 , 6 1 】。四苯基3 羰基氧杂环丁烷在苯中以3 5 0 r i m 波长的光照射，在这个条件下氧杂环丁烷是光稳定的， 分离产率3 6 1 6 0 1 。 茹 森 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 o 。海： o + 。蚓 +co 路径i i 3 羰基氧杂环丁烷类化合物一个特例是甾族化合物开环后又闭环。 6 3 , 6 4 , 6 5 1 酸催化分 解甾族缩醛开始被认为生产相应的l l a 羟基3 ，2 0 二羰基_ 4 烯1 t a ，2 0 二氧化物【6 2 l ，但后 来通过分析光谱数据发现并不是这样1 拘 6 6 , 6 7 ，在这个反应条件下生成四氢呋哺醺j 6 4 , 6 5 】。 h 2 s 0 4 ，h 2 0 - - - - - - - - - - - - - - - m e o h 过氧乙酸氧化2 ，2 ，4 ，4 四甲基3 羰基氧杂环丁烷得到2 ，2 ，5 ，5 四甲基- 4 羰基1 ，3 二氧 杂环丁烷戊烷【6 5 1 。 1 4 2 羰基基团的反应 n a z c 0 3 c h 3 c 0 3 h c h 2 c 1 2 羰基基团的反应主要包括两个方面，一个是羰基基团的还原，一个是羰基基团与格 式试剂的反应。 四取代的3 羰基氧杂环丁烷用氢化铝锂和异丙基溴化镁还原6 0 , 6 4 。当甲醇钠在二氧 杂环丁烷己烷中还原可以得到很高的产率【删。这个经常用来做催化加氢的反应【3 8 , 6 8 】。一 个更复杂的3 羰基氧杂环丁烷在硼氢化钠和甲醇作用下转化为相应的3 羟基氧杂环丁 烷【6 9 1 。 嫩 工程硕士学位论文 o 绺主 l i a i h 4 ，e t 2 0 ，a 1 h r = c s h s ( 5 7 ) ，r = c h 3 ( 5 8 ) i p r m g b r ，e t 2 0 r = c e h s ( 5 7 ) ，r = c h 3 ( 2 0 ) n a o m e ，二氧六烷，2 h r = c s h 5 ( 9 7 ) 5 r u ，c ，h 2 0 5 0 0 p s i gh 2 ，8 h o h 玲主 r = h ( 8 5 ) 四苯基3 羰基氧杂环丁烷( i 净c 6 h 5 ) 用甲基溴化镁和苄基溴化镁反应得到三级醇 高产率的a ，b 【俐。这个反应在甲苯或是丁醚中反应，因为四甲基3 羰基氧杂环丁烷在 乙醚中溶解度很小。四甲基3 羰基氧杂环丁烷( r - c h 3 ) 与格式试剂甲基碘化镁反应生成 3 羟基氧杂环丁烷c ，产率很低【6 4 1 。3 羰基氧杂环丁烷( i 滓h ) 与苯基碘化镁得到相应 的3 羟基氧杂环丁烷【7 0 1 。通过比较结果发现，格式反应主要发生在四取代的3 羰基氧杂 环丁烷类化合物。产率随着c 2 和c - 4 取代基的位阻增加而提高。更加复杂的3 羰基氧 杂环丁烷类化合物可以在硼氢化钠的甲醇溶液中转化为相应的3 羟基氧杂环丁烷类化 合物。 t b d m s 冀 i ! 7 o 一一上、 o r r 1 m g b r _ _ - _ _ _ - _ _ 。- r n a b h 4 。m e o h ar = c 6 h 5 ，r 1 = c h 3 ( 8 9 ) br = c 6 h 5 ，r 1 - c 6 h 5 ( 7 0 ) cr = c h 3 ，r 1 = c h 3 ( 2 5 ) dr = h r 1 = c s h 5 ( 无产物) + 四 t b d m s o 、上 3 羰基氧杂环丁烷与盐酸羟胺得到肟【7 1 1 ，然后催化加氢得到3 氨基氧杂环丁烷。n 甲苯磺酰基腙也可以通过这种方法制备出来。这个腙的锂盐通过真空热解得到产物3 ，4 二甲基2 羰基3 戊烯7 2 1 。反应机理见下方。在真空条件下热解首先形成碳烯，随后甲 基迁移，反应机理是依据是从腙的衍生物合成次烷基取代喃。 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 热解 真空 篙邶。詈 冰一 3 羰基氧杂环丁烷可以通过一定的反应得到一个新的氨基酸，首先氨基氰化羰基基 团，随后碱性水解和氢化裂解。2 ，2 ，4 ，4 ，四甲基和2 ，2 ，4 ，4 ，四苯基氧杂环丁烷可以通过 w o l f f - k i s h n e r 还原相应的3 羰基氧杂环丁烷来制备【7 3 1 。 n a c n ，c s h s c h 2 n h 2 a c o h n 苓一啪猡 通过上面一些3 羰基氧杂环丁烷类化合物的反应可以看到，关于3 羰基氧杂环丁烷 类化合物有很多独特和潜在的合成价值。还有很多氧杂环丁烷的反应还未被发现，比如 羟醛反应和亚胺反应。 1 5 本文研究的内容 1 首先确定合成体系中的酸、氧化剂、催化剂及温度。以3 羟基1 葵炔为底物， 以2 ，4 二氯n 氧化吡啶作为氧化剂，以p p h 3 a u n t 龟作为有机金催化剂，比较不同酸 时产物的产率，选择m s o h 作为体系的酸；反应以3 羟基1 葵炔为底物，以p p h 3 a u n t f 2 作为有机金催化剂，试验不同n 氧化吡啶类化合物的氧化效果，比较产率，以2 ，4 二 氯n 氧化吡啶作为氧化剂氧化效果最好；以3 羟基1 葵炔为底物，以2 ，4 二氯- n 氧化 吡啶为氧化剂，试验不同金催化剂的催化效果，比较产率，二级丙炔醇以( 2 联二 苯) c y 2 p a u n t f 2 作为金催化剂催化效果最好，三级丙炔醇以i p r a u n t f 2 作为金催化剂的 效果最好；其他条件相同时，比较不同温度下产物的产率，选择3 0 作为体系的反应温 度。 2 以醛为起始原料，在正丁基锂作用下，与乙炔基三甲基硅反应生成丙炔醇的乙炔 基三甲基硅衍生物，然后在四丁基氟化铵的作用下脱去三甲基硅基团得到目标产物l 和 4 a , - 4 f ，产率5 0 7 3 ；以酮为起始原料，在正丁基锂及二异丙醇胺作用下，与丙炔酸 乙酯反应得到目标产物6 a - - 6 f ，产率7 0 一7 8 。 3 以合成的二级丙炔醇l 和4 a , 4 f 为原料、( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 为金催化剂、m s o h 为酸、l ，2 二氯乙烷为溶剂、以2 ，4 二氯- n 氧化吡啶为氧化剂反应得到目标产物2 和 o 学肌奴 o 工程硕十学位论文 5 a , - , 5 f ，产率5 2 0 0 - 7 2 ；以合成的三级丙炔醇6 a , - 6 f 为原料、i p r a u n t f 2 为金催化剂、 m s o h 作为酸、1 ，2 二氯乙烷作为溶剂、以2 ，4 一二氯n 一氧化吡啶为氧化剂反应得到目标 产物7 a 7 f ，产率6 7 , - - 7 8 。 金催化合成3 羰摹环氧丁烷类化合物新方法研究 第2 章合成体系酸、氧化剂、金催化剂及温度的选择 2 1 实验部分 2 1 1 实验原料及主要仪器设备 乙酸乙酯( a c s 级) 、己烷( a c s 级) 、二乙醚( a c s 级) 从飞世尔科技取得未纯 化直接使用。无水1 ，2 二氯乙烷( h p l c 级) 经过氢化钙蒸馏纯化。无水四氢呋喃经过 二苯甲酮羰基钠蒸馏。其它商用试剂没有进一步纯化。 反应通过使用甲硅烷预涂硅胶板的薄层层析法( t l c ) 监测。1 h n m r 通过以t m s 做内标的v a r i a n4 0 0m h z 型核磁共振仪测定；红外光谱通过电子喷雾电离用w a t e r s m i c r o m a s sz q - 4 0 0 0 质谱仪上测得；薄层色谱( t l c ) 检测用薄层层析硅胶板 ( g f 2 5 4 ，2 0 0 - - , 3 0 0 目) 。 2 1 2 体系酸的选择 1 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液( d c e ) 中不加入 酸，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶( 3 ) 、0 1 0 m o l p h ap ：a 州t 龟，反应8 h ，往混 合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5 m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合 的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙 酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率6 7 4 1 。 2 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ( 甲磺酸) ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h ：i p a u n t f 2 ，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0 “) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定， 产率6 2 。 3 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 h b f , ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ，往混 合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合 的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙 酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率1 3 。 4 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 h c l 0 4 ，然后依次加入0 0 5 t o o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h ，l p a u n t f 2 ，反应8 h ，往 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混 工程硕士学位论文 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 1 6 。 5 3 0 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 h a c ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ，往混 合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合 的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙 酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 h n m r 来测定，产率1 9 。 5 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 对甲基苯磺酸，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯n - 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h 3 p a u n t f 2 ，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定， 产率2 2 。 表2 1 不同酸催化下产物产率 2 1 3 体系氧化剂的选择 1 3 0 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ( q j 磺酸) ，然后依次加入0 0 5 m o l3 ，5 二氯n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h 2 i p a u n t f 2 ，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己崩乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn l v i r 来测定， 产率6 2 。 2 3 0 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ( q j 磺酸) ，然后依次加入0 0 5 m o l3 乙酰基- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h 3 p ! a u n t 龟，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5 砌) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己崩乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定， 产率3 0 。 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 3 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ( i 尹磺酸) ，然后依次加入0 0 5 m o l2 乙氧基n 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h 3 p a u n t 龟，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定， 产率1 8 。 4 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ( 甲磺酸) ，然后依次加入0 0 5 m o l4 硝基- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l p h 3 p a u n t 最，反应 8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0l i l l ) 萃 取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液： 己崩乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定， 产率8 。 5 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l3 溴n 氧化吡啶、0 10 m o l p h 3 p a u n t 龟，反应8 h ，往混合 物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的 有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙酸 乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率5 3 。 6 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l4 乙基n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h 3 洲t 龟，反应8 h ，往混 合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合 的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙 酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率2 6 。 7 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l4 乙酸基n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ，往 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 4 7 。 8 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 溴n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h ：i p a u n t f 2 ，反应8 h ，往混合 物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 0 ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的 有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己崩乙酸 乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率5 9 。 9 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 t o o lp h 3 p a u n t ，反应8 h ，往 工程硕士学位论文 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己：融 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸- 7 酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 6 4 。 表2 2 不同氧化剂产物产率比较 从表2 1 对比中可以知道，在同等条件下，以2 ，4 二氯- n 氧化吡啶作为体系的氧化 剂可以得到较高产率的产物，因此选择2 ，4 二氯- n 氧化吡啶作为体系的氧化剂。 2 1 4 体系金催化剂的选择 1 3 0 1 2 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入o 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入o 0 5 m o l2 ，4 二氯n 氧化吡啶、o 1 0 m o l p h 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ，往 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己：鼬 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 6 3 。 o + 茅耋l 胜 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 2 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l i p r a u n t f 2 ，反应8 h ，往混 合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合 的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷乙 酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 h n m r 来测定，产率3 8 。 3 3 0 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 t o o l2 , 4 二氯n 氧化吡啶、0 1 0 m o l ( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 ，反 应8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱 液：己僦乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测 定，产率6 8 。 4 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 0 5 m o l ( c f 3 p h ) 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ， 往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5h a ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。 混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己 烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产 率5 8 。 5 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 t o o le t 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ，往 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 5 2 。 6 3 0 c 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 m o li a d a u n t f 2 ，反应8 h ，往 混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0r r a ) 萃取。混 合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己烷 乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产率 l1 。 7 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯n - 氧化吡啶、0 1 0 t o o l ( f 5 p h ) 3 p a u n t f 2 ，反应8 h ， 往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液0 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。 混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱液：己 烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测定，产 率7 。 8 3 0 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基卜葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 t o o l 的 工程硕士学位论文 m s o h ，然后依次加入0 0 5 t o o l2 , 4 二氯- n 一氧化吡啶、0 1 0 m o l t - b p a u n t f 2 q 帆2 a u n t f 2 伸u 匆一 一v 0 0 m _ 人：y 了 9 一launtf2(01 0 m 0 1 ) w 入v 巷 - - - - - 、 、一， 反应条件 。 表2 3 不同金催化剂产物产率比较 2 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 同等条件下，以( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 作为金催化剂的产率最高；因此我们选择( 2 一联 二苯) c y 2 pa u n t f 2 作为体系的金催化剂。 2 1 5 体系温度的选择 1 0 c 时往2 0 m l0 0 5 m o l l 的3 羟基卜葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 二氯- n 氧化吡啶、0 1 0 m o l ( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 ，反 应8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱 液：己烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测 定，产率8 。 2 3 0 时往2 0 r a l0 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的1 ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 m o l2 , 4 - 二氯- n 氧化吡啶、o 1 0 m o l ( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 ，反 应8 h ，往混合物中加入饱和n a l - - i c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱 液：己崩乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测 定，产率6 8 。 3 6 0 时往2 0 m lo 0 5 m o l l 的3 羟基1 葵炔的l ，2 二氯乙烷溶液中加入0 0 6 m o l 的 m s o h ，然后依次加入0 0 5 t o o l2 , 4 - 二氯n 氧化吡啶、0 1 0 t o o l ( 2 - 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 ，反 应8 h ，往混合物中加入饱和n a h c 0 3 溶液( 1 5m 1 ) ，反应后的溶液用二氯甲烷( 2 3 0m 1 ) 萃取。混合的有机层用m g s 0 4 干燥。混合物重结晶，残留物用快速硅胶柱色谱( 洗脱 液：己烷乙酸乙酯) 提纯得到产物，产率以邻苯二甲酸二乙酯为内标的1 hn m r 来测 定，产率3 2 。 比较产率选择3 0 作为体系的反应温度。 2 2 结果与讨论 本章我们以3 羟基1 葵炔为原料来合成相应的3 羰基氧杂环丁烷，试验不加酸、 m s o h 、h b f 4 、h c l 0 4 、h a c 、对甲基苯磺酸时产物的产率，确定以m s o h 作酸；试验 不同氧化剂3 ，5 二氯吡啶n 氧化物、2 ，4 二氯吡啶- n 氧化物、3 溴吡啶n 氧化物、2 溴吡啶n 氧化物、4 乙基吡啶- n 氧化物、4 乙酸基吡啶n 氧化物的氧化效果，比较产 物的产率选择以2 ，4 二氯吡啶n 氧化物作为体系的氧化剂；试验不同金催化剂 p h 3 p a u n t f 2 、i p r a u n t f 2 、( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 、( c f 3 p h ) 3 p a u n t f 2 、e t 3 p a u n t f 2 、 p t c l 2 a u n t f 2 的催化效果，比较产物的产率来选择效果最好的氧化剂和金催化剂；试验 不同温度0 、3 0 、6 0 ，比较产率选择3 0 作为体系反应温度。最后确定二级丙炔 醇以m s o h 作酸、2 ，4 二氯- n 氧化吡啶作氧化剂、( 2 联二苯) c y 2 p a u n t f 2 作金催化剂、 工程硕士学位论文 反应温度3 0 c 时产率最高；三级丙炔醇以以m s o h 作酸、2 ，4 二氯- n 氧化吡啶作氧化 剂、i p r a u n t f 2 作为金催化剂、反应温度3 0 。c 时产率最高。 2 3 - 3 1 前言 第3 章丙炔醇衍生物的制备 丙炔醇( p r o p a r g y la l c o h 0 1 ) 及其衍生物是有机合成中一类重要的合成砌块，它们是合 成甾体、类胡萝卜素、烟碱、维生素e 、k 、醚类等一系列天然产物和具有生物活性的 药物的关键中间体，也是其它一些较难合成的、具有光学活性的化合物的合成前体，在 有机合成过程中得到广泛的应用。虽然得到这些化合物最普遍的方法是直接把炔酮还 原，但是羰基在有机金属试剂作用下的炔基化反应还是有其独特优势的，一步转化过程 中形成了一个新的c c 键和一个手性中心，而以前的方法c c 键和手性中心是单独形 成的。而且，由于丙炔醇中的炔基和羟基是具有多种反应性能的官能团，易于进行各种 转化，从而在有机化学领域受到化学工作者的青睐【7 5 1 。 丙炔醇衍生物的一般合成方法是通过金属炔化物合成、由末端炔烃衍生物合成及炔 基碳氢活化合成。 3 1 1 通过金属炔化物合成 由于末端炔烃上的质子有一定的酸性，它可以与强碱发生酸碱反应，生成相应的金 属炔化物，然后金属炔化物可以对羰基化合物进行加成。 o 呲一c - m 懈一r - c s c - 带 3 1 1 1 强碱促进的脱质子化 利用强碱形成金属炔化物是最早采用的也是制备炔丙醇最基本的方法。金属炔化物 的制备通常有两种方法：( 1 ) 由炔烃与金属l i 、n a 、k 、m g 等直接反应；( 2 ) 与金属衍生 物，主要有烷基衍生物，例如：m e 2 z n 、e t 2 z n 、b u l i 、e t m g b r 、m e 3 a i 等：金属氨化 物，例如：k n ( t m s ) 2 、n a n ( t m s ) 2 e h n l i 、l d a 等；以及烷氧化物和氢氧化物，如 b b u o k 、c s o h 、k o h 、n a o h 等【7 6 1 。 以上制备的金属炔化物与醛、酮的加成反应通常得到较高收率的炔丙醇，但由于具 有强碱性，还需要低温条件，因此副反应多，步骤繁琐。而且，强的亲核性使此类金属 炔化物与其它官能团如卤素【7 7 1 、环氧基卧7 引、酯和酰胺也发生加成反应，使具有 上述官能团的炔丙醇产率降低，限制了其在有机合成中的应用范围。 3 1 1 2 强碱改进的有机试剂促进的脱质子化 鉴于上述强碱对醛、酮的加成选择性较差以及上面提到的不利因素，人们对这种直 接方法进行了改进，先由炔锂试剂或炔镁试剂制成温和、有效的有机试剂，再选择性地 工程硕士学位论文 与醛、酮进行加成反应。 1 9 7 1 年j o h n 等【8 l 】报道了用二乙基炔基铝与简单的共轭烯酮发生加成反应。顺式烯 酮发生l ，4 力口成，反式烯酮则得到l ，2 - 力口成产物炔醇。反应机理可能是顺式构型的烯 酮通过分子内的六元环过渡态i 与炔基顺利加成，而反式烯酮i i 由于立体结构因素只能 发生1 2 - 力口成反应。 。 i i i 3 1 1 3 路易斯酸碱组合促进的脱质子化 碱金属或碱土金属衍生的炔化物的生成，由于使用强碱，且步骤较多，因此需要简 化这类反应的合成途径。路易斯酸和路易斯碱的组合试剂能方便、直接地得到炔负离子， 操作简便，简化了炔丙醇的合成途径。 1 9 9 5 年，y i n gh a r t 等【8 2 】发现在胺的存在下，三碘化镓能有效地促进末端炔烃对醛 加成生成炔丙醇。b u 3 n 和e t 3 n 是最有效的胺碱。在t h f 溶液中得到较高产率的炔丙 醇，而在c h 2 c 1 2 中却生成了共轭烯酮( 2 1 6 2 ) 。此体系的特点是：炔烃对醛直接加成， 反应条件温和，对酮没有反应，不受硝基，链烯和酯基等官能团干扰。 g a l a 胺 r 置卜h + r 。c h o t h f 。r t 3 1 2 由末端炔烃衍生物合成 h r 喀i i c r i o h 炔丙醇也可以在有机试剂的促进下，由末端炔烃的衍生物如碘代炔烃等与醛、酮的 加成反应合成。 3 1 2 1 卤代炔烃合成 1 9 8 5 年，t a k a i t 等人【8 3 】报道了碘代炔烃在铬试剂作用下对醛的选择性加成反应及其 在有机合成中的应用。炔基卤化物在c r c l 2 作用下生成炔基铬试剂，并优先与醛发生加 成反应。炔基铬试剂对a ，p 不饱和烯醛( 如巴豆醛) 的亲核加成选择性地得到l ，2 - 力口成产 物。 c t c l 2 d m f 2 5 2 h 八器 _ o h p h 金催化合成3 羰基环氧丁烷类化合物新方法研究 3 1 2 2 三甲基硅炔烷合成 三甲基硅炔烷与缩醛反应一般需要计算量或比计算量更大的路易斯酸。1 9 8 7 年， h a y a s h i 8 4 】提出混合路易斯酸s n c h - z n c l 2 可以促进三甲基硅炔与缩醛的加成反应合成到 炔丙醚，也可以在同样催化条件下，直接由醛和三甲基硅试剂的反应合成。 o r 2 r 1 一一、，上、o r 2 +r 3 - t m s 3 1 3 通过炔基碳氢活化合成 催化剂，s n c l 4 - z n c l = o r 2 r 1 k r 3 现在对炔基碳氢键的活化已经发展了几个催化剂，比如，p d ，r u 等，其中r u 最为 有效。这些催化剂已经成功的应用到末端炔烃对亲核试剂( 如缺电子的烯烃和炔烃) 的加 成反应中去。 3 2 实验部分 3 2 1 二级丙炔醇的制备 正丁基锂的己烷溶液( 1 6m ，5 3m l ，8 5m m 0 1 ) 逐滴加入到乙炔基三甲基硅( 8 0m m 0 1 ) 的无水四氢呋喃( 2 0m 1 ) 溶液。1 5 分钟后，醛( 5 3m m 0 1 ) 的无水四氢呋喃( 2 0m 1 ) 溶液逐滴 加入反应混合物，产生的混合物继续搅拌8 h 。反应用饱和n h 4 c l 溶液猝熄，混合物用 e h o 萃取四次。有机层混合在一起，然后用浓盐水洗涤，无水m g s 0 4 干燥，溶剂在真 空下蒸发掉。油性残留物用快速硅胶色谱( 己烷乙酸乙酯) 得到目标产物丙炔醇a 。 四正丁基氟化铵溶液( 1 0m ，4 8m l ，4 8r e t 0 0 1 ) 逐滴加入到丙炔醇a ( 4 0m m 0 1 ) 的 t h f ( 3 5m 1 ) 溶液中，混合物搅拌1 5 m i n 。加入饱和n h 4 c l 溶液后混合物用e t 2 0 萃取三 次。有机层混合在一起，然后用浓盐水洗涤，无水m g s 0 4 干燥，溶剂在真空下蒸发掉。 油性残留物用快速硅胶色谱( 己烷乙酸乙酯) 得到目标产物丙炔醇l 或4 a 4 f 。 步骤a ：二级丙炔醇1 或4 的制备 o n b u l i 少h + 一詈 a t m s t b a f t h f 1 或4 3 羟基1 葵炔( 1 ) 醇l 根据步骤a 以6