（有机化学专业论文）锆化合物催化的有机反应.pdf

摘要 摘要 l e 诵s 酸在有机合成中应用非常广泛，它的使用使一些原本不能或不易进行的反应 可以在温和的条件下进行，从而在很大程度上促进了有机合成化学的发展。发展新的具 有选择性、高产率、原子经济、反应条件温和的合成方法是2 1 世纪有机合成研究的热 点之一。随着对环境的关注和有机转变中对高效、绿色l e 肺s 酸的需求的增加，人们对 锆及其化合物的研究越来越感兴趣，锆元素在地壳中的含量较高，其化合物活性高，毒 性小，易于处理，价格相对便宜，能容忍少量水的存在，具有高的配位能力和催化活性， 表现出较强的l e “s 酸性。本文在前人工作的基础上，研究了l e 丽s 酸催化剂锆化合 物在有机合成中的新应用。 首先，根据反应类型综述了锆化合物作为l e w i s 酸在有机合成中的应用。锆化合物 催化的反应主要涉及保护基团的形成和裂解、加成反应、环加成反应、环化反应、重排 反应、氧化和还原反应等。 使用环境友好介质代替一般性的有机溶剂进行反应，符合绿色化学的要求，但即使 如此，仍不可避免地引入诸如回收和处理等其它问题，因此，最好的策略是不使用溶剂。 无溶剂条件下的反应更符合绿色化学的要求，可以大大减少溶剂带来的回收、处理和污 染等问题。而且进行无溶剂的反应也可能成为解决催化剂效率问题的途径之一。我们成 功地利用氯化氧锆作催化剂，用等摩尔的p 一二羰基化合物和胺反应在无溶剂条件下合成 了b - 烯胺酮和烯胺酯，方法适用范围广、操作简便、反应时间短，催化剂用量少。采用 双、1 酬r 和元素分析对大部分化合物进行了结构表征。 氧杂蒽类化合物具有广泛的生理和药理活性，如抗发育不良、抗过敏作用、抗菌、 抗癌活性和用于治疗过敏性气管炎、糖尿病等，因此得到许多药物化学家和有机化学家 的重视。此外，它也是许多天然产物的结构单元，同时也是合成其它杂环化合物的重要 中间体。因此它们的合成是当前研究的一个热点。传统氧杂蒽类化合物合成方法是通过 醛与含活泼亚甲基的羰基化合物在酸或碱催化下进行，寻找合适的催化剂是实现该反应 的关键。通过对一系列催化剂的筛选，发现氯化氧锆是实现该反应最有效的催化剂。该 方法适用范围广，反应对水不敏感，操作简便，产率高，反应时间短，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。 毗咯衍生物具有很强的生物活性和特殊用途，可用于医药、农药、日化、染料、食 i i i 河北师范大学硕士论文 品、高分子材料和光信息材料等领域。吡咯衍生物也是合成天然杂环化合物的重要中间 体。可以看出对吡咯衍生物的研究是很有现实意义和长远意义的。虽然发展了多种合成 毗咯的方法，但p a a l k n o r r 合成方法是合成吡咯化合物最简易的方法之一。该反应一般 在酸催化下进行，通过测试了一系列酸性催化剂和各种条件实验，发现用催化量的四氯 化锆，在超声条件下4 0o c 反应反应可顺利进行，由此发展了一种合成吡咯衍生物的新 方法。 总之，锆化合物作为催化剂在许多有机转化中表现出很多优越性。虽然锆盐已应用 于各种有机反应中，得到了大的发展，但发展用锆盐催化的有机反应仍然是一项有趣且 具有挑战性的研究课题。本课题在总结前人的基础上，研究氯化氧锆和四氯化锆在有机 合成中的新应用。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， 为寻找新试剂、新方法奠定基础和开拓道路，将更好地促进有机合成化学的发展。 关键词：氯化氧锆四氯化锆l e 埘s 酸催化p 烯胺酮p 一烯胺酯氧杂葸类化合物吡咯 衍生物 i v a b 翻r a c t a b s t r a c t l e 诵sa c i d sa r ew i d eu s e di no 玛a 1 1 i cr e a c t i o n s m a n yo 唱a l l i cr e a c t i o n s ，w l l i c ho r i g i n a l l y c 锄o tb ec 秭e do u to ra r ed i 伍c u l tt oo p e r a t e ，h a v eb e 舳c c e s s 如l l y 叫0 m e di nm i l d c o n d i t i o 璐i nt h ep r c s e n c eo fl e 丽sa c i d s 1 1 1 ef i e l do fl e w i sa c i dc a _ t a l y s t si se x p a i l d i n ga n d 、 ，i hb o o s tt l l ed e v e l o p m e n tn e ws y n t h e t i cm e t l l o d su l l d e rm i l d e rc o n d i t i o n s ，a t o me c o n o m i e s 觚d 、i ml l i 曲y i e l d sa i l d l e c t i v i t i e si i l2l c e n t u w i t l li n c r e 舔i l l ge n v i r 0 砌e n t a lc o n c e m s 锄dt l l e 鹏e df 0 re m c i e n t 锄dg r e e nl e 谢s i dc a t a l y s t sf 0 rv 覃l r i o 邯璐e 矗no 玛孤i c 位m s f o r m a t i o n s ，t h ei n t e r e s ti i lz i r c o l l i 姗赳l di t sc o m p o u n d s1 1 2 峪i n c i r e a s e di i ll a s td e c a d e z i r c 9 i l i u mc o m p o u n d sa r cc o n s i d e r e dt ob er e l a t i v e l yt l i 曲a b u i l d a n c e ( o o16 ，r 觚k i n ga ：b o u t t w e n t i e mi nt t l ee 珊i sc m s t m o s tz i r c o m u mc 0 m p o m l d sa 聆r e l a t i v e l yl o wt o x i c i 饥e 鹊yt 0 l l a n d l e ，l o wc o s ta n dc 趾t 0 i e r a t es m a l l 锄o u n t so fi n o i m 聪z i r c o i l i u m ( ) c o m p o u n d s p o s s e s sah i 曲c o o r d i n a t i n ga b i l 时t l l a ta l l o w sd i s p l a y i n gag 呐n gl c 谢s i db c h a v i o r 锄d l l i g l lc a ：t a l y t i ca c t i v i 够o nm eb 觞i so ft h a tp i o n e e r i n gw o d ! 【s ，t l l ei 鼢a p p l i c 撕o mo f z 沁o m u m ( i v ) c o i n p o m l d s a sl e 、i sa c i dc a t a l y s t s 洫o r g ；a l l i cs y n m e s i sh a v eb e e i le x p 觚d e d f i r s t l y f i r o mav i e w p o i mo fs 蛐恤e t i co 玛a i l i cc h c m i s 奶，t h er e c e n td e v e l o p m e n ta n d 印p l i c a t i o no fz i r c o 血u mc o m p o u l l d s 嬲p r o m o t e r 锄dc a t a l y s ti no r g a i l i cr e a c t i o 衄s u c h 嬲 a d d i t i o nr c a c t i o 璐，c y c l o a d d i t i o l l s ，r j e d u c t i o n ，c y c l i z a t i o l l 托锄锄g e m e 鸲坨f 0 衄a t i o n 锄d c l e a v a g eo fc o m n l o np r o t e c t i i 玛g r o u p sw e r er e v i e w e d r 印l a c e m n e n to r g a i l i cs o l v e n t sw i t l le n 访r o 姗e n t a l l yr e a c t i o nm e d i af i t sf o r t h ed c l n 锄d o fg r e e nc h e m i s 臼够b u t ，i ti su n a v o i 以b l et 0m t r o d u c cs o m ep r o b l e m ss u 【c h 勰c y c l ea n d d i s p o s a lo fs o l v e n t 一6 e eo 略雒i cs y n t h e s i s 、0 u l db et h ef i r s tc h o i c e f o rr c 硒。璐o fe c o i l o m y a n dp o l l u t i o i l ，s 0 l v e n t - n i e em e t h o d s 棚eo fg r e a ti n t e r e s ti i lo r d e rt 0m o d e r l l i z e c l 懿s i c a l p r o c e d u r e sm a l ( i n gm e mm o r ec l e a i l ，s a f ea n de a s yt 0p c r f o m a n 锄妣m 锄ti i lk i n e t i c s c 趾r e s u l tf b o m 硫r e a s i n gc o n c e m a t i o l l si nr c a c t a i l t sw h e nad i l u t 啦a g e n ts u c h 嬲as o l v e n t i sa v o i d e d a 嘶e 哆o fp e n a m i n ok e t o n e sa n de s t e r sh a _ v eb e e ns y n 廿l e s i z e d i l ll l i 曲t o e x c e l l e n ty i e l d s b yr e a c t i n gp d i c a r b o n y lc o m p o u i l d s 砌la m i n e si n 血ep r e s e n c eo f z i r c o i l i u mo x i d e c h l o r i d e t h er e a c t i o np r 0 c e e d ss m o o 廿1 l yi i ls h o r tr e a c t i o nt i n l e u n d c r s o l v e n t - 能ec o n d i t i o n s sm e t h o di s s u i 切b l ef o rv a r i o i i s s u b s t r a t e s ，o p e m t i o 砌觚d e x p e r i m e n t a ls i m p l i c i 够m o s to fc o m p o u i l d sw e r ec h a r a c t 嘶z e db yi r 锄d 1h n m r 1 3 脒m r v 河北师范大学硕士论文 锄dm s t h es y n t h e s i so fx a n t h e n ed e r i v a t i v e sh a sb e e no fc o n s i d e r a b l ei n t e r e s tt 0p i l a 吼e u t i c a l c h e m i s ta n do 玛趾i cc h e m i s tb e c a u s eo ft h e i r 晰d e 啪g eo fb i o l o g i c a l 锄dp h a n n a c e u t i c a l p r o p e r t i e ss u c ha sa i l t i d y s p l a s i a ，a n t i b a c t e r i a l ，a n t i - a l l e 玛y ，锄t i c a r l c e ra c t i v i t i e s ，m l du s e dt o t r e a t l n e n to fa l l e r g i c 仃a c h i t i sa n dd i a b e t e s i na d d i t i o n ，t l l e s ec o m p o u n d sa r es 缸u c t u r a ll l l l i t s o fm a n y 咖l p r o d u c t sa n di m p o n a m th e t e r o c y c l i cc o m p o u n d si n t e 册e d i a ：t e t h e r e | 0 r e ，廿硷 s y n t h e s i so fx a n t h e 眦d e r i v a t i v e si sp r e n t a r c hh o ts p o t t 硼i t i o n a lm e t h o do f $ n t h e s i s o fx 锄m e n ed e r i v a t i v e si sr e a c t i o no fa l d e h y d e s 、析n lc a r b o n y lc 0 n l p o u n d 、) l ：i l i c hc o n t a i l l i n g a c t i v cm e t l l y l e n cc o l p o u n d su n d e ra c i d i cc o n d i t i o i l s0 ra u ( a l ic o n d i t i o 衄1 kk e yf o rt l l i s 始a c t i o ni st 0s e a r c h 锄e 舵c t i v ec a ：t a l y s t 1 ke m c a c yo fv a r i o l l sl c 、) l ，i s i d sw 嬲t e s t e df o r 吐l i sc o n v e r s i o na i l dz i r c o i l i u mo x i d e c h l o r i d ew 弱f 0 吼dt 0b es u p e r i o ri 1 1t 黜so f y i e l da n d r e a c t i o nr _ a t e s t h em e t h o di s 印p l i c a b l et oa 谢d e 啪g eo fa l d e h y d e s t h er e a c t i o np r 0 c e e d s s m o o t l l l yi ns h o r tr e a c t i o nt i m eu 1 1 d e rs 0 1 v e n t 丘e cc o n d i t i o 嬲 p y r r o l e sa r ei m p o 比m tc l 嬲so fh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sh v i i l gd i 舵r e n tb i o l o g i c a l a c t i v i t i e sa n ds p e c i a lu s e t h e yc a nb eu s e di nm 趾yf i l e ds u c h 嬲m d i c i m ，p c s t i c i d e ，d a i l y 蜘s 臼md y e s t u 正f o o di n ( h 缸e s ，p o b 衄e r i cm e d i c a lm 砷e r i a l s ，a n do p t i c a li i 响i m 妊岖0 n m a t e r i a l s t h e ya 他ah i g l l l yv e r s 撕l ec l 弱so f 证c 咖l e d i a t e si nt l l es y n t h e s i so fn a t i 啪l p r o d u 【c t s 弱w e l l 鹤i nh e t c r 0 c y c l i cc h c m i s 臼yan u m b e ro fi n e t l l o d sh a v eb e e nd e v e l o p e df ；w l e i rs 如【m e s i s t h e1 1 1 0 s t s i m p l ea r l ds i g l l i f i ca i l _ tp r o c e d u r ei sp a a l k r rr c a c t i o n w e i n v e s t i g a t e d 缸c a 切l y t i ca c t i v i t i e so fv a r i o 瑚l e 诵sa u c i d st 0p r o m o t et h i sc o n v e r s i o na n d f o u l l dt ：h a t ：乙r c l 4i sa 1 1e 伍c i e n tc a t a l y s t w bd e v e l o p e dam o d i f i e dp a a l i ；a l o i l rm e m o dt 0 s y n t h e s i so fv a l u a b l es u b s t i t u t e dp ) r r r o l e su i l d e ru l 臼粥o u n di 玎a d i a t i o nu s i n gz r c l 4 嬲a c 删y s t t h i sm e m o di sb e s t o w e d 诵也s e v e r a lu l l i q u em e r i t s ，s u c ha sr e l a t i v e l ys h o r tr e a c t i o n t i i n e s ，s i r n p l i c 时i no p e r a t i o n ，h i 曲y i e l d so fp r o d u c t s ，m i l dr e a c t i o nc o l l d i t i o n s ，锄d 舭髑eo f c h e a p 觚de a s i l ya c c e s s i b l ec a t a l y s t mc o n c l u s i o n ， z i r c o n i u m c o m p o u i l d s a s p r o m o t e ra n dc 缸2 l l y s td e m o 璐饥l t e d 啊k i i n p o r t a n c ea r l da d v 锄a g e si nm 肌yi m p o n a 呲o r g a n i c 也m s f o m i a t i o n s d e s p i t et l l es i g n i f i c a n t p r o g r e s si nt h e 印p l i c a t i o no fz i r c o l l i u ms a l t sa sc a t a l y s t si nd i v e r s eo 唱a m cs y n m e s i sh 嬲 b e e na c l l i e v e d ，t h es e a r c hf o rs o m en o v e ls y n m e t i cp r o c e s si n v o l v i n gz i r c o n i u mc o n l p o u i l d s w i nc o n t i 姗et ob ea ni n t e r e s t i n ga 1 1 d c h a l l e n g i n gr e s e 觚ht o p i c o nt h eb a s i so ft h a t v i a b s 仃a c t p i o n e e r i n g 、0 r k s ，t l l en e wa p p l i c a t i o n so fz i r c o n i u mc o m p o u l l d s 嬲l e w i sa c i dc a 协l y s t si n o 唱锄i cs y n t h e s i sh a v e b e e ne x p 锄d e d t l l er e s e a r c ho fn e wa p p l i c a t i o i l so fz i r c o n i u m c o m p o u l l d s 、v i ur c n e w 锄de x p a n df o rc l 嬲s i c a la c i da l l db a s et l l e o r yi no r g a l l i cc h e m i s 缸y t h i s 、砘l lp r 0 v i d eap l a t f o 肌孤l do p e n su pan e w p a t hf o rt l l es e a r c hf o rn e w 陀a g e n t s ，t h e e s 组b l i s l l i n e n to fn e wm e t h o d sa r l dn e wm e o r i e s i tw i l lp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f o r g a l l i c s y n n l e s i sc h 咖i s t l 孓 l 蛔， w o r d ：z i r c o n i u m 0 x i d e c h l o r i d e ，z h o n i 啪c l l l 耐d e ， l e 诵si d c a ：t a l y s i s ， p e m 嘶1 1 0k e t o l l e s ，p - e m 吼i 1 1 0e s t e r s ，x a n t l 圮n e ，p y l t o l e s v i i 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文锆化合物催化的有机反应，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。 论文作者( 签名) ：孪锂曼 指导教师确认( 签名) ： 加弼年岁月6 日1 朋7 年f 月占日 学位论文版权使用授权书 嗽 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。本人授权河北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) ：撒襞 2 0 孵年岁月6 日 ， 指导教师( 签名) ：私占叱经 口寥年n6 日 第一章前高 第一章前言 1 1前言 l e w i s 酸对不同的官能团具有选择性催化，能够使一些原本不能或不易进行的反应 可以在温和的条件下完成，由于它的这些特点，l e 诹s 酸催化的有机反应得到广泛的关 注【1 铆。应用于有机反应的经典l e 埘s 酸主要有a l c l 3 【4 】、b f 3 e t 2 0 【5 】、锌盐【6 】、t i c l 4 【7 1 、 f e c l 3 【引、s n c l 4 【9 j 。近年来，铟盐【1 0 1 2 1 、铋盐【1 3 ，14 1 、c e c l 3 【1 5 】、n b c l 5 【1 6 】等也作为l e 、i s 酸催化剂被应用于有机合成中。 锆元素在地壳中的含量为0 叭6 ，在地壳含量排在第十二位【1 7 ，1 8 1 。大多数的锆化 合物具有低的毒性，价格相对便宜，能容忍少量水的存在1 9 1 。锆金属较多数金属离子具 有高的z 2 r 值，例如：l i + ，c 0 2 + ，c u 寸，m 孑+ ，b i 3 十，h ，s c 3 + 的z 2 r 值分别为：1 5 、 5 4 、5 4 8 、5 5 6 、8 8 2 和1 1 3 9e 2 m 1 0 ，而z r 4 + 的z 2 r 值为2 2 2 2e 2 m 。1 0 【2 0 】。此外，锆化合 物具有高的配位能力和催化活性【2 ，表现出较强的l 嘶s 酸性。尽管锆化合物具有以上 诸多优点，但是相比其它过渡元素来说，锆化合物作为l e 研s 酸催化剂在有机反应中并 未得到广泛的应用【2 2 2 4 】。随着对环境的关注和有机合成中对高效、绿色l e 、) i ，i s 酸的需求 的增加，人们对锆及其化合物的研究越来越感兴趣。本章按反应类型总结了锆盐作为催 化剂在有机合成中的应用。 1 2 加成反应 1 2 1 迈克尔加成 作为一类重要的c c 链增长反应，m i c h l 加成反应在有机合成中有着广泛用途【2 7 】。 从传统意义上来说，m i c h a c l 加成需在碱性条件下进行，可在强碱存在下，经常发生自 缩和、双加成、重排和聚合等副反应【2 引。因此，近年来化学工作者致力于用金属化合物 作为促进剂应用于化学反应中【2 9 1 。人们发现很多金属化合物可以作为催化剂应用于迈克 尔加成反应中。近期研究发现四氯化锆在温和的条件下就能很好的催化进行l ，3 二羰基 化合物与a ，d 不饱和酮的迈克尔共轭加成反应，在无溶剂条件下用2m 0 1 的四氯化锆 催化剂就能使反应顺利进行( 图1 ) 【3 们。l ，3 二羰基化合物与甲基乙烯酮、环烯酮、取代 烯酮在相同条件下反应都能得到相应的迈克尔加成产物，而且产率较高。然而，甲基丙 二酸二乙酯与3 甲基2 一烯环己酮反应时由于空间位阻在此条件下反应不能进行。 河北师范大学硕士论文 r 姒r 1 + r ：妓酱r 牧 l， c o r l l 图l 1 - 2 2a m o l 反应 另一类增长c c 链重要的反应是m u k a i y a m a - a l d o 反应。近期，k o b a y 弱l l i 等人做了许 多工作，用二氯甲烷作溶剂，以苯甲醛、苄叉苯胺和苯丙酮生成的烯醇硅醚的反应为模 型反应，比较和研究多种l e 晰s 酸的催化活性和选择性，发现z r c l j i 具有很好的催化活性 和羟醛加成选择性( 图2 ) 【3 i 】。产物的产率很高且醛和醛亚胺的选择性为9 5 5 。 qn ，p ho s i m e 3 m c l 。 p 少h + 孙八h + 以：面丽甭忑面 p ：斗 图2 1 2 3 鼬r e c k e r 反应 鼬陀c k e r 反应【3 2 】是合成氨基腈和相应氨基酸化合物的有效方法。2 0 0 1 年，m a b i c 和 他的同事【3 3 1 证实手性脂肪叔丁基硫胺是s 仃e c k e r 反应很好底物，在s t r e c k e r 反应中，乙 基异丙氧基铝腈化物或三甲基硅醚腈化物在l e w i s 酸的催化下能产生腈离子( 图3 ) 。在 多种催化此反应的l e w i s 酸中，三氟甲磺酸盐s c ( o t f ) 3 、y ( o t f ) 3 和l a ( o t f ) 3 对反应有 较高的非对映选择性。z m “也可催化此反应，但是非对映选择性不高，为8 1 1 9 。 阶：乒嚣竽阶n 冬 罴等l n d 删磊移 l c w i s i dc a t a l y s ty 、， i n d 删砭移 c nv 乏 图3 1 2 4 卡宾金属化反应 另一个形成c c 键的反应是卡宾金属化的反应，也就是把有机金属加成到c c 多 键上，实验表明z 圮1 4 可用来催化此反应。m a t s u k a w a 【3 4 1 报道在z 妃1 4 催化下，三丁基烯 丙基锡与未活性的芳香炔加成反应得到，产率很高( 图4 ) 。1 乙基4 甲基苯，1 氯4 乙 基苯和1 乙基4 甲氧基苯这样的芳香炔可以得到相应的反式的烯丙基甲烯烷烃产物。而 2 第一章前言 在0o c 甲苯溶剂中反应主要得到顺式的产物。环戊基乙炔与三丁基烯丙基锡反应只得 到了相应的顺式加成产物。而共轭的1 环己烯基乙炔生成了相应的反式烯丙基甲烯产 物。由于空间位阻的原因，3 。3 二甲基炔烃与三丁基烯丙基锡并未发生反应。 r 3 r 1 h + r 2 、儿s n b u ，1 毛等r 2 1 5 1 6 图4 1 2 5o r 氨基膦酸酯的合成 0 c 氨基膦酸是类似于仅氨基酸的化合物，由于其具有很强的生物活性，合成甜氨基 膦酸得到广泛的关注【3 5 1 。一种简易合成0 【氨基膦酸的方法是在酸或碱条件下亚磷酸盐和 亚胺的亲核加成反应【3 6 ，3 7 1 。多种l e 谢s 酸如：y b c l 3 ，y c l 3 ，l a c l 3 等都可催化此反应，其 中z 妃1 4 的的催化效果最好，反应时间短，产率高，以乙腈为溶剂，1 0m 0 1 z 以1 4 催化 下亚磷酸盐可以和各种芳香胺、脂肪亚胺反应生成相应的甜氨基瞵酸酯化合物，且产率 较高( 图5 ) 【3 8 】。在这个反应中不需要任何添加剂或促进剂，脂肪亚胺的活性较低，所以 较芳香亚胺来说反应所需时间较长。 1 3 环加成反应 + h o p ( o 竺k h y 7 芋 一m ? 赢r - 人 2 0 2 l 图5 不饱和分子的环加成反应是制备环状化合物的有效方法【3 9 】。在这类反应中，选用 l e 诚s 酸为催化剂可以使反应在温和的条件下进行，且加速了反应，提高了反应的区域、 立体选择性m 。 1 3 1 2 + 2 环加成反应 烯烃在l e w i s 酸的催化下与羰基化合物发生【2 + 2 】环加成反应生成氧杂环丁烷，氧杂 环丁烷在有机合成中是一类重要的中间体，它也存在于自然界中，如紫杉醇、血栓素中 就还有氧杂环丁烷。a k i y 锄a 等报道z 酊1 4 能催化醛和烯丙基硅的环加成反应生成该 类化合物( 图6 ) 。脂肪醛如正己醛和环己基甲醛得到了中等产率的氧杂环丁烷化合物， 有活性0 c 位的醛产率明显增大，其仅一位的醚基对立体选择性有影响，而d 苄基醚没有立 醇 h 、z= s i ( 卜b u ) m e 2 s i m e 2 p h 。 加刚名 2 3 图6 1 3 2 3 + 2 环加成反应 l e 砸s 酸能促进烯丙基硅发生环化反应立体选择性的生成五元环的硅取代的化合 物。如z r c l 4 能催化0 【，p 不饱和二酯和烯丙基硅的 3 + 2 】环加成生成3 l ( 图6 ) 【4 2 】。这个反应 以l ，2 二氯乙烷为溶剂，温度1 5o c ，1 0m o l 的z 疋1 4 催化剂条件下生成非对映异构体的 取代硅环戊烷，产物得到了中等产率。如果环化反应在7 8o c 温度反应得到了【2 + 2 】环化 产物。这说明了环丁烷是动力学产物，而环戊烷是热力学产物。硅基被氧化得到高产率 的环戊烷，反应具有高度的立体选择性( 图7 ) 。 飞+ ? 3 l 1 3 3 4 + 2 环加成反应 d i e l s a l d e r 反应是构筑6 元环的最好方法之一。l e 证s 酸催化的二烯与手性丙烯酰 胺的加成反应是在形成六元环过程中构筑新的手性中心最有效的方法之一【4 3 ，4 4 1 。1 9 9 8 年，e v a n s 和他的同事报道手性的伐，p 不饱和- 酰基嗯唑烷酮化合物在氯化二烷基铝和 四氯化锆的促进下可进行d i e l s a l d e r 反应h 5 1 。最近，瞄m 等【4 6 峙艮道z r c l 4 能有效催化二 烯与手性丙烯酰胺的不对称d i e l s a l d e r 反应，该反应不仅收率高，而且具有很高的 e 以如蹦d 选择性，、大部分情况下p 疗面嚣d 能达到9 9 ：1 ( 图8 ) 。p 胛d 引麟d 选择性是由所选 催化剂和手性的亲二烯体决定的，以t i c l 4 ，t i ( o p r l ) 4 ，s n c l 4 或z 尤1 4 为催化剂时，生 4 r h o= 9 9 ：1 ) ，但以砧e t 2 c l ， z n c l 2 或b f 3 e t 2 0 为催化剂主要得到了构型3 5 ( 3 4 ：3 5 = l ： 9 9 ) 。 舣x c + 铵 ，v | ， y 2c 0 2 m e c h 2 0 m e ，c p h 2 0 h 图8 1 4 还原反应 1 4 1 还原硝基化合物成胺 硝基化合物是多种反应的中间体，在有机化学中应用非常广泛。芳硝基化合物还原 为苯胺的反应备受人们关注。然而，很多方法都伴有副反应发生，例如：聚合反应、卤 代物的脱卤反应，从而限制芳硝基化合物还原。文献报道z 疋v n 出h 4 可有效地把芳硝 基、杂芳硝基和脂肪硝基化合物还原成伯胺( 图9 ) 【4 7 1 ，在z 疋1 4 ( 1r n 0 1 ) n a b h 4 ( 4m 0 1 ) 的催 化下，芳硝基、杂芳硝基在t h f 溶液中回流6 8h 得到高收率的伯胺，脂肪硝基化合物的 还原在室温下就可进行，反应8 9h 可得到相应的产物。底物中的卤素不受影响，没有发 生脱卤、聚合等副反应。 一 z 吒1 4 n a b h 4 z 忙j 4 n a b h 4 h 2 n r 二二r - n 0 2 二= 二r n h 2 t h f ，0o c r tt h f r e n u x 3 7 r 。a l i p h a t - c 3 6 3 7 r = a r y l ，h e t e r o a 叮i 图9 1 4 2c = o 、c - n 和c 兰n 键的还原 上述体系也能还原c = o 、c n 和c 兰n 键，反应在t h f 中室温进行，醛、酮、羧酸、 酰氯、酰胺、肟、腈都能被还原，但硝基苯、溴苯此条件下不反应( 图1 0 ) 【4 引。 z r c l 4 ，n a b h 4 c 2 0 c 2 n c 三n _ = = = c h 2 ，c - n h 2 c n h 2 t h f 。 图1 0 1 4 3 杂环n o 还原成胺 杂环芳香化合物n o 的有选择高效的脱氧反应在有机转化过程中十分重要，引起广 5 一 弱p 弛 河北师范大学硕：1 ：论文 泛关注。z r c l 4 ，n a b h 4 催化体系能还原杂环n o 脱氧成胺( 图1 1 ) 【4 9 1 。等摩尔量的n o 化 合物和z 疋1 4 n a b h 4 催化剂在氮气保护下，干燥的t h f 溶剂中0 至室温下反应成等量 的芳杂环脱氧化合物。反应时间不到1 5 分钟。但带有氯代、甲氧基、氨基、酰胺基的 r 婶孚r 囝 图1 l 1 4 4 苯磺酰内酰胺选择性还原 在二氯甲烷溶液中，肛苯磺酰内酰胺在室温被z r c 州a b h 4 体系选择性还原得到肛 苯磺酰环胺( 图1 2 ) 【5 们。z 疋1 4 n a b h 4 底物比例为1 ：4 ：1 时催化活性最好，在此条件下- 苯磺酰环哌啶2 酮4 0 反应5 小时得到9 2 苯磺酰环己胺4 l ；用s n c 州a b h 4 组成的 体系也能得到很好的结果；f e c l 3 、n i c l 2 和c o c l 2 组成的体系对该反应没有效果。 p h 0 2 s z 疋1 4 ，n a b h 4 p h 0 2 s d m er n u 庐 加 4 l 图1 2 1 4 55 一硝基靛红的还原 t 0 r i s a w ，a 等5 1 j 报道用上述催化体系5 硝基靛红被还原成5 硝基吲哚，通过对其它的 还原体系，其中包括b h 3 配合物、n b u 4 b h 4 、s n c 训a b h 4 等的反应活性的比较，发现 对于上述还原反应来说，使用z r c 帅h 4 体系可以得到最好的结果( 图1 3 ) 。 6 d m e 图1 3 。 1 4 6 缩醛或缩酮的还原 还原缩醛或缩酮成醚醇是不对称合成和保护基化学中有用的方法。l a x m i 等人研究 第一章前言 表明用z 疋v n a b h 4 体系可以有效的催化还原裂解环缩醛或缩酮，反应在t h f 溶剂中室 温下进行。各种缩醛和缩酮在这个体系条件下都可以高产率的转化为相应的醚醇( 图1 4 ) 【5 2 】。z r c l 4 肌a l h 4 体系也适用于这个反应。此催化体系下五元环的缩醛较六元环的缩醛 更易于被还原【5 3 】。 ：冷吗，n 等、c 咿o n 4 4 4 5 图1 4 1 4 7 醛、酮的还原胺化反应 直接还原胺化醛、酮生成高产率的胺类烷基化物在现在有机化学中很有意义，在学 术和工业上也有着广泛应用前景。几种还原试剂，特别是氢硼化物已证实了这点。但是 大多数这类方法只适合于烷基胺或富电子胺，很少应用于像缺电子胺这类弱碱胺。最近， 杨等人发现z 庀1 4 i l 孤t z s c hl ，4 二氢吡啶可以直接还原胺化醛、酮( 图1 5 ) 【剐。含有吸电子 基团和芳杂环的弱碱胺在这个还原体系温和的条件下富电子的醛、酮还原烷基化生成高 产率的仲胺，其它l e 晰s 酸例如：f e c l 3 ，b i c l 3 ，i n c l 3 ，z n c l 2 ，b f 3 e t 2 0 也能得到很好 的结果；c e 烈h 4 ) 2 烈0 3 ) 6 ，c e c l 3 ，m g ( c 1 0 4 ) 2 对该反应没有效果。 r 。且r 2 州枷：昔r 葑羽r 。儿r 2 + r 3 刑h ：曹r 葑- r 3 3 7 4 6 图1 5 1 4 8 叠氮化合物的还原 z 疋1 4 n a b h 4 体系可以用来化学选择性的还原叠氮化合物，反应在温和条件下进行， 生成较高产率的脂肪族和芳香族胺( 图1 6 ) 【5 5 】。但是这个体系不适用于带有硝基、甲氧基、 氯基、羧酸基的叠氮化合物。 r - n ，竺垒竺r ：n h ：r 二n 1 二r - n h 2 。1 1 f oo c r t 一 图1 6 1 4 9 还原二硫醚成硫醇 z r c l 4 n 啦h 4 体系可有效的还原二硫醚成硫醇【5 6 1 。在t h f 溶液中在o 至室温条件 下，等量的z r c l 4 n a b h 4 体系可以催化还原等量的二硫醚4 8 成硫醇4 9 ，底物中的氯不 7 河北师范大学硕：l 二论文 受影响，硝基有部分还原( 图1 7 ) 。 z r a 4 ，n a b h 4 r s s r _ 卜r s h t 断oo c r t 4 8 4 9 图1 7 1 4 1 0 磺酰基氯化物的偶合还原和亚砜的化学选择性脱氧 f i r o u z a b a d i 等人报道z 妃1 4 n a i 和z 由c 1 2 8 h 2 0 n a i 体系可以使磺酰氯偶合还原生 成对称的过硫化物，产率为8 8 9 5 ( 图1 8 ) 【5 7 1 。该体系也可以使亚砜化学选择脱氧生成 对应的硫醚。研究表明，带有强吸电子基如n 0 2 ，c h o ，c n 的芳环明显降低了亚砜 的脱氧速度。 叼 k s s 、r r s c l4 8 z 疋1 4 n a io rz 由c 1 2 8 h 2 0 n a i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - l d 叫c h ” r l ，s 、r 2 5 2 图1 8 1 4 1 1 环氧化物的还原 环氧化物的还原是制备醇的重要方法。i y e n g a r 等人报道在z 以渊啦h 4 体系，手性 l 脯氨酸存在下，外消旋的环氧化物能区域选择的还原生成具有光学活性的醇( 图1 9 ) 5 8 1 。在所有的反应中，反应都生成了孓醇，尽管反应中光学活性醇的对映体过量百分率 较低，但这是第一次报道了由外消旋的环氧衍生物还原生成具有光学活性的醇。 z 以1 4 ，n a b h 以- p r o l i n e t h f s 3 图1 9 1 4 1 2 酮肟o 一烷基醚的不对称还原 在手性氨基醇存在下，z 疋l 删a b 地体系可以有效的不对称还原肟醚( 图2 0 ) 【5 9 1 。生 成的光学活性的伯胺对映体过量百分率较高，不对称合成取决于溶剂、温度、手