铜、氧气催化末端炔合成呋喃化合物

1、 铜/氧气催化末端炔合成2,5-二取代呋喃化合物摘要：（中英文）呋喃是一种含有五元芳环的杂环有机物，这个五元环一个由四个碳原子和一个氧原子组成的。呋喃的同系物都含有种五元环的化合物。呋喃及其同系物是很多化合物的核心结构单元，并且大部分呋喃和它的同系物都具有生物活性，所以不管是在医药还是农药方面都运用的很广，在生物和化学方面也极其重要的原料。 参考了很多文献资料，找到了很多合成吠喃的方法。合成呋喃的方法有较早的paal-Korr反应、Feist一Benary反应，然后到多组分一锅法合成，还有过渡金属催化的串联反应，到现代的碳氢键活化等方法。利用碳氢键活化的性质来合成吠喃的方法是近几年才发展起来的

2、。这种方法污染小，绿色环保，经济适用，很方便快捷，而且高效率。因而受到广泛的关注。本文主要介绍以末端炔烃作为原料，铜作为催化剂，在氧气存在条件下合成呋喃。这种方法底物易得,并且操作简单,条件温和,利用氧气作为氧化剂合成吠喃,氧气的反应过程是绿色无污染的，从而推动了吠喃的合成向“绿色”的方向发展。 关键词：末端炔；氧气；铜催化；呋喃；第1章 ：绪论1.1呋喃的来源、应用和合成呋喃是一种含有五元芳环的杂环有机物，这个五元环一个由四个碳原子和一个氧原子组成的，普遍存在于天然产物中。呋喃的同系物都含有种五元环的化合物。呋喃及其同系物是很多化合物的核心结构单元，并且大部分呋喃和它的同系物都具有生物活性，

3、在生物学和化学方面都有很重要的研究价值，可以作为药物和化学药品的重要原料，是一种重要的中间体。在香料、香精和染料等领域的应用也是很广泛的。呋喃及其衍生物可以发生的反应很多，主要有取代反应、氧化反应和环加成反应等多种化学反应，是一种很重要中间体，可以用来合成非环、碳环和杂环化合物等。在有机合成方面的应用是很广泛的，呋喃的合成方法一直在改善，人们对合成呋喃的方法都很关注。 参考众多文献，合成呋喃的方法主要有两种途径：一种是对已经存在的呋喃环进行结构的改造；另一种途径就是以非环化合物作为前体来构造呋喃结构单元，这种方法应用比较多的是1,4二羰基化合物在酸催化下的环化缩合反应。近年以来，以过渡金属作为

4、催化剂，以非环化合物作为前体来合成呋喃的方法取得了较好的效果。过渡金属催化非环化合物合成呋喃与传统的方法相比，具有选择性高，底物的适用范围广，反应条件温和，而且产率高等特点。利用金属催化合成呋喃的原理主要是利用官能团化的炔烃或者联烯类化合物的环异构化反应来实现的。1.2炔烃的应用炔烃的化学性质很多，可以发生加氢还原，亲电加成，亲核加成，氧化反应，聚合反应等。因此，炔烃应用是非常广泛的，主要是用于加成反应。炔烃及其衍生物是很好的亲核反应底物，在过渡金属催化下，它们可以逐步经历亲核加成反应和碳-碳键或者碳-氧键的构建而生成复杂的分子。这就给我们合成呋喃提供了路径。1.3铜催化偶联反应偶联反应指的是

5、由两个有机化学单位进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程。介质的酸碱性对偶联反应的影响是很大的，所以进行偶联反应是要控制好介质的酸碱性。一般重氮盐与酚类的偶联反应，是在弱碱性介质中进行的；因为在这种条件下酚形成苯氧负离子，使芳环电子云密度增加，有利于偶联反应的进行。而芳胺与重氮盐的偶联反应则是在中性或弱酸性介质中进行的；主要是芳胺在这种条件下以游离胺形式存在，使芳环电子云密度增加，从而有利于偶联反应进行；但如果介质酸性过强，胺就会变成了铵盐，就会使芳环电子云密度降低，不利于偶联反应。在实际应用过程中，含有芳基醚、芳基胺、芳基硫醚片断的分子，在染料、医药、农药、日用化工品和高聚物的制备当中都是

6、非常重要的。因此，找到一个简单而有效的方法去构建不饱和碳碳、碳杂键成为有机化学一个是我们研究的重要课题。在合成反应中，碳杂键、芳基碳碳键的形成是一个非常重要的课题。亲电性饱和碳和亲核性的碳、氮、氧、硫、硒等原子之间是非常容易发生反应，生成碳碳、碳杂键；但是亲电性不饱和碳与亲核性杂原子直接反应是很难的，很难直接成键，只有在亲电性不饱和碳邻近有强吸电子取代基团才可能反应。为了解决亲电性不饱和碳与含有活泼氢的氮、氧、硫、碳原子直接成键难的问题，经过科学家们的研究，找到了一些过渡金属可以用来催化这一反应，这类反应称为交叉偶联反应，是有机合成中的重要手段。但是一些过渡金属催化都会涉及到一些问题，价格昂贵

7、，毒性强等缺点，比如钯、镍等；Pd和Ni的催化剂在C-N, C-S和C-O键的偶联反应中运用的很广，Pd和Ni的毒性都很强，Pd也比较昂贵，这就会限制了这类交叉偶联反应的应用和推广。我们希望找到一种毒性小，价格低廉的绿色催化剂，铜催化剂的发现就刚好符合这一标准，用铜来催化进行交叉偶联反应，反应条件温和，配体简单，可以达到降低成本的目的，同时可以减少污染，安全环保，对于发展绿色化学是非常有利的。 1.4铜催化合成呋喃铜催化合成呋喃是目前合成呋喃的一种比较理想的途径，这是经过很多前人的研究得出的结论。华南理工大学的江焕峰教授就是使用铜催化，非常成功的合成了吠喃类化合物，这过程是利用氧气或碳氢活化等

8、方法。2009年，jiang研究团队报道了合成呋喃类化合物的方法，他们实验过程是炔酯和炔醇首先在DABCO的作用下反应，发生迈克尔加成反应，生成1,5一烯炔化合物，然后利用Cul催化，在氧气的作用下发生重排关环的偶联反应，一锅法得到呋喃类化合物。这个反应过程的机理是首先炔醇和炔酯在DABCO的促进下发生加成生，成1,5一烯炔化合物。然后6位的氢发生分子内的加成反应生成中间体。这个中间体开环生成累积二烯酮的结构，然后发生重排得到卡宾中间体。卡宾中间体经过脱氢和卡宾氧化后得到呋喃类化合物即为最终产物。1.5本课题研究目的，内容和意义。 本课题主要是研究以炔烃为主要原料，铜作为催化剂合成呋喃，氧气作

9、为氧化剂。通过实验寻找最优的实验方案。本实验原料简单易得，铜作为催化剂也廉价，反应条件温和，操作简单那，绿色环保。本实验的主要内容为以炔烃为原料，碘化铜作催化剂，TMEDA作为配体，DMSO作溶剂，在碱性条件下和一个大气压氧气下反应一定时间，然后在提取产物，再检验。1.6本章小结本章主要介绍了呋喃的来源、应用及合成，炔烃的应用，铜催化偶联反应的的机理，铜催化合成呋喃的方法等。从而为我们的课题铜/氧气催化末端炔合成2,5-二取代呋喃化合物提供有利的根据。第二章2.1引言 合成吠喃的方法主要包括了经典的Paal-K的orr反应、Feist一Benary反应、多组分一锅法合成、过渡金属催化的串联反应

10、等方法。但是这些方法都不是很理想，有一定的缺陷,比如,底物需要多步去合成，应用的过渡金属昂贵导致成本高，反应条件比较苛刻，副产物较多等。随着碳氢键活化的兴起，如何通过碳氢键的活化来一步合成多取代吠喃,实现高效,原子经济,原料简单易得，减少污染等特点成为了当前研究重要课题。因此,发展底物简单，条件温和，操作简便，价格低廉的方法是我们努力追求的目标。2.2实验部分 2.2.1实验仪器序号仪器名称型号/容积/尺寸规格数量1镊子12勺子13塑料吸管0.5mL34塑料吸管2mL15即热式恒温加热磁力搅拌器DF-101S16试管夹17毛细管直径0.5mm18层析板20*20cm19层析板7.5*2.5cm

11、110尺子10cm111铅笔2B112层析缸50mL113三用紫外仪ZF-2114塑料离心管5mL115层析缸1000mL116刮刀117过滤纸118磁子0.486g119磁子5.380g120锥形瓶50mL121磁力搅拌器78式122砂芯漏斗60mL123循环水真空泵SHZ-DIII124蒸发瓶50mL125缓冲头126旋转蒸发器RE127恒温水浴锅B-220128玻璃板20*20cm 7.5*2.5cm若干29塑料水杯1000mL130电子天平JA2003131烧杯250mL132螺纹试管15mL133气相色谱仪134液相色谱仪135红外光谱仪136气球1 2.2.2实验化学试剂序号名称纯

12、度用量1苯乙炔分析纯2对甲基苯乙炔分析纯3对乙基苯乙炔分析纯4邻氯苯乙炔分析纯5对溴苯乙炔分析纯6对氟苯乙炔分析纯72,4二甲基苯乙炔分析纯8对甲氧基苯乙炔分析纯9碘化铜分析纯10TMEDA分析纯11DMSO分析纯12氢氧化钾分析纯13十水硫酸钠分析纯14丙酮分析纯15石油醚分析纯16乙酸乙酯分析纯17蒸馏水18氧气 2.2.3制备薄层板所需原料序号名称纯度用量1羟甲基纤维维素钠分析纯8g2蒸馏水分析纯1000mL3硅胶分化学纯400g2.2.4体积比分别为10:1、20:1的石油醚的配制 拿量筒来量取45mL的乙酸乙酯溶液，加入到500mL的容量瓶瓶中，再量取450ml石油醚试剂，倒入容量瓶

13、中，塞上塞子，进行混合，摇匀，直至两种溶剂混合均匀，即可得到10:1的石油醚展开剂。同理，拿量筒来量取23mL的乙酸乙酯溶液，加入到500mL的容量瓶瓶中，再量取460ml石油醚试剂，倒入容量瓶中，摇匀，即可得到体积比为20:1的石油醚展开剂。 2.3薄层层析硅胶板的制备2.3.1薄层层析的原理 吸附薄层的原理：主要是利用吸附剂对样品中各个成分的吸附能力不同，还有展开剂对它们的解吸附能力的也不同，使得各个成分达到分离的目的。吸附作用主要是由物体表面作用力、氢键、络合、静电引力、范德华力等产生。吸附强度取决于吸附剂的吸附能力，同时还受被吸附成分的性质影响，更与展开剂的性质相关。 分配薄层层析：用

14、极性溶剂吸苷在固体支持剂上所形成的混合物，首先铺成薄层（或装柱），然后进行活化、点样（或上样），再用极性较弱的展开剂（或洗脱剂）进行展开。在展开的过程中，各个成分在固定相和流动相之间进行分配，并且是连续不断。因为各个成分在两相间的分配系数是不同的，所以可以达到相互分离的目的。 化合物的极性不相同，吸附能力不相同，因而在展开剂上移动，进行不同程度的解析，根据原点至主斑点中心及展开剂前沿的距离，计算比移值（f）： Rf =溶质的最高浓度中心至原点中心的距离/溶剂前沿至原点中心的距离 化合物的吸附能力大小与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因此Rf值较小。在给定的条件下（吸附剂、展开剂

15、、板层厚度等），化合物移动的距离和展开剂移动的距离之比是一定的，即Rf值是化合物的物理常数，其大小只与化合物本身的结构有关，因此可以根据Rf值鉴别化合物。 Rf的大小比较：酸和碱 > 醇、胺、硫醇 > 酯、醛、酮 > 芳香族化合物 > 卤代物、醚 >烯 > 饱和烃 2.3.2薄层板的制备 称量8g羟甲基纤维素钠放入2L的水杯中，加入1000mL的蒸馏水，用搅拌机把溶液搅拌至溶解均匀，静置待用。将配制好的浆料倾注到清洁干燥的载玻片上，拿在手中轻轻的左右摇晃，使其表面均匀平滑，在室温下晾干后进行活化。薄层板制备的好坏直接影响色谱的结果。薄层应尽量均匀且厚度要固定

16、。否则，在展开时前沿不齐，色谱结果也不易重复。 通常将薄层板分为硬板（加粘合剂）和软板（不加粘合剂） 薄层吸附色谱和柱吸附色谱一样，化合物的吸附能力与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因而Rf值较小。因此利用化合物极性的不同，用硅胶和氧化铝薄层色谱可将一些结构相近或順、反异构体分开。 薄层板制备的好坏直接影响色谱的结果。薄层应尽量均匀且厚度（0.251mm）要固定。否则，在展开时前沿不齐，色谱结果也不易重复。 （1） 平铺法：用薄层涂布器涂布，它适合于科研工作中数量较大要求较高的需要 （2） 浸渍法：把两块干净的玻片叠合，浸入调制好的吸附剂浆料中，取出后分开、凉干。 （3） 简易

17、平铺法（倾注法）：将配制好的浆料倾注到清洁干燥的载玻片上，拿在手中轻轻的左右摇晃，使其表面均匀平滑，在室温下凉干后进行活化。 2.3.3薄层板的活化 将涂布好的薄层板置于室温凉干后，放在烘箱内加热活化，活化条件根据需要而定。硅胶板一般在烘箱中渐渐升温，维持105110活化30min。氧化铝板在200烘4h可得到活性为级的薄板，在150160烘4h可得活性为级的薄板。2.3.4点样 通常将样品溶于低沸点溶剂（丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、苯、乙醚和四氯化碳）配成1%的溶液，用内径小于1mm管口平整的毛细管点样： （1） 先用铅笔在距薄层板一端1cm处轻轻划一横线作为起始线，然后用毛细管吸取样品，在起始

18、线上小心点样，斑点直径一般不超过2mm。 （2）若因样品溶液太稀，可重复点样，但应待前次点样的溶剂挥发后方可重新点样，以防样点过大，造成拖尾、扩散等现象，而影响分离效果。 （3）若在同一板上点几个样，样点间距离应为11.5cm。 （4）点样要轻，不可刺破薄层。 在薄层色谱中，样品的用量对物质的分离效果有很大影响，所需样品的量与显色剂的灵敏度、吸附剂的种类、薄层的厚度均有关系。样品太少，斑点不清楚，难以观察，但样品量太多时往往出现斑点太大或拖尾现象，以至不易分开。 2.3.5 展开 薄层色谱的展开，需要在密闭容器中进行。为使溶剂蒸气迅速达到平衡，可在展开槽内衬一滤纸。常用的展开槽有：长方形盒式和

19、广口瓶式。展开方式有： （1） 上升法 将色谱板垂直于盛有展开剂的容器中，适合于含粘合剂的色谱板。 （2）倾斜上行法 色谱板倾斜1015°角；色谱板倾斜4560°角，适用于含有粘合剂的色谱板。 （3）下降法，用滤纸 薄层色谱展开剂的选择和柱色谱一样，主要根据样品的极性、溶解度和吸附剂的活性等因素来考虑。凡溶剂的极性越大，则对一化合物的洗脱能力也越大，即Rf值也越大（如果样品在溶剂中有一定溶解度）。薄层色谱用的展开剂绝大多数是有机溶剂. （4）双向色谱法 将样品点在方形薄层板的角上，先向一个方向展开，然后转动90°角的位置，再换另一种展开剂展开。适合于成分复杂的化合

20、物分离。 影响展开的因素 A 相对湿度的影响 B 溶剂蒸汽的影响（a 展开室的饱和 b预吸附） C 温度的影响 D 展距的影响 与分离度仅正比与展距的平方根。2.3.6 注意事项 1. 薄层层析时，薄层板的制备要厚薄均匀，表面平整光洁。 2. 薄层板需放在105-115 的烘箱内活化30 min，取出后在干燥器中冷却备用。 3. 样点位置应在距离底边1.5-2 cm处,样品原点直径应小于0.5 cm，相邻两斑点中心间距应大于1.5 cm。 4. 先用展开剂蒸汽饱和、再入液展开；样点不能泡在展开剂中；薄层浸入时不能歪斜进入。 5. 当展开剂前沿上升到离薄层板上端2-3 cm处时，停止展开。2.3

21、.7产物的分离 在薄层板的下沿2.5cm左右处用铅笔划一条横线，然后用1mL的吸管吸取要分离的样品，沿着铅笔线画线，线越窄，分离效果就越好，拿吹分机吹干。展开槽需加进高度为0.8cm的展开剂，将要分离的硅胶板放进展开槽里面，画线一端朝下，展开剂会在薄层板上慢慢向上渗，当展开剂前沿上升到离薄层板上端2-3 cm处时，停止展开。然后取出薄层板，用吹风机吹干。用光学检测法，检测出要分离的物质在薄层板上的分布，用铅笔画出，用刀将其刮下，放进锥形瓶中，加入溶剂，用磁力搅拌机搅拌，要分离的物质溶解后，用砂芯漏斗将硅胶颗粒过滤掉，滤液蒸发旋干就得到产物。2.4实验过程2.4.1反应式反应过程反应流程图2.4

22、.2实验步骤1.称量和加料 取一支干燥洁净的15ml螺纹试管，首先用镊子夹取一个小磁子放入螺纹试管中，然后称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg苯乙炔，20-30ml蒸馏水，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。2.进行反应：将装好样品的螺纹试管放入DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，开始启动磁力搅拌器，设置好温度100油浴加热，恒温加热12h。反应结束，关闭搅拌器，松开夹子，取下试管并放置在试管架上，冷却。3. 萃取反应结束冷却后，往试管中加入乙酸乙酯进行萃取，萃取2-3次，取上清液。4. 蒸

23、发浓缩将萃取液转入蒸发瓶中用旋转蒸发器进行减压蒸发浓缩。5.点样： A取来一张已制备好的7.52.5cm的层析板，在离底面1cm处用铅笔平直地划出一条直线，待用。 B摇匀试管，旋开试管盖，取来一根毛细管，吸取一定量的产物液体，分别点两滴液于层析板的直线上，两点液滴相距1cm左右即可，且不能太靠板边。 C用2mL的塑料吸管吸取34mL的（=20:1）的石油醚展开剂于50ml的层析缸中，后将已点样的层析板竖直地放入层析缸底，盖上缸盖，放置或浸泡时间为3060min。注意不能层析至载玻片的顶部。6.检验产物：掀开缸盖，取出层析板，晾干。启动ZF-2型三用紫外仪，将层析板放在紫外仪上，在紫外灯的显色下

24、，仔细观察，可以清晰地看到在层析板中间有两个发荧光的暗色斑点，则在根据原理可以判断出有了新的物质生成并初步确定产物。7. 分离和提纯： A取一块（张）已制备好的2020cm的TLC(层析板，厚度为3mm，分离量最大可达200300mg)平放在实验台上，在距底边2.5cm处平直地划出一条直线。 B将已冷却的螺纹试管中的混合液全部倒入一个5mL的塑料离心管中，再用0.5mL的塑料吸管吸取离心管中的产物混合液，沿着TLC板上的直线，从左往右，缓慢、均匀地边移动边挤出管内的混合液，直至放完吸管中的混合液（尽量保持混合液在TLC板的直线上分布均匀），不断重复，将离心管内的混合液全部转移到TLC板上。 C

25、用2mL的塑料吸管吸取少量的丙酮冲洗螺纹试管中的残液，并转移到离心管中，再重复B的操作12次即可。 D转移完毕后，将该TLC板送入烘箱中，调节的温度为3540左右，烘干2030min。 E往1000mL的大层析缸中加入120mL左右的（=20：1）石油醚展开剂，然后TLC样板，并浸入缸底液中，沾样的一端应浸入展开剂（0.81.0cm）处，且斜放，再盖上缸盖，浸泡时间（12）小时。 F浸泡完毕后，掀开缸盖，并将TLC板送入烘箱中，箱内温度同样为3540，烘干时间为3060min。 G烘干后，从烘箱中取出已烘干的TLC样板，伸入ZF-2型三用紫外仪中，在紫外灯的显色下，同样可清晰看到几条发荧光的褐

26、色谱带，根据层析板的原理和产物的结构性质可以确定反应所得到的产物后，再用2B的铅笔在TLC板上圈起所得产物的谱带区域，取出TLC样板，关闭紫外光仪。 H用刮刀将TLC样板上已被圈起的谱带的硅胶轻轻刮下，并转移到研钵中，碾碎成粉末，并将之倒入干燥的50mL的锥形瓶中。8. 萃取产物： A先往锥形瓶中放入5.38的磁子，后用2mL的塑料吸管吸取（2530）mL的二氯甲烷溶剂于锥形瓶中，盖上瓶盖，微摇匀一会。 B启动78式磁力搅拌器，并将锥形瓶放在盘中间，调速，在磁力的作用下，磁子转动，进行稳定地搅拌，使得混合液中的产物组分得到充分的萃取，搅拌时间约为34小时。 C搅拌完毕后，关闭磁力搅拌器，取下锥

27、形瓶。 9. 抽滤： A将60mL的砂芯漏斗与50mL的蒸发瓶对接好，检查无漏气，同时，用SHZDIII式循环水真空泵的抽口I或抽口II处的橡皮管与漏斗端口对接好，检查无漏气。后启动循环水真空泵，将锥形瓶中的白色混浊液倒入已对接好的抽滤装置，蒸发瓶接收滤液。 B抽滤完毕后，关闭循环水真空泵。再用2mL的塑料吸管吸取少量二氯甲烷冲洗锥形瓶中的残余的混浊液，再倒入砂芯漏斗中，继续抽滤，直至锥形瓶中的萃取液体部分全部转入到蒸发瓶中，关闭循环水真空泵。 10. 恒温水浴蒸发旋干： A先用蒸发瓶与缓冲头对接好，再将其与RE式旋转蒸发器上的传动轴管对接好，调整旋转蒸发器至恰当高度，以确保蒸发瓶的30%浸入

28、R220式恒温水浴锅的水中，再用循环水真空泵的抽口II的橡皮管与旋转蒸发瓶的抽真空口对接好，旋开加液处的旋塞，后检查各接口处无漏气即可，右手保持拖住蒸发瓶。 B.启动R220式恒温水浴锅，调节温度为48，程序升温，接着启动SHZDIII式循环水真空泵，缓慢地关闭旋塞，再放开双手，后启动RE式旋转蒸发器，调整转速至恰当。蒸发瓶在水浴中加热3060min。 C蒸馏完毕后，关闭RE式旋转蒸发器，后旋开旋塞，在关闭循环水真空泵和R220式恒温水浴锅，拆下蒸发瓶，盖上瓶盖，放置在避光处，冷却30min。11.产物分析在蒸发瓶的取出一定量的产物，加入有机溶剂，按一定比例配成溶液，再经过气相色谱仪，液相色谱

29、仪等仪器进行检验，再对色谱图进行分析，从而确定产物成分。2.4.3实验思路参考众多前人的成果，我们用水作亲核试剂，炔烃为底物，来合成呋喃。实验中炔烃我们是选择苯乙炔，CuI作为催化剂，TMEDA作为配体，DMSO作溶剂，同时加入少量水，加入一定量的KOH，KOH的作用是增加水的亲和性。反应在100下恒温加热，反应12h。反应的最终产物，经过检验和分析，确定为2,5-二苯基呋喃。2.4.4反应条件的优化 第一次实验成功之后，我们决定用苯乙炔作为底物，去探索反应体系用不同溶剂，催化剂，碱，水和配体来进行反应，再根据对应的产率来判断那种条件是最优的。产物的产率利用GC-MS测定得出。我们先确定催化剂

30、对反应的重要性，先不加催化剂，结果反应不成功，产率为0。然后用Cu(OAc)2代替CuI进行反应，产率为32%，而用Pd(PPh3)4 和PdCl2分别代替CuI，但产率都较低，均小于5%，由此，我们可以确定CuI是我们的最优催化剂。我们再进行无KOH的反应，产率为0，而CsCO3代替KOH的产率为37%，说明实验反应无碱是不行的，CsCO3的效果没有KOH好，KOH是较优的选择。在无水条件下，产率低于5%，产率非常低，说明了水对反应是很重要的。在O2无条件下，产率低于25%，相比于我们最初反应条件下的87%的产率是很低的，所以O2也是反应一个极其重要的条件。用甲苯代替二甲基亚砜，产率低于5%

31、，用二甲基酰胺代替二甲基亚砜的产率为72%，说明了二甲基亚砜是最好的选择，二甲基酰胺产率稍低，甲苯则是产率太低。1,10-邻二氮菲代替四甲基乙二胺作为配体产率为51%，还是低于四甲基乙二胺参加反应的产率。 EntryVariation from the “standard conditions”Yield (%)b1-87(86)2no CuI-3Cu(OAc)2 instead of CuI324Pd(PPh3)4 instead of CuI< 55PdCl2 instead of CuI< 56no KOH-7no H2O< 58no O2< 259CsCO3 i

32、nstead of KOH3710toluene instead of DMSO<511DMF instead of DMSO72121,10-phen instead of TMEDA5113-152.4.5实验最佳反应条件的确定 我们对KOH的用量对反应结果影响的进行探讨，为了确定KOH的最佳用量，我们决定设置KOH的用量为3eq,4eq,5eq的实验方案。底物为对甲基苯乙炔除了KOH，其他的按照优化的条件进行合成反应。 试剂方案123对甲基苯乙炔116mg116mg116mg碘化亚铜15-20mg15-20mg15-20mg四甲基乙二胺30-40mg30-40mg30-40mg氢氧

33、化钾224mg280mg168mg二甲基亚砜2ml2ml2ml水20-30mg20-30mg20-30mg氧气1atm1atm1atm反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。

34、再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。 反应的产物经过检测和分析，并利用GC-MS测出产率，结果是方案3的产率最高，由此我们可以确定KOH得用量为3eq为最佳用量。2.4.6底物拓展对反应条件进行优化之后，我们对合成2,5-二取代呋喃化合物进行底物拓展，用多种不同的底物，在优化后的条件下，进行合成反应。 底物1 底物2 底物3 底物4 底物5 底物6 反应方程式底物1底物2底物3

35、底物4底物5底物62.4.7合成步骤 底物1 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg对乙基苯乙炔，20-30ml蒸馏水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V

36、2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。 底物2 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg对甲氧基苯乙炔，20-30

37、ml蒸馏水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒

38、入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。 底物3 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg邻氯苯乙炔，20-30ml蒸馏水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄

39、层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再

40、经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。 底物4 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg对溴苯乙炔，20-30ml蒸馏水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2

41、）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。底物5 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg对氟苯乙炔，20-30ml蒸馏

42、水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶

43、中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。底物6 称取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亚砜 （DMSO），102mg2,4二甲基苯乙炔，20-30ml蒸馏水，加入螺纹试管中，最后把氧气吹入气球中，再把气球套在试管上。恒温100下，磁力搅拌反应1012小时，冷却。 反应完成后，先用一根毛细管进行点样检验是否有物质生成，当有物质生成后，再取来一个大的薄

44、层层析板，在薄层板上距下边缘1cm处用铅笔轻轻的画上一条线，用1mL的塑料吸管吸取试管产物，轻轻的沿着大板上的线上转移产物，直至将产物全部转移到板上，接着用吹风机把它吹干，并放入装有20:1（V1：V2）石油醚展开剂的展开槽中，直到展开剂跑到离上边缘1 cm处，再将层析板取出，在紫外灯的照射下，可以很清晰地看到一条条分开的谱带，确定产物的谱带后，用割刀将之割下，放于研钵中研碎。再接着将硅胶粉末倒入锥形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶剂，同时，将锥形瓶放在磁力搅拌器上，搅拌34小时，直至萃取产物完全为止。最后再用砂芯漏斗真空抽滤过滤掉硅胶粉末，滤液经旋转蒸发器进行旋转蒸干，提纯产物，再

45、经气相、液相色谱等仪器分析确定物质。2.4.8底物拓展分析通过对反应条件的优化后，我们考虑用不同底物是否会取得良好的效果，经过查阅资料，我们选取了6种底物，分别是对乙基苯乙炔，对甲氧基苯乙炔，邻氯苯乙炔，对溴苯乙炔，对氟苯乙炔，2,4二甲基苯乙炔。我们对该多组分反应进行了底物的扩展，顺利地制备出6种中等至高收率的2,5-二取代呋喃化合物。我们首先研究了不同的芳环上取代基的芳基末端炔烃化合物对于这个方法的适用性。通过实验，得到实验产品，然后经过检测分析，我们发现除了最简单的苯乙炔外，在苯环上含有烷基取代基的炔烃产率很高，并且烷基取代基的位置对于反映产率影响不大。当底物是含卤苯取代的炔烃时，也能顺

46、利得到相应的产物，不过产率低于取代基是烷基苯的底物，只是保持在中等偏上的水平。当苯环上的取代基是具有共轭给电子作用的甲氧基，在这个体系下反应也能得到一个良好的收率。2.4.9反应机理 经过查阅资料并进行了探讨，我们认为水作为亲和试剂参与合成呋喃的反应，我们设计了实验考证水这一亲核试剂对于反应体系的影响，这也可以推测反应的历程，我们首先进行了一些控制性的实验。 该反应中，不加水，其他条件不改变，最终呋喃的产物很少，而1,3-二炔的产物则很多。根据这一实验结果，我们认为水是作为了亲核试剂参与了反应。经过参考众多资料，再根据对实验数据进行分析，我们提出了如下的反应机理。这个反应，第一步苯乙炔在铜的催

47、化下发生两分子的二聚，生成1,3-二炔中间体B，然后CuI与B进行了配位，这个反应降低了C-C三键发生亲核反应的能垒。然后在KOH的作用下水分子作为亲核试剂，亲核进攻CuI配位的C-C三键，这个过程发生反式亲核加成，反应得到中间体C，而C又可以通过烯酮异构，得到中间体D。D的C-C三键再继续与CuI配位，羰基顺势进攻经过配位后的三键得到一个离子中间体F，F经过一系列芳构化过程得到最终的产物H。2.4.10产物结构数据2,5-diphenylfuran1,4MS (EI, 70 eV) m/z (%): 220, 207, 191, 165, 115, 77;1H NMR (400 MHz, C

48、DCl3) d = 7.74 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.41-7.38 (m, 4H), 7.28-7.23 (m, 2H), 6.73 (s, 2H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.5, 130.9, 128.8, 127.5, 123.9, 107.4. 2,5-di-p-tolylfuran1,2 MS (EI, 70 eV) m/z (%): 248, 233, 205, 129, 77;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.62 (d, J = 8.0 Hz, 4H), 7.19 (d, J = 8.0

49、Hz, 4H), 6.65 (s, 2H), 2.37(s, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.3, 137.2, 129.5, 128.3, 123.7, 106.5, 21.4. 2,5-bis(4-ethylphenyl)furan1, 3MS (EI, 70 eV) m/z (%): 276, 262, 246, 207, 123, 77;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.65 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.23 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 6.66 (s, 2H), 2.67 (q, J

50、 = 7.6 Hz, 4H), 1.26 (t, J = 7.6 Hz, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.2, 143.4, 128.5, 128.2, 123.7, 106.5, 28.7, 15.5. 2,5-bis(4-methoxyphenyl)furan1 MS (EI, 70 eV) m/z (%): 280, 265, 250, 222, 194, 165, 140;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.66 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 6.94 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 6.58 (s, 2H), 3.85 (s, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 1