一些碳-碳不飽和鍵的高選擇性金屬碳化反應(yīng)研究.pdf

1、金屬碳化反應(yīng)是碳-碳不飽和鍵對(duì)碳金屬鍵的插入反應(yīng),由于在反應(yīng)中生成了新的碳-碳鍵和新的碳-金屬鍵,引起有機(jī)化學(xué)家尤其是金屬有機(jī)化學(xué)家的廣泛關(guān)注。反應(yīng)的易操作性和多樣性使其成為合成化學(xué)中的重要方法,而如何實(shí)現(xiàn)對(duì)碳.碳不飽和鍵的高選擇性的加成反應(yīng)一直以來(lái)都是化學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文的工作目標(biāo)就是如何利用金屬試劑與炔丙醇以及官能團(tuán)化聯(lián)烯的反應(yīng),來(lái)實(shí)現(xiàn)碳-碳不飽和鍵的高選擇性金屬碳化反應(yīng),從而發(fā)展一些形成碳-碳鍵和碳-金屬鍵反應(yīng)的新模式。文章主

2、要包括以下四部分： 第一部分：選擇性可調(diào)控的金屬碳化反應(yīng)--銅催化或參與下格氏試劑對(duì)二級(jí)或三級(jí)末端炔丙醇的金屬碳化反應(yīng)。理論上,金屬試劑與炔丙醇發(fā)生金屬碳化反應(yīng),可以生成兩種區(qū)域和立體選擇性都不同的產(chǎn)物：支鏈產(chǎn)物和直鏈產(chǎn)物。Duboudin教授等報(bào)道了在碘化亞銅催化下一級(jí)炔丙醇與格氏試劑反應(yīng),能高選擇性地制備2位取代的支鏈型一級(jí)烯丙醇。但是當(dāng)以二級(jí)或三級(jí)炔丙醇為底物與金屬試劑反應(yīng)時(shí),存在選擇性不好的問(wèn)題,得到一組反式支鏈產(chǎn)物和順

3、式直鏈產(chǎn)物的混合物。因此,我們希望解決這些問(wèn)題。1)通過(guò)溶劑效應(yīng)我們實(shí)現(xiàn)了一價(jià)銅催化下格氏試劑對(duì)二級(jí)末端炔丙醇的反式金屬碳化反應(yīng)。在該反應(yīng)中我們發(fā)展了以0.1當(dāng)量氯化亞銅或0.5當(dāng)量碘化亞銅催化的兩套反應(yīng)條件,體系以甲苯為溶劑,選用以四氫呋喃為溶劑的格氏試劑與二級(jí)末端炔丙醇進(jìn)行反應(yīng)。其中,格氏試劑中的R基團(tuán)區(qū)域選擇性地加在炔丙醇中叁鍵的靠近羥基的碳上,而金屬加在叁鍵的末端碳上,由于金屬和羥基的螯合作用從而立體選擇性地形成反式的環(huán)狀金屬中

4、間體。當(dāng)采用烷基格氏試劑時(shí),得到的加成產(chǎn)物以反式為主,區(qū)域選擇性為77/23～>99/1。芳基取代炔丙醇的反應(yīng)的區(qū)域選擇性一般要好于烷基取代的炔丙醇的區(qū)域選擇性。2)我們發(fā)展了格氏試劑對(duì)二級(jí)或三級(jí)炔丙醇的高區(qū)域和立體選擇性的順式金屬碳化反應(yīng)。在成功實(shí)現(xiàn)了格氏試劑對(duì)二級(jí)末端炔丙醇的反式金屬碳化反應(yīng)后,我們?cè)O(shè)想能否從同一底物出發(fā),通過(guò)改變優(yōu)化反應(yīng)條件,來(lái)合成以順式加成為主的產(chǎn)物,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)炔丙醇的可調(diào)控的高區(qū)域和立體選擇性的反應(yīng)。通過(guò)一

5、系列的條件摸索,我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變格氏試劑的溶劑為甲苯時(shí)(即先在乙醚中制備格氏試劑,然后向其中加入甲苯再在120度下蒸去乙醚,交換溶劑得到以甲苯為溶劑的格氏試劑),在碘化亞銅的存在下能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)或三級(jí)炔丙醇的順式金屬碳化反應(yīng)。其中,格氏試劑烷基部分高區(qū)域選擇性地加在炔丙醇中叁鍵的末端碳上,而金屬加在叁鍵的另一個(gè)碳上,從而高立體選擇性地形成順式烯基金屬中間體。該中間體用碘淬滅得到一系列有機(jī)合成中非常有用的α-碘代烯丙醇,產(chǎn)物具有很高的

6、區(qū)域(93/7～>99/1)和立體選擇性。 3)上述反應(yīng)中生成的金屬中間體不僅可以用飽和氯化銨溶液或碘淬滅得到質(zhì)解或碘解產(chǎn)物,也可用烯丙基溴淬滅或在四(三苯基磷)鈀的存在下與碘苯偶聯(lián)生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物。用光學(xué)活性的炔丙醇進(jìn)行金屬碳化反應(yīng),可以得到手性保持的產(chǎn)物。外消旋烯丙醇類化合物可以通過(guò)酶拆分方便高效地制備相應(yīng)的光學(xué)活性的烯丙醇類產(chǎn)物。炔丙醇的金屬碳化反應(yīng)用碘淬滅制備的碘解產(chǎn)物與末端炔丙醇發(fā)生Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng),生成烯炔偶

7、聯(lián)產(chǎn)物,而該產(chǎn)物在PdCl2的催化下能與烯丙基溴發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)生成呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物,為合成多取代的呋喃化合物提供了一條有用的方法學(xué)。 第二部分：氯化亞銅參與下格氏試劑對(duì)2,3-聯(lián)烯醇的高區(qū)域和立體選擇性的金屬碳化反應(yīng)。通過(guò)對(duì)末端炔丙醇的金屬碳化反應(yīng)研究,我們已經(jīng)可區(qū)域和立體選擇性調(diào)控地合成二級(jí)或三級(jí)烯丙醇,但所得到的烯丙醇中雙鍵上必有一個(gè)是氫。由于聯(lián)烯獨(dú)特的反應(yīng)性能,我們把研究的目光轉(zhuǎn)向了聯(lián)烯醇的金屬碳化反應(yīng),我們?cè)囅肽芊癜讶泊紦Q

8、成聯(lián)烯醇,那么就能得到一般方法很難合成的全取代的烯丙醇。幸運(yùn)地是我們成功地實(shí)現(xiàn)了這一方法學(xué)。反應(yīng)高區(qū)域選擇性地發(fā)生在2,3-聯(lián)烯醇遠(yuǎn)離羥基的雙鍵上,格氏試劑的R基團(tuán)加在聯(lián)烯的末端碳上,金屬加在聯(lián)烯的中間碳上,由于羥基的存在,發(fā)生螯合作用,高立體選擇性地生成環(huán)狀金屬中間體。該中間體用碘淬滅生成一般方法很難合成的多取代β-碘代烯丙醇類化合物,解決了炔丙醇金屬碳化反應(yīng)中難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。其中,2,3-聯(lián)烯醇可為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)醇,而格氏試劑以乙

9、醚為溶劑,可為一級(jí)和二級(jí)的烷基或者芳基。我們用光學(xué)活性的聯(lián)烯醇進(jìn)行金屬碳化反應(yīng),可以得到手性保持的產(chǎn)物。 第三部分：鐵催化下格氏試劑對(duì)2,3-聯(lián)烯酸酯高區(qū)域和立體選擇性的共軛加成反應(yīng)在這一部分中,我們研究了鐵催化下格氏試劑對(duì)2,3-聯(lián)烯酸酯高區(qū)域和立體選擇性的共軛加成反應(yīng),得到了一般方法難以合成的β,γ-不飽和酸酯。由于共軛效應(yīng),反應(yīng)高區(qū)域選擇性地發(fā)生在2,3-聯(lián)烯酸酯中靠近羧基的雙鍵上,而由于聯(lián)烯酸酯γ-位基團(tuán)的位阻效應(yīng),格氏

10、試劑的R基團(tuán)高區(qū)域和立體選擇性地加在聯(lián)烯的中間碳上,從而與γ-位的基團(tuán)處于反式。在該反應(yīng)中,我們以廉價(jià)的鐵為催化劑,催化劑降至0.5％也能實(shí)現(xiàn)加成反應(yīng),克服了以往只能用特殊的底物或化學(xué)計(jì)量的過(guò)渡金屬參與反應(yīng)的不足。格氏試劑可以為一級(jí)或二級(jí)烷基,芳基,烯基格氏試劑。通過(guò)查閱文獻(xiàn),我們提出了可能的反應(yīng)機(jī)理,認(rèn)為該反應(yīng)可能生成了相對(duì)穩(wěn)定的1,3-共軛二烯鎂氧鹽。當(dāng)我們用酰氯淬滅反應(yīng)中間體1,3-共軛二烯鎂氧鹽時(shí),生成了α-位乙?；a(chǎn)物,有趣的

11、是,當(dāng)采用烯丙醇醋酸酯淬滅反應(yīng)中間體時(shí)卻得到β,γ-位雙鍵構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的?；a(chǎn)物。而在四(三苯基磷)鈀的催化下中間體與烯丙醇醋酸酯反應(yīng),我們并沒(méi)有觀察到?；a(chǎn)物而分離得到了β,γ-位雙鍵構(gòu)型保持的α-烯丙基化的β,γ-不飽和酸酯。但當(dāng)中間體在一價(jià)銅催化下與烯丙基溴反應(yīng)時(shí),卻得到了β,γ-位雙鍵構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的烯丙基化產(chǎn)物。 第四部分：鋅試劑與2,3-聯(lián)烯酸酯的高選擇性的加成關(guān)環(huán)反應(yīng)我們發(fā)展了鋅試劑與2,3-聯(lián)烯酸酯的加成關(guān)環(huán)反應(yīng),高區(qū)域和