苄氯氰化反应中氰化试剂无毒化研究

摘要

苄氯氰化反应产物易于转化为胺基、酰胺、肟基、羰基或者杂环等类化合物，因此这类反应在有机合成中有着重要的地位，被广泛应用于医药、香料、染料及农药等产品的合成。苄腈的合成方法有多种，其中苄氯的取代法较为简便有效，使用的氰化试剂主要为 NaCN、KCN；这类氰化物的剧毒性质严重地阻碍其工业应用，甚至威胁着我们的环境。针对这些问题，化学工作者将 CuCN和TMSCN作为氰化试剂应用于苄氯的氰化。然而这两种化合物也有一定弊端，价格较为昂贵，而且有一定毒性。与上述氰化试剂相比，K4[Fe(CN)6]有着较多的优点，它无毒（曾用作食品添加剂），便宜（价格与 NaCN相当）。然而在苄氯的氰化反应中，还未见使用K4[Fe(CN)6]作为氰化试剂的例子。
　　本论文在对K4[Fe(CN)6]性质和苄氯氰化反应特点进行分析的基础之上，引入催化的方式，以无毒K4[Fe(CN)6]作为氰化试剂，实现了苄氯氰化反应中氰化试剂的无毒化，为苄氯向苯乙腈类化合物的转化探索了一种相对绿色的新方法，主要研究结论如下：
　　通过使用 PPh3/Pd(OAc)2催化剂体系，实现了 K4[Fe(CN)6]与苄氯的反应。考察了加料次序、温度、添加剂、溶剂、配体、催化剂的量、溶剂含水量、时间等条件对反应的影响，规律如下：
　　温度对反应的影响较大；如果温度过高，反应易于生成苯甲醇和1,2-二苯基乙烷等副产物，从而致使苯乙腈的产率较低（2％），若温度低则苄氯的转化率低（6%）。实验结果表明140℃的反应温度下，反应较为有利。虽然100℃下也可能以大于80%的产率得到苯乙腈，但重复性较差。反应也可能在1小时内完成，但这种条件下的结果重复性不高，因此我们使用10 h的反应时间。
　　考察了水对反应的影响，一般情况下反应溶剂需要无水无氧处理。但少量的水对反应影响不大。如果水的量超过5.9 vol%，则有较多苯甲醇产物生成。碱的存在对反应的进行有着至关重要的作用。无碱的添加，反应几乎不能进行。在验证过的碱中，Na2CO3的效果最佳。PPh3与 Pd(OAc)2的比值也对反应结果有着较大的影响，其中两者比值为3:1时，苯乙腈的产率较高。
　　这里的研究表明，反应体系中微量氧的存在严重地阻碍反应的进行。尽管使用的催化剂为二价钯的化合物，但真正的催化活性物种可能是零价钯。这种高度分散的零价钯能够被氧气氧化，从而失活。因此反应前，溶剂需要严格地无氧处理。反应试剂的添加次序对反应结果影响较小，即使把所有反应试剂、催化剂前体及配体同时加入到反应体系中，也可能得到较高的产率。
　　研究了 DPPE/Pd(OAc)2等催化体系的催化效果，考察了在这个催化体系作用下配体、温度、K4[Fe(CN)6]的量、添加剂、溶剂含水量等条件对反应的影响。通过考察配体与催化剂的比例，发现DPPE与Pd(OAc)2摩尔比为1:1时催化效果较好。
　　总之以钯类化合物为催化剂实现了无毒K4[Fe(CN)6]与苄氯的反应，应用这种方法，一系列取代或官能化苄氯的氰化也能顺利进行。最优的反应条件为：1 mmol苄氯、0.3 mmolK4Fe(CN)6、0.02mmolPd(OAc)2、3:1的PPh3/Pd(OAc)2比、1.5mmolNa2CO3、0.8 mLNMP溶剂、140℃反应温度、10 h反应时间，在此优化条件下，苯乙腈的产率为88%。

目录

第1章绪论

1.1引言

1.2氰化试剂的应用现状

1.3苄腈合成方法研究现状

1.4总结与展望

第2章 PPh3/Pd(OAc)2催化苄氯氰化反应的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4催化机理

2.5本章小结

第3章DPPE/Pd(OAc)2催化苄氯氰化反应的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章结论

参考文献

缩略语词汇表

附录A 化合物的结构表征图谱

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果