聚苯乙烯基磺酰胺类酰基转移剂的合成及其在有机合成中的应用

摘要

聚合物载体树脂在固相肽合成和小分子有机合成中的应用促进了组合化学和固相有机合成的快速发展。酰基转移试剂是高分子试剂中常用的一种试剂，即固载到聚合物载体上的酰基在亲核试剂胺的进攻下，发生酰基转移反应生成酰胺化合物。酰胺类化合物具有很重要的生物活性，这类化合物的合成一直是有机合成领域研究的热点课题之一。本论文的第二章、第三章合成了一种新的聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂，并对这种树脂作为酰基转移试剂液相合成酯和酰胺的机理进行了研究。第四章考察了取代基对酰化的磺酰胺树脂作为酰基转移试剂液相合成酰胺库的影响。 聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂1由磺酰氯树脂与盐酸羟胺以吡啶为溶剂在室温下反应24h制得。这种磺酰羟胺树脂1可用于催化正丁醇和乙酸酐的酯化反应。在酯化反应中，加入聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂1后，酯化反应的速率明显加快，树脂1催化酯化反应的表观活化能为55.2KJ/Mol。树脂1催化正丁醇和乙酸酐酯化反应的酰基转移机理是：磺酰羟胺树脂1中的O-H键首先与乙酸酐反应生成O-乙酰基苯磺酰羟胺中间体；然后N-H键与乙酸酐反应生成活性更高的N,O-二乙酰基苯磺酰羟胺中间体。在正丁醇的亲核解脱下，树脂键合的O-乙酰基苯磺酰羟胺中间体和N,O-二乙酰基苯磺酰羟胺中间体发生酰基转移反应生成乙酸丁酯。在重复使用树脂1的过程中，活性中间体N,O-二乙酰基苯磺酰羟胺的含量不断增加，树脂1重复使用7次后，活性中间体的含量达到最大值，即树脂1完全转化为N,O-二乙酰基苯磺酰羟胺树脂2。与树脂1相比，树脂2具有较高的催化活性。树脂2催化酯化反应的表观速率常数k1=3.88×10-3M-1min-1，是树脂1的4倍。聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂的苯环对位被给电子的甲氧基取代后得到的树脂3的催化活性降低。使用后树脂3的红外光谱图显示，1792cm-1处酯羰基和1719cm-1处酰胺羰基的吸收峰强度较弱。这是由于树脂3上的给电子甲氧基降低了磺酰羟胺的反应活性，在酯化反应中树脂3与乙酸酐生成的N,O-二乙酰基磺酰羟胺活性中间体减少，降低了活性中间体与正丁醇进行酰基转移反应的速率，酯的生成速率也相应降低。与芳基磺酰羟胺树脂1和树脂3相比，脂基磺酰羟胺树脂4和树脂5具有较高的催化活性。树脂5催化酯化反应的表观速率常数k1=9.13×10-3M-1min-1，树脂4催化酯化反应的表观速率常数k1=3.74×10-3M-1min-1。观察使用后树脂4和树脂5的红外光谱图，发现树脂4、5在酯化过程中形成的N,O-二乙酰基磺酰羟胺活性中间体的羰基吸收峰强度很弱，这说明脂基磺酰羟胺树脂在酯化反应中形成的N,O-二乙酰基磺酰羟胺活性中间体很不稳定，很容易与正丁醇发生酰基转移反应生成乙酸丁酯。脂基磺酰羟胺树脂5的间隔基长度为6个亚甲基，而树脂4的间隔基长度为2个亚甲基。与树脂4相比，使用后树脂5的红外光谱图中N,O-二乙酰基磺酰羟胺上羰基的吸收峰强度更弱，说明在酯化反应过程中树脂5形成的稳定的活性中间体含量更低。这是由于间隔基长度的增加，使树脂5上的磺酰羟胺功能基在溶剂中更加伸展，增大了磺酰羟胺功能基与正丁醇和乙酸酐的接触几率，乙酸丁酯的生成速率增加，磺酰羟胺树脂5的催化活性相应提高。本文第三章研究了聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂1在液相合成酰胺库的应用。树脂1与三种酰氯反应，得到了三种N,O-二酰基磺酰羟胺树脂，在亲核试剂胺的作用下，这种N,O-二酰基磺酰羟胺树脂发生酰基转移反应生成酰胺。用红外光谱跟踪反应，对反应的条件进行了优化。优化后的最佳酰化反应条件是：二氯甲烷为溶剂，酰氯与磺酰羟胺树脂1的摩尔比为3：1，室温下反应5小时。最佳酰基转移反应条件是：二氯甲烷为溶剂，胺与N,O-二酰基磺酰羟胺树脂的摩尔比为4.5：1，室温下反应5小时。用九种胺亲核解脱三种N,O-二酰基磺酰羟胺树脂，得到了一个含有24个酰胺的化合物库。脂肪胺与活性的N,O-二酰基磺酰羟胺树脂发生酰基转移得到的酰胺收率较高；而芳香胺与N,O-二酰基磺酰羟胺树脂发生酰基转移得到的酰胺收率较抵。当亲核试剂胺的分子中同时含有氨基和羟基时，N,O-二酰基磺酰羟胺树脂选择性地在氨基端发生酰基转移，而羟基端不受影响。在三种N,O-二酰基磺酰羟胺树脂中，由对硝基苯甲酰氯与磺酰羟胺树脂1生成的N,O-二(对硝基苯甲酰基)磺酰羟胺树脂的活性最高，其次是N,O-二苯甲酰基磺酰羟胺树脂，N,O-二乙酰基磺酰羟胺树脂的活性最低。在N,O-二酰基磺酰羟胺树脂重复使用的过程中，不但N-C键和O-C键发生了断裂，而且N-O键也有可能发生断裂，生成了酰化的磺酰胺树脂。这种酰化的磺酰胺树脂很稳定，很难与亲核试剂反应生成酰胺。因而，聚苯乙烯基N,O-二酰基磺酰羟胺树脂的重复使用效率不好。 论文的第四章研究了取代基对酰化的磺酰胺树脂作为酰基转移试剂液相合成酰胺库的影响。首先将磺酰氯树脂与伯胺(R1NH2)反应制备N-烷(芳)基取代的磺酰胺树脂，再与酰氯(R2COCl)反应后，得到了N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂。具有不同取代基结构的N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂在胺的亲核解脱下发生酰胺转移反应得到酰胺。在酰基转移过程中，与没有进行N-烷(芳)基化的酰基磺酰胺树脂相比，N-烷(芳)基取代的酰基磺酰胺树脂具有较高的反应活性。固定R2分别为乙酰基、苯甲酰基、对硝基苯甲酰基，改变取代基R1的种类，根据聚苯乙烯基N-酰基(R2)-N-烷(芳，R1)基磺酰胺树脂进行酰基转移反应的活性大小，R1依次排列为苯基、苄基、甲基、正丁基。苯基(或苄基)R1苯环上有取代基存在时，不论是拉电子基团还是给电子基团，都会降低N-酰基(R2)-N-烷(芳)基磺酰胺树脂的酰基转移活性，使终产物酰胺的收率降低。苯基(或苄基)R1苯环上拉电子基团的位置对N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂的活性影响不大。当苯基(或苄基)R1苯环上给电子基的电子效应从甲基增加到甲氧基后，N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂的反应活性更低。值得注意的是，苯基R1苯环的对位被给电子甲基取代时，酰化磺酰胺树脂的酰基转移活性增加；苯基R1苯环的邻位被给电子甲基取代时，酰化磺酰胺树脂进行酰基转移反应的活性降低。固定R1分别为甲基、苄基、苯基，改变取代基R2的种类，根据聚苯乙烯基N-酰基(R2)-N-烷(芳，R1)基磺酰胺树脂进行酰基转移反应的活性大小，R2依次排列为对硝基苯甲酰基、苯甲酰基、乙酰基、异丁酰基。聚苯乙烯基N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂在重复使用过程中，树脂的结构没有发生明显的变化，重复效率没有降低。因此，聚苯乙烯基N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂可重复使用。

目录

文摘

英文文摘

第一章聚苯乙烯基磺酰氯及其衍生物树脂的制备和应用

1.1聚苯乙烯基磺酰氯及其衍生物树脂的制备

1.1.1功能基化法制备聚苯乙烯基磺酰氯树脂

1.1.2组装法制备聚苯乙烯基磺酰氯及其衍生物树脂

1.2聚苯乙烯基磺酰氯及其衍生物树脂在有机合成中的应用

1.2.1清除剂

1.2.2聚苯乙烯基磺酰氯及其衍生物树脂在固相有机合成中的应用

1.3结论

1.4课题的提出

参考文献

第二章聚苯乙烯基N, O-二酰基磺酰羟胺树脂作为酰基转移试剂液相合成酯

第一节聚苯乙烯基磺酰羟胺树脂的制备及其催化正丁醇和乙酸酐酯化反应的机理

2.1.1前言

2.1.2实验部分

2.1.3结果与讨论

2.1.4 小结

第二节不同磺酰羟胺树脂3-5的制备及其进行正丁醇和乙酸酐酯化反应的动力学研究

2.2.1前言

2.2.2实验部分

2.2.3结果与讨论

2.2.4小结

参考文献

第三章聚苯乙烯基N,O-二酰基磺酰羟胺树脂作为酰基转移试剂液相合成酰胺库

3.1前言

3.2实验准备

3.2.1仪器与设备

3.2.2药品

3.3实验部分

3.3.1亲核试剂胺过量制备酰胺类化合物库

3.3.2聚苯乙烯基N,O-二酰基磺酰羟胺树脂3过量制备酰胺类化合物库

3.4结果与讨论

3.4.1亲核试剂胺过量制备酰胺库

3.4.2.N,O-二酰基磺酰羟胺树脂3过量合成酰胺类化合物

3.5结论

参考文献

第四章取代基对酰化的聚苯乙烯基磺酰胺树脂作为酰基转移试剂液相合成酰胺库的影响

4.1前言

4.2试剂

4.3实验部分

4.3.1仪器与设备

4.3.2苯乙烯基N-烷(芳)基磺酰胺树脂3的制备

4.3.3聚苯乙烯基N-烷(芳)基磺酰胺树脂3的酰化反应

4.3.4聚苯乙烯基N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂5与胺6的酰基转移反应

4.3.5聚苯乙烯基N-酰基-N-烷(芳)基磺酰胺树脂5的重复使用性能

4.4结果与讨论

4.4.1反应过程中各步树脂的功能基含量

4.4.2聚苯乙烯基N-苄基磺酰胺树脂的制备

4.4.3聚苯乙烯基N-甲基磺酰胺树脂的对硝基苯甲酰化

4.4.4聚苯乙烯基N-甲基磺酰胺树脂的乙酰化

4.4.5胺6与N-酰基-N-烷（芳）基磺酰胺树脂5的酰基转移反应

4.4.6聚苯乙烯基N-酰基-N-烷基(芳基)-N-酰基磺酰胺树脂5的重复使用性能

4.5小结

参考文献

全文结论及进一步工作展望

发表论文情况

致谢