一些碳-碳不饱和键的高选择性金属碳化反应研究

摘要

金属碳化反应是碳-碳不饱和键对碳金属键的插入反应,由于在反应中生成了新的碳-碳键和新的碳-金属键,引起有机化学家尤其是金属有机化学家的广泛关注。反应的易操作性和多样性使其成为合成化学中的重要方法,而如何实现对碳.碳不饱和键的高选择性的加成反应一直以来都是化学家们关注的焦点。本文的工作目标就是如何利用金属试剂与炔丙醇以及官能团化联烯的反应,来实现碳-碳不饱和键的高选择性金属碳化反应,从而发展一些形成碳-碳键和碳-金属键反应的新模式。文章主要包括以下四部分： 第一部分：选择性可调控的金属碳化反应--铜催化或参与下格氏试剂对二级或三级末端炔丙醇的金属碳化反应。理论上,金属试剂与炔丙醇发生金属碳化反应,可以生成两种区域和立体选择性都不同的产物：支链产物和直链产物。Duboudin教授等报道了在碘化亚铜催化下一级炔丙醇与格氏试剂反应,能高选择性地制备2位取代的支链型一级烯丙醇。但是当以二级或三级炔丙醇为底物与金属试剂反应时,存在选择性不好的问题,得到一组反式支链产物和顺式直链产物的混合物。因此,我们希望解决这些问题。1)通过溶剂效应我们实现了一价铜催化下格氏试剂对二级末端炔丙醇的反式金属碳化反应。在该反应中我们发展了以0.1当量氯化亚铜或0.5当量碘化亚铜催化的两套反应条件,体系以甲苯为溶剂,选用以四氢呋喃为溶剂的格氏试剂与二级末端炔丙醇进行反应。其中,格氏试剂中的R基团区域选择性地加在炔丙醇中叁键的靠近羟基的碳上,而金属加在叁键的末端碳上,由于金属和羟基的螯合作用从而立体选择性地形成反式的环状金属中间体。当采用烷基格氏试剂时,得到的加成产物以反式为主,区域选择性为77/23～>99/1。芳基取代炔丙醇的反应的区域选择性一般要好于烷基取代的炔丙醇的区域选择性。2)我们发展了格氏试剂对二级或三级炔丙醇的高区域和立体选择性的顺式金属碳化反应。在成功实现了格氏试剂对二级末端炔丙醇的反式金属碳化反应后,我们设想能否从同一底物出发,通过改变优化反应条件,来合成以顺式加成为主的产物,从而实现对二级炔丙醇的可调控的高区域和立体选择性的反应。通过一系列的条件摸索,我们发现通过改变格氏试剂的溶剂为甲苯时(即先在乙醚中制备格氏试剂,然后向其中加入甲苯再在120度下蒸去乙醚,交换溶剂得到以甲苯为溶剂的格氏试剂),在碘化亚铜的存在下能很好地实现对二级或三级炔丙醇的顺式金属碳化反应。其中,格氏试剂烷基部分高区域选择性地加在炔丙醇中叁键的末端碳上,而金属加在叁键的另一个碳上,从而高立体选择性地形成顺式烯基金属中间体。该中间体用碘淬灭得到一系列有机合成中非常有用的α-碘代烯丙醇,产物具有很高的区域(93/7～>99/1)和立体选择性。 3)上述反应中生成的金属中间体不仅可以用饱和氯化铵溶液或碘淬灭得到质解或碘解产物,也可用烯丙基溴淬灭或在四(三苯基磷)钯的存在下与碘苯偶联生成相应的偶联产物。用光学活性的炔丙醇进行金属碳化反应,可以得到手性保持的产物。外消旋烯丙醇类化合物可以通过酶拆分方便高效地制备相应的光学活性的烯丙醇类产物。炔丙醇的金属碳化反应用碘淬灭制备的碘解产物与末端炔丙醇发生Sonogashira偶联反应,生成烯炔偶联产物,而该产物在PdCl2的催化下能与烯丙基溴发生偶联反应生成呋喃环结构的产物,为合成多取代的呋喃化合物提供了一条有用的方法学。 第二部分：氯化亚铜参与下格氏试剂对2,3-联烯醇的高区域和立体选择性的金属碳化反应。通过对末端炔丙醇的金属碳化反应研究,我们已经可区域和立体选择性调控地合成二级或三级烯丙醇,但所得到的烯丙醇中双键上必有一个是氢。由于联烯独特的反应性能,我们把研究的目光转向了联烯醇的金属碳化反应,我们试想能否把炔醇换成联烯醇,那么就能得到一般方法很难合成的全取代的烯丙醇。幸运地是我们成功地实现了这一方法学。反应高区域选择性地发生在2,3-联烯醇远离羟基的双键上,格氏试剂的R基团加在联烯的末端碳上,金属加在联烯的中间碳上,由于羟基的存在,发生螯合作用,高立体选择性地生成环状金属中间体。该中间体用碘淬灭生成一般方法很难合成的多取代β-碘代烯丙醇类化合物,解决了炔丙醇金属碳化反应中难以实现的问题。其中,2,3-联烯醇可为一级、二级和三级醇,而格氏试剂以乙醚为溶剂,可为一级和二级的烷基或者芳基。我们用光学活性的联烯醇进行金属碳化反应,可以得到手性保持的产物。 第三部分：铁催化下格氏试剂对2,3-联烯酸酯高区域和立体选择性的共轭加成反应在这一部分中,我们研究了铁催化下格氏试剂对2,3-联烯酸酯高区域和立体选择性的共轭加成反应,得到了一般方法难以合成的β,γ-不饱和酸酯。由于共轭效应,反应高区域选择性地发生在2,3-联烯酸酯中靠近羧基的双键上,而由于联烯酸酯γ-位基团的位阻效应,格氏试剂的R基团高区域和立体选择性地加在联烯的中间碳上,从而与γ-位的基团处于反式。在该反应中,我们以廉价的铁为催化剂,催化剂降至0.5％也能实现加成反应,克服了以往只能用特殊的底物或化学计量的过渡金属参与反应的不足。格氏试剂可以为一级或二级烷基,芳基,烯基格氏试剂。通过查阅文献,我们提出了可能的反应机理,认为该反应可能生成了相对稳定的1,3-共轭二烯镁氧盐。当我们用酰氯淬灭反应中间体1,3-共轭二烯镁氧盐时,生成了α-位乙酰化产物,有趣的是,当采用烯丙醇醋酸酯淬灭反应中间体时却得到β,γ-位双键构型翻转的酰化产物。而在四(三苯基磷)钯的催化下中间体与烯丙醇醋酸酯反应,我们并没有观察到酰化产物而分离得到了β,γ-位双键构型保持的α-烯丙基化的β,γ-不饱和酸酯。但当中间体在一价铜催化下与烯丙基溴反应时,却得到了β,γ-位双键构型翻转的烯丙基化产物。 第四部分：锌试剂与2,3-联烯酸酯的高选择性的加成关环反应我们发展了锌试剂与2,3-联烯酸酯的加成关环反应,高区域和立体选择性地生成α,β-六元环酮产物。当我们用锌试剂代替格氏试剂与2,3-联烯酸酯反应时,只生成了少量的β,γ-不饱和酸酯,却得到一极性较大的固体产物。产物由X-单晶衍射确定为六元环结构,其中六元环的4位和6位的两个碳具有很高的非对映选择性,5位上的双键有很高的Z-构型的立体选择性。以具有轴手性的2,3-联烯酸酯为反应底物时,轴手性可以基本转移到产物的中心手性碳中。根据实验现象,我们提出了可能的反应机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第一节金属碳化反应的简介

第二节炔丙醇和联烯化学简介

第三节研究背景简介

第二章原料的制备

第一节炔丙醇的制备

第二节2，3-联烯醇的制备

第三节2，3-联烯酸酯的制备

第三章选择性可调控的金属碳化反应——铜催化或参与下格氏试剂对二级或三级末端炔丙醇的金属碳化反应

第一节铜催化下格氏试剂对二级末端炔丙醇的高区域和立体选择性的反式金属碳化反应研究

第二节铜参与下格氏试剂对二级或三级末端炔丙醇的高区域和立体选择性的顺式金属碳化反应研究

第三节烯丙醇类产物的应用

第四章铜参与下格氏试剂对2，3-联烯醇的高区域和立体选择性的金属碳化反应研究

第五章铁催化下格氏试剂对2，3-联烯酸酯的高区域和立体选择性的加成反应研究及应用

第一节铁催化下格氏试剂对2，3-联烯酸酯的高区域和立体选择性的加成反应研究

第二节可能反应机理推测及金属中间体的应用

第六章锌试剂参与的2，3-联烯酸酯双分子加成关环反应研究

全文小结

化合物一览表

第二部分 实验部分

第一节 试剂的处理

第二节 实验步骤及化合的的制备1

第二节 实验步骤及化合的的制备2

第二节 实验步骤及化合的的制备3

第二节 实验步骤及化合的的制备4

参考文献

产物中的新化合物数据一览表

博士期间已发表及待发表文章目录

致谢