无过渡金属催化酮与醇的α-烷基化及铜催化碳—杂偶联

摘要

有效构建碳-碳键是有机合成化学的核心任务之一。酮与亲电试剂的α-烷基化反应是形成碳-碳键的重要方法，其亲电试剂可以是卤代烃、羧酸酯、磷酸酯和磺酸酯等衍生物，但反应会生成无机盐副产物，从而导致更多的副反应，原子利用率较低，对环境也造成一定的污染。醇是一类价廉易得的化合物，以醇为亲电试剂参与反应副产物仅是水，具有很高的原子经济性，对环境友好。很多过渡金属如Ru、Ir等已经实现了以醇为亲电试剂对酮进行α-烷基化反应，在我们尝试用Cu催化此类反应时意外地发现了以叔丁醇锂为碱在甲苯溶剂中即可高效地完成反应，不需要过渡金属的催化作用。通过使用不同公司生产的叔丁醇锂，或者减压升华后的叔丁醇锂，以及用全新的反应容器，让其他实验室重复本文的反应等，均得到类似理想的反应结果，从而证明了此体系中的确不含有过渡金属，此反应有非常良好的可重复性。反应可以兼容各种官能团，芳基甲基酮在反应中的活性最好，烷基酮效果欠佳。机理验证实验可以排除前人普遍认可的“借氢”机理，也不是通过自由基机理进行的，具体详细的反应机理还有待进一步地研究。
　　酚、芳胺、硫酚是构建天然产物、药物、聚合物及有机材料的基础骨架，发展简单温和的合成方法受到有机化学家越来越多的关注。一些Pd催化反应可以高效地将卤代芳烃转化为酚、芳胺和硫酚，但价廉低毒的Cu更具有一定的应用优势。水是最经济对环境最友好的溶剂，无毒价廉易得，而且拥有更好的化学选择性。金属纳米颗粒作为“半多相催化剂”，不但拥有多相催化剂可循环利用的优点，还具有均相催化剂低催化剂用量和高选择性的长处。本文实现了以CuI纳米颗粒为催化剂，在水相中无配体条件下使卤代芳烃转化为硫酚。当向反应中仅仅只加入氨水时，反应选择性地生成了一级芳胺。而向体系中加入硫粉时，反应先生成二芳基过硫醚，然后在Zn/HCl的还原作用下断裂硫-硫键得到硫酚。分子间竞争实验证明了三种亲核试剂的反应活性顺序为S>N>O。
　　上一章的实验结果已经证明了含S亲核试剂反应活性最好，为了进一步展现CuI纳米颗粒催化体系的优越性，我们又使用这一体系实现了卤代芳烃与硫酚、硫醇的C-S交叉偶联反应。反应只需在≤80℃下即可高效地实现，也是由于这极其温和的反应条件，由硫酚或硫醇通过氧化生成的过硫醚的副产物被非常有效地抑制。一些碘代芳烃在室温下也可以与硫酚、硫醇反应，得到优良的产率。当反应物中有两个反应基团时，均可以参与反应生成双硫醚化合物。催化剂的回收利用实验证明了CuI纳米颗粒的催化活性在反应中是没有下降的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 醇为亲电试剂的反应

1.1.1 碳亲核试剂

1.1.2 氮亲核试剂

1.1.3 氧亲核试剂

1.1.4 硫亲核试剂

1.1.5 硅亲核试剂

1.2 卤代芳烃转化为酚、芳胺、硫酚

1.2.1 卤代芳烃转化为酚

1.2.2 卤代芳烃转化为芳胺

1.2.3 卤代芳烃转化为硫酚

第二章 无过渡金属催化醇为亲电试剂酮的α-炕基化反应

2.1 最佳反应条件的建立

2.2 酮与醇反应的底物拓展

2.3 反应机理的探讨

2.4 小结与展望

第三章 Cul纳米颗粒催化卤代芳烃水相中选择性转化为酚、芳胺、硫酚

3.1 最佳反应条件的建立

3.2 卤代芳烃转化为酚、芳胺、硫酚的底物拓展

3.3 分子间竞争实验

3.4 一锅法由对溴碘苯合成对氨基苯酚

3.5 催化剂的循环利用研究

3.6 Cul纳米颗粒的制备及表征

3.7 卤代芳烃转化为酚的反应机理的探讨

3.8 小结与展望

第四章 Cul纳米颗粒催化卤代芳烃水相中与硫酚、硫醇的C-S偶联

4.1 最佳反应条件的建立

4.2 卤代芳烃与硫酚、硫醇反应的底物拓展

4.3 合成双硫醚化合物

4.4 催化剂的回收利用

4.5 小结与展望

第五章 实验数据及材料补充

5.1 实验试剂

5.2 实验仪器

5.3 实验方法

5.4 部分典型产物结构数据

参 考 文 献

攻读硕士期间发表的论文

致谢