一些碳-碳不飽和鍵的高選擇性金屬碳化反應研究.pdf

1、金屬碳化反應是碳-碳不飽和鍵對碳金屬鍵的插入反應,由于在反應中生成了新的碳-碳鍵和新的碳-金屬鍵,引起有機化學家尤其是金屬有機化學家的廣泛關注。反應的易操作性和多樣性使其成為合成化學中的重要方法,而如何實現(xiàn)對碳.碳不飽和鍵的高選擇性的加成反應一直以來都是化學家們關注的焦點。本文的工作目標就是如何利用金屬試劑與炔丙醇以及官能團化聯(lián)烯的反應,來實現(xiàn)碳-碳不飽和鍵的高選擇性金屬碳化反應,從而發(fā)展一些形成碳-碳鍵和碳-金屬鍵反應的新模式。文章主

2、要包括以下四部分： 第一部分：選擇性可調控的金屬碳化反應--銅催化或參與下格氏試劑對二級或三級末端炔丙醇的金屬碳化反應。理論上,金屬試劑與炔丙醇發(fā)生金屬碳化反應,可以生成兩種區(qū)域和立體選擇性都不同的產物：支鏈產物和直鏈產物。Duboudin教授等報道了在碘化亞銅催化下一級炔丙醇與格氏試劑反應,能高選擇性地制備2位取代的支鏈型一級烯丙醇。但是當以二級或三級炔丙醇為底物與金屬試劑反應時,存在選擇性不好的問題,得到一組反式支鏈產物和順

3、式直鏈產物的混合物。因此,我們希望解決這些問題。1)通過溶劑效應我們實現(xiàn)了一價銅催化下格氏試劑對二級末端炔丙醇的反式金屬碳化反應。在該反應中我們發(fā)展了以0.1當量氯化亞銅或0.5當量碘化亞銅催化的兩套反應條件,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末端炔丙醇進行反應。其中,格氏試劑中的R基團區(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。當采用烷基格氏試劑時,得到的加成產物以反式為主,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)展了格氏試劑對二級或三級炔丙醇的高區(qū)域和立體選擇性的順式金屬碳化反應。在成功實現(xiàn)了格氏試劑對二級末端炔丙醇的反式金屬碳化反應后,我們設想能否從同一底物出發(fā),通過改變優(yōu)化反應條件,來合成以順式加成為主的產物,從而實現(xiàn)對二級炔丙醇的可調控的高區(qū)域和立體選擇性的反應。通過一

5、系列的條件摸索,我們發(fā)現(xiàn)通過改變格氏試劑的溶劑為甲苯時(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現(xiàn)對二級或三級炔丙醇的順式金屬碳化反應。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合成中非常有用的α-碘代烯丙醇,產物具有很高的

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解或碘解產物,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)生成相應的偶聯(lián)產物。用光學活性的炔丙醇進行金屬碳化反應,可以得到手性保持的產物。外消旋烯丙醇類化合物可以通過酶拆分方便高效地制備相應的光學活性的烯丙醇類產物。炔丙醇的金屬碳化反應用碘淬滅制備的碘解產物與末端炔丙醇發(fā)生Sonogashira偶聯(lián)反應,生成烯炔偶

7、聯(lián)產物,而該產物在PdCl2的催化下能與烯丙基溴發(fā)生偶聯(lián)反應生成呋喃環(huán)結構的產物,為合成多取代的呋喃化合物提供了一條有用的方法學。 第二部分：氯化亞銅參與下格氏試劑對2,3-聯(lián)烯醇的高區(qū)域和立體選擇性的金屬碳化反應。通過對末端炔丙醇的金屬碳化反應研究,我們已經可區(qū)域和立體選擇性調控地合成二級或三級烯丙醇,但所得到的烯丙醇中雙鍵上必有一個是氫。由于聯(lián)烯獨特的反應性能,我們把研究的目光轉向了聯(lián)烯醇的金屬碳化反應,我們試想能否把炔醇換

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。幸運地是我們成功地實現(xiàn)了這一方法學。反應高區(qū)域選擇性地發(fā)生在2,3-聯(lián)烯醇遠離羥基的雙鍵上,格氏試劑的R基團加在聯(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中難以實現(xiàn)的問題。其中,2,3-聯(lián)烯醇可為一級、二級和三級醇,而格氏試劑以乙

9、醚為溶劑,可為一級和二級的烷基或者芳基。我們用光學活性的聯(lián)烯醇進行金屬碳化反應,可以得到手性保持的產物。 第三部分：鐵催化下格氏試劑對2,3-聯(lián)烯酸酯高區(qū)域和立體選擇性的共軛加成反應在這一部分中,我們研究了鐵催化下格氏試劑對2,3-聯(lián)烯酸酯高區(qū)域和立體選擇性的共軛加成反應,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,反應高區(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-位基團的位阻效應,格氏

10、試劑的R基團高區(qū)域和立體選擇性地加在聯(lián)烯的中間碳上,從而與γ-位的基團處于反式。在該反應中,我們以廉價的鐵為催化劑,催化劑降至0.5％也能實現(xiàn)加成反應,克服了以往只能用特殊的底物或化學計量的過渡金屬參與反應的不足。格氏試劑可以為一級或二級烷基,芳基,烯基格氏試劑。通過查閱文獻,我們提出了可能的反應機理,認為該反應可能生成了相對穩(wěn)定的1,3-共軛二烯鎂氧鹽。當我們用酰氯淬滅反應中間體1,3-共軛二烯鎂氧鹽時,生成了α-位乙?；a物,有趣的

11、是,當采用烯丙醇醋酸酯淬滅反應中間體時卻得到β,γ-位雙鍵構型翻轉的?；a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,我們并沒有觀察到?；a物而分離得到了β,γ-位雙鍵構型保持的α-烯丙基化的β,γ-不飽和酸酯。但當中間體在一價銅催化下與烯丙基溴反應時,卻得到了β,γ-位雙鍵構型翻轉的烯丙基化產物。 第四部分：鋅試劑與2,3-聯(lián)烯酸酯的高選擇性的加成關環(huán)反應我們發(fā)展了鋅試劑與2,3-聯(lián)烯酸酯的加成關環(huán)反應,高區(qū)域和