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中国科学技术大学
硕士学位论文
基于CN双键断裂的贫电子烯烃合成
姓名:金银换
申请学位级别:硕士
专业:有机化学
指导教师:田仕凯
-05摘 要
摘 要
氮磺酰亚胺是一类重要的碳-氮双键化合物。在立体选择性的有机合成中 它们是一类有用的合成纤维,并且能够发生某些有趣的反映,如:亲核加成 反映、环加成反映、烯反映、金属化反映、氧化加成反映、消除反映等。亚 胺与醛相比,区别在于亚胺中的氮取代了醛中羰基上的氧,共性在于两类物 质都很容易发生亲核加成反映。
尽管文献中涉及亚胺亲核加成的反映诸多,但是还没有报道过基于碳-氮 双键断裂的以氮磺酰亚胺、磷叶立德、硝基甲烷、甲醛为起始原料来合成三 取代的 2-亚甲基 4-硝基丁腈类贫电子烯烃产物的反映。对于烯烃的制备,
Wittig
反映是昀惯用的办法之一。一锅法的 Wittig 反映方略已被应用于直接的烯
化
反映。然而,到现在为止,有关亚胺、 α-卤代羰基化合物的一锅法反映合成 α,
β-不饱和贫电子烯烃还没有过有关报道。
基于本实验室探索碳-氮双键断裂在有机合成中的应用研究工作,我们发
现于周边温度下的硝基甲烷溶剂中,N-对甲苯磺酰基保护的亚胺与氰基稳定
的三苯基磷叶立德并不能生成 α, β-不饱和腈,而是生成一种新型的氰基稳定
的三苯基磷叶立德,通过加入甲醛水溶液能够捕获该新型的氰基稳定的三苯
基磷叶立德中间体得到 Rauhut-Currier 类型的贫电子烯烃产物。该实验为一种
新型的四组分反映,反映过程中无需加入催化剂、添加剂,并且于周边温度
下反映,条件温和,产率优良。另外该反映对有机合成化学含有潜在的应用
价值。
在探索涉及立体选择性的烯烃合成的新反映中,我们发现了一种全新、
有效的合成高度立体选择性的贫电子烯烃的办法。该方略是在膦和简朴的缺
电子烯烃存在的条件下,亚胺和 α-卤代羰基化合物一锅法反映合成对应的贫
电子烯烃。实验过程中,我们通过筛选溶剂、变化亚胺中 N 上的活化基团,
昀终选用了氮上保护基团为对硝基苯磺酰基 取代的亚胺以及环境和谐的溶剂
(水或乙醇)为昀优反映条件 合成了高度立体选择性的 α, β-不饱和贫电
子烯
烃。核心词: 亚胺 碳-氮双键断裂 四组分反映 一锅法反映 贫电子烯烃
IAbstract
Abstract
N-sulfonyl imines are important carbon-nitrogen double bond type compoundsThey are useful synthons in stereoselective organic synthesis. They can undergo many
interesting reactions, such as nucleophilic addtion, cycloaddition, metallation,
oxidation, elimination and so on. Comparing with aldehydes, the nitrogen of imines
replace the oxygen of carbonyl group, their properties are similary in a way. For
example, they both can undergo nucleophilic addtionThere are a lot of reports about nucleophilic addition of imines based on cleavge
of carbon-nitrogen double bond, but up to now, the synthesis of 3-substituted
2-methylene-4-nitrobutanenitriles from N-sulfonyl imines,
cyanomethylenetriphenylphosphorane, nitromethane, and formaldehyde doesn’t
have been reported. The Wittig reaction is one of the most versatile synthetic methods
for preparation of olefins from carbonyl compounds. And the one-pot protocol for the
Wittig reaction has already been applied to the direct olefination. However, to the best
of our knowledge, there is no report about one-pot reaction of N-sulfonyl imines and
α-halo carbonyl compounds based on cleavge of carbon-nitrogen double bondsIn the course of exploring the synthetic utilities of carbon-nitrogen double bond
cleavage of our laboratory, we found treatment of
N-benzylidene-p-toluenesulfonamide with
cyanomethylenetriphenylphosphorane in
nitromethane at room temperature did not at all result in the formation of
α,β-unsaturated nitrile, nitrile-stabilized phosphonium ylide was obtained insteadThen formalin was added to catch the intermediate nitrile-stabilized phosphonium
ylide,after stirred many hours, and Rauhut-Currier type electron-deficient alkenes
product was obitaned. Anyway we developed an unprecedented four-component
reaction. In the absence of catalysts and additives, the
four-component reaction
proceeds smoothly at room temperature to afford target products in good to excellent
yields, besides, this reaction has potentially application value to organic synthesisIn the course of exploring new reactions involoving stereoselective alkene
synthesis, we found a new and efficient protocol for highly stereoselective synthesis
of electron-deficient alkenes. In this experiment, we afforded corresponding
electron-deficient alkenes through one pot reaction of N-sufonyl imines and α-halo
carbonyl compounds mediated by phosphine and terminal alkene. By surveying ofIIAbstract
solvents and protceting groups on nitrogen of imines, we finally afforded highly
stereoselective electron-deficient alkenes in environmentally bengin solvent H O or
2
EtOH using protecting group of p-nitrobenzenesulfonyl
Key words: imines, carbon-nitrogen double bond cleavage, four-component
reaction, one-pot reaction, electron-deficient alkenes
III
中国科学技术大学学位论文原创性声明
本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所获得的成
果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何别人已经发表或撰写
过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的奉献均已在论文中作了明确
的阐明。
作者签名:___________ 签字日期:_______________
中国科学技术大学学位论文授权使用声明
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关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借
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档的内容和纸质论文的内容相一致。
保密的学位论文在解密后也恪守此规定。
?公开?保密(____年)
作者签名:_______________导师签名:_______________
签字日期:_______________签字日期:______________第一章 多组分反映研究进展
第一章 多组分反映研究进展
多组分反映及其应用
多组分反映是一种强有力的构建复杂有机分子的办法。很对人对什么是多组
分反映都存在着某些混淆的概念。多组分反映与其它的一锅法反映(如:多米诺
反映、串联反映)有明显的差别。普通来说,一锅法反映涉及到由两种反映物形
[1]
成一种中间体,然后加入另一试剂来捕获该中间体的反映过程 ,而多组分反映
的定义是将三种或三种以上的起始原料混合通过一锅煮的办法来的得到目的产
[2]
物的过程,且该目的产物包含每种起始原料的构造片段 。对于合成同一种复杂
的目的分子,传统的双分子反映合成办法需要十几步甚至更多的环节,而多组分
反映只需将全部原料加入,在适宜的条件下反映,无需分离中间产物,一步反映
构建多个化学键得到构造复杂的目的分子。因此多组分反映与传统的双分子
反映
相比含有无可比拟的优越性。
当今,化学层面上的效率不仅涉及传统概念上的化学产率,并且还将反映的
化学选择性、区域选择性、立体选择性、经济性、反映的汇聚度考虑在内。这些
方面始终是人们奋斗的目的。经济性,如:物料、装置、实验耗费和生态学方面
都是设计合成路线时应权衡的方面。由于多组分反映是将三组分或者更多的反映
原料逐步的一锅法转化呈单一的含有全部起始原料片段构造的目的产物,含有高
度的原子经济性,反映和分离纯化过程中大大减少了溶剂和试剂的用量,并且操
作极大的简化了,同时也节省了大量的时间,提高了各方面的效率。从以上各方
面的优点看出,多组分反映符合当代社会的绿色和环保规定,也符合了当代有机
[2,3]
合成化学的发展规定 。
多组分化学的历史
在化学界或自然界中,由多组分反映来构建复杂分子的概念并不是全新的。
生命来源以前,人们认为腺嘌呤(DNA和RNA的重要构成要素)是来源于五个
分子
[4]
的氢氰酸(Scheme 1) ,之后便认定多组分反映在生物界进化中起着重要的作 用。Scheme 1中的反映过程体现了多组分反映的特性,即五个简朴的起始原
料反
[1]
应得到一种复杂的分子,该分子包含了起始原料的全部原子 。 1第一章 多组分反映研究进展
NH
2
N
N
5HCN
N
N
H
Scheme 1 Prebiotic synthesis of adenine
[5]
1850年,Strecker初次报道了多组分反映的研究 他通过简朴的氢氰酸、醛、 氨一锅法的合成了α-氨基腈 Scheme 2。 α-氨基腈在合成中是一种非常有
用的化
合物,因它水解后可得到对应的α-氨基酸。
HCN COOH CN
O
+
R NH
R NH 2
2
R H
NH
3Scheme 2 Strecker synthesis of a-amino nitriles
1882年,Hantzsch用氨、醛、两倍当量的β-酮酯合成了对称的二氢吡啶。
Scheme 3。该办法到现在为止仍是合成无多构造多样、含有多元杂环化合物
的
[6]
一种重要方略 。 COOEt
1
R COOEt 2
R
2 1
R R
+
O
O
HN
COOEt
O
1
R
COOEt
NH
3
2
R
Scheme 3 Hantzsch multi-component synthesis of dihydropyridines
多官能团的二氢嘧啶昀常规的办法是通过 β-酮酯、芳香醛、脲在酸催化下 发生环缩合得到的,这就是常见的Biginelli 反映 Scheme 4,它是由
Biginelli
[7]
1893年初次报道的 。现在Biginelli反映已有了许多修改,但对于合成
杂环类
化合物1仍有相称有用。
2第一章 多组分反映研究进展
Ar
Ar
O
2
2
R OOC
R OOC
NH
+
1
1
R O
NH R N O
2
H