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1、路易斯酸催化下C-N键形成反应,作者：高飞飞 单位：吉林大学,一.研究背景及意义 1.1 典型路易斯酸催化反应进展 1.2 路易斯酸催化的C-N键形成反应 1.3 设计思想、目的和意义 二.实验部分 2.1 2-内乙酰硫脲在路易斯酸催化下的反应 2.2 4,4-二甲基-3-异噁唑酮在路易斯酸催化下的反应 2.3 其它含N杂环化合物的在路易斯酸催化下的反应 三.结论,一.研究背景及意义,1.1 典型路易斯酸催化反应进展 由于路易斯酸的作用机制与结构特点使其能够催化多种有机反应，在有机合成中占有了重要的比例。随着现代有机化学、药物化学、组合化学的发展，对新颖的有机化合物需求的增加，激发起有机化学家
2、们对更高效更新颖的反应类型的研究热情。因此，路易斯酸催化各种有机反应也得到迅猛的发展。常见的路易斯酸催化剂有AlCl3，BF3，FeBr3，FeCl3，SnCl4，TiCl4等。 本文以TiCl4，BF3， AlCl3为对象研究了一系列反应。在此主要对这三种路易斯酸的催化反应进展做重点的介绍。,TiCl4 催化反应,Aldol(羟醛缩合） 反应 直接的aldol反应是一种形成碳碳键的重要方式。通过把羰基化合物转化为硅代的烯醇衍生物，在路易斯酸的催化下（TiCl4为这种反应比较常用的催化剂）与另外一个含羰基化合物发生更为有效的aldol反应,这种直接的aldol反应叫作Mukaiyama ald
3、ol反应。,Urabe, H.; Takano, Y.; Kuwajima, I. J. Am. Chem. Soc. 1983. 105, 5703.,虽然醛与酮都能发生直接的Mukaiyama aldol反应，但是醛类化合物具有更高的反应活性，在TiCl4的作用下，在有酮类基团的情况下，是醛具有更高的反应活性参与了反应。但是在LDA的作用下，反应位点与TiCl4的作用下的反应位点完全不同。,缩醛或缩酮作为醛或酮的替代物发生aldol反应也有很广泛的应用，同时文献也报道了硅代的烯醇衍生物与醛和缩醛反应活性的比较。,Ooi, T.; Tayama, E.; Takahashi, M.;Maru
4、oka, K. Tetrahedron lett. 1997, 38, 7403.,烯丙基硅烷化合物的相关反应,1976年Hosomi和Sakurai首先报道了在TiCl4催化下，醛和酮与烯丙基硅烷类化合物的烯丙基化反应，虽然反应生成物为一些已知化合物，但是这类化合物在有机合成具有广泛的应用价值。,Hosomi, A.;Aakurai,H. Tetrahedron lett. 1976, 1295.,Hon, Y. S.; Yan, J. L. Tetrahedron 1998, 54, 8525.,Dombrowski, G. W.; Gassman, P. G.; Kass, S. R.
5、Tetrahedron lett. 1997, 38, 7819.,在这类烯丙基化反应中，一些含有其它官能团的反应物也能在TiCl4催化下进行该反应，如羟基，过氧键和酯，以及二溴环丙烷。,Nakamura, H.; Aoyagi, K.; Yamamoto, Y. J. Org. Chem. 1997, 62,780.,1928年 德国化学家Otto Diels和Kurt. Alder研究了苯酮与双烯间的反应产物，因而这种反应被称为Diels-Alder反应。该反应是重要的有机反应之一，尤其是在六元杂环体系的合成中，起着不可替代的作用。TiCl4对于DA反应也是一种好的催化剂 。,Diels-
6、Alder反应,Hojo, M.; Murakami, C.; Nakamura, S.; Hosomi, A. Chem. Lett. 1998, 331.,Quinker.t., G.; Grosso, M. D.; Dring, A. et al. Helv. Chim.Acta 1995, 78, 1345.,Friedel-Crafts反应虽然其最为常用的催化剂为AlCl3，但是也有很多的文献报道了用TiCl4作为路易斯酸催化剂的Friedel-Crafts反应，并且得到了比较高的收率。,Friedel-Crafts反应,芳香化合物与酰氯发生了Friedel-Crafts酰基化反应，
7、生成的中间体继续在TiCl4的作用下脱掉了酚羟基上的烷烃取代基。,Chiba, K.; Arakawa, T.;Tada, M. Chem. Commum. 1996, 1763.,TiCl4还能催进酸酐进行Friedel-Crafts酰基化反应,Lin, G.-Q.; Zhong, M. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 3015.,苯甲醚与内酯化合物在TiCl4作用下也发生了Friedel-Crafts酰基化。但是反应位置的选择性不是很好，邻位与对位反应生成物的比例大约为3：7。,Fujisawa, T.; Ito, T.; Fujimoto, K. et al. T
8、etrahedron Lett. 1997, 38, 1593.,BF3 催化反应,BF3作为强的路易斯酸能够催化碳氧键的断裂,在有硫醇作为溶剂和弱亲核试剂的情况下,不仅选择性发生了碳氧键的断裂反应,同时发生了硫醇参与的Michael 加成反应。,碳氧键断裂反应,但是当换成硫醚类化合物作为溶剂的情况下, 只是发生了碳氧键的断裂的反应。,Fuji, K.; Ichikawa, K.; Node, M.; Fujita, E. J. Org. Chem. 1979, 44, 1661.,Danishefsky, S. J.; Pearson, W. H.; Harvey, D. F. J. Am.
9、 Chem. Soc. 1984, 106, 2455.,在此类反应中BF3能够催化F代的烷烃以及醇与芳香化合物的Friedel-Crafts烷基化反应，并且得到了比较好的效果。,Friedel-Crafts反应,Olah, G. A.; Kuhn, S.; Olah, J. J. Chem. Soc. 1957, 44, 2174.,Hirschmann, R.; Miller, R.; Wendler, N. L. J. Am. Chem. Soc. 1954, 76, 4592.,在Friedel-Crafts酰基化反应中，BF3能够催化酰卤，羧酸以及酸酐与芳香化合物的反应。,Hyatt
10、, J. A.; Raynolds, P. W. J. Org. Chem. 1984, 49, 384.,Schiemenz, G. P.; Schmidt, U. Liebigs Ann. Chem. 1976, 1514.,Walker, H. G.; Sanderson, J. J.; Hauser, C. R. J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 4109.,BF3还能催化一些有趣的成环反应，生成一些多环化合物。例如烯醇乙酸酯类化合物与分子内的烯键反应得到相应的酮类化合物。,环化反应,在BF3的作用下还能发生一些光环化的的反应。,J. Am. Chem. Soc.
11、 1969, 91, 1557.,J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 1973, 2109.,Thompson, C. M.; Docter, S. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 5213.,BF3作为路易斯酸在Diels-Alder反应加成反应中也有很多的应用。,Kotsuki, H.; Asao, K.; Ohnishi, H. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1984, 57, 3339.,Gung, B. W.; Smith, D. T.; Wolf, M. A. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 13
12、.,Hosomi, A.; Hashimoto, H.; Sakurai, H. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 951.,AlCl3催化反应,AlCl3是一种重要的无机物，它在有机化学反应中被广泛地用作催化剂、引发剂、助剂、溶剂等。 AlC13是一个典型的路易斯酸，能够与底物中电负性较强的的杂原子，氯原子和羰基氧等有效的络合，从而起到活化底物的作用。最为经典的反应莫过于其诱导或催化的卤代烷烃或酰氯与芳烃之间的Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应，但是作为路易斯酸AlC13还能催化一些亲核反应，亲电反应，加成反应，以及一些重排反应，氧化还原反应，聚合反应等。A
13、lC13还可与其它催化剂一同使用，这些催化体系往往对反应具有优良的催化效果，使反应的选择性和收率提高，还有与超声波、微波等有机合成新技术结合正成为该领域的另一发展方向。,1.2 路易斯酸催化的C-N键形成反应,Aza-BaylisHillman反应 开环反应 Aza-DielsAlder反应 Aza- Michael反应 取代反应,Aza-BaylisHillman反应,Baylis-Hillman反应, 由Baylis和Hillman于1972年首次在专利中报道。 它是指活化烯的-位和含有缺电子sp2杂化碳的亲电试剂在胺类催化剂, 如叔胺的作用下形成碳碳键, 并生成具有多个官能团分子的反应。
14、 由于Baylis-Hillman反应能在较温和的条件下完成碳碳键的衔接，从而引起了化学家的广泛的关注。,Shi, M.; Zhao, G. L. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 9171.,Balan, D.; Adolfsson, H. J. Org. Chem., 2002, 67, 2329.,开环反应,2002年，施敏小组报道了MCPs (methylenecyclopropanes) 与氨类化合物在路易斯酸催化的条件下的开环反应，研究了不同的路易斯酸和不同胺对反应产物的影响。,Shi, M.; Chen, Y.; Xu, B. et al. Tetrahed
15、ron Lett. 2002,43,8019. Chen, Y.; Shi, M. J. Org. Chem. 2004, 69,426.,Zhao, P. Q.; Xu, L.W.; Xia, C. G. Synlett, 2004, 5, 846.,2004年夏春谷小组报道了环氧化合物与胺类物质在路易斯酸催化的条件下的开环反应， 研究了不同催化剂，不同底物下的反应选择性。,Aza-DielsAlder反应,近几十年来，人们对杂原子参与的DA反应的研究有了很大进展，合成了许多重要的化合物。亚胺的杂Diels-Alder反应起步较晚，它起始于二十世纪七十年代末期，八十年代中期才得以广泛的应用。
16、从天然产物分离出来的具有生物活性的化合物，比如各种氨基酸、生物碱等许多是含氮的杂环化合物，因此合成这类化合物具有非常重要的意义。大部分以亚胺做亲双烯体，这些亚胺亲双烯体常常不稳定，可以通过醛与胺衍生，直接进行反应。,对于亚胺的杂Diels-Alder反应中催化剂的应用研究也非常广泛深入，主要使用的催化剂为路易斯酸和Rrnsted酸。路易斯酸催化杂Diels-Alder反应，一般都采用金属氯化物、碘化物、三氟甲磺酸盐、烷基金属化合物、三氟化硼的乙醚溶液等。催化剂金属氯化物是最早在杂Diels-Alder反应中使用的催化剂，一般采用氯化锌、氯化铝、四氯化钛、稀土金属氯化物等。,Kerwin, J. F.; Danishefsky, S. Tetrahedron lett. 1982, 23, 3739.,2005年，施敏小组报道了MCPs (methylenecyclopropanes)作为类双烯体与亚胺类化合物在不同的路易斯酸下的反应,得到了较高的收率。,路易斯酸对反应的非对映选择性有一定的影响，一些非手性
