1,3-二羰基化合物的碳-氫鍵活化反應(yīng).doc

1,3-二羰基化合物的碳-氫鍵活化反應(yīng)1,3-二羰基化合物是一種應(yīng)用廣泛的化學(xué)物質(zhì)。香料工業(yè)用于制造食用香精，醫(yī)藥工業(yè)用于制造鈣抗結(jié)劑、降壓劑等，也是很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物和天然產(chǎn)物的中間體。二羰基化合物由于其獨特的結(jié)構(gòu)特性從而具備了多種特殊的化學(xué)性質(zhì)例如作為重要的有機合成中間體用于合成雜環(huán)類化合物同時它具有高效的抗菌活性，因而在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。許多不同的二羰基化合物及其衍生物可以作為合成活性氨基酸的原料因此該結(jié)構(gòu)單元被看成是最基本的醫(yī)學(xué)分子之一，另外，二羰基化合物亞甲基可以與有機硼化物的螯合物相結(jié)合以及與許多不同的金屬配體相絡(luò)合因此在合成化學(xué)和配位化學(xué)中吸引了很多化學(xué)家的注意。最近幾年，關(guān)于碳-氫鍵的活化一直受到人們的關(guān)注，碳氫鍵是構(gòu)成有機化合物的最基本化學(xué)鍵之一。通過過渡金屬催化劑實現(xiàn)的簡單碳氫化合物與碳碳、碳氮和碳氧等多重鍵的直接碳氫鍵活化及加成反應(yīng)是實現(xiàn)相關(guān)碳-碳鍵和碳-雜鍵構(gòu)建的最經(jīng)濟、最高效的方法之一。而直接利用碳氫鍵選擇性地官能團化是有機化學(xué)家們長期以來追求的目標(biāo)。由于碳氫鍵具有較高的鍵能相對穩(wěn)定且極性很小等基本結(jié)構(gòu)特征，直接地官能團化遇到的第一個問題就是反應(yīng)活性很低。另外，同一個有機化合物分子內(nèi)通常有很多種化學(xué)性質(zhì)不同的碳氫鍵，如何實現(xiàn)其中的某一類碳氫鍵的轉(zhuǎn)化而不影響分子中其它的碳氫鍵和官能團，這就涉及到碳氫鍵活化過程中的選擇性問題!碳氫鍵活化，就是在一定的條件下，對一種有機化合物中的某一碳氫鍵反應(yīng)性增強或切斷實現(xiàn)定向化學(xué)轉(zhuǎn)化!因此，有機化學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)是如何活化非活性的碳氫鍵以及解決其化學(xué)轉(zhuǎn)化的選擇性問題!如果能夠選擇性切斷非活性的碳氫鍵，并開發(fā)出實用的合成化學(xué)新方法、新反應(yīng)必將為傳統(tǒng)的有機合成工業(yè)帶來一場巨大的變革。1. 1,3二羰基化合物與烯烴的反應(yīng) 2005年，李朝軍課題組報道過1,3-二羰基化合物與苯乙烯分子間加成反應(yīng)，在該反應(yīng)中，以金和銀作為催化劑，收率為76。反應(yīng)效果良好1。 之后，三氟甲基磺酸鉍，氯化鐵2，氯化銦，三氟甲磺酸鎵等這些Lewis酸和布朗斯特酸等也被應(yīng)用到這類反應(yīng)中。 十二磷鎢酸(PWA)，十二磷鉬酸(PMA)這類雜多酸(HPAs),經(jīng)常作為綠色催化劑使用，因其具有工業(yè)作用，穩(wěn)定性，可循環(huán)再利用，簡單干凈的反應(yīng)過程等優(yōu)點。此外，近年來，無溶劑反應(yīng)體系簡單，產(chǎn)率高，在現(xiàn)代有機合成化學(xué)中越來越受到人們的關(guān)注。2008年，有人報道以十二磷鎢酸(PWA)為催化劑的無溶劑合成方法3. 由于單質(zhì)碘便宜易得，在有機合成中的應(yīng)用越來越廣泛，溫和的Lewis酸與單質(zhì)碘共同作用使得單質(zhì)碘用量更少，作用效果更優(yōu)異4。2010年，有人報道了在單質(zhì)碘存在下，1,3-二羰基化合物與苯乙烯的反應(yīng),收率為92，當(dāng)不斷變換烯烴的取代基，此反應(yīng)的收率依然很好，當(dāng)原料變?yōu)?H-茚時，此反應(yīng)效果仍然很好，因此，可以說這種烯烴與1,3-二羰基化合物分子間作用的合成方法簡便有效，產(chǎn)率高，原子利用充分，操作簡便，應(yīng)用前景良好5。2. 1,3二羰基化合物與芐醇的反應(yīng)具有條件溫和，合成簡便，產(chǎn)率高等特點的合成方法一直以來都是人們關(guān)注和不懈追求的。芐位和烯丙位的碳-氫鍵斷裂能 ( BDE) 較低，且相鄰-體系的分子軌道與過渡金屬有較強的相互作用，使碳-氫鍵活化變得相對容易。Li等利用Fe, Cu作為催化劑發(fā)展了一系列構(gòu)建碳-碳鍵的方法，并提出了直接高效的交叉脫氫偶聯(lián)（CDC）的概念6a。2008年，報道過以碘單質(zhì)作為條件的1,3-二羰基化合物和芐醇的反應(yīng)，在該反應(yīng)中，僅用了催化量的單質(zhì)碘，就達到了很高的收率6b。 2010年，劉等人報道了用布朗斯特酸催化反應(yīng)，在這個反應(yīng)中，僅僅使用了1mmol的HClO4, 反應(yīng)溫度為70，以甲苯為溶劑，得到了88的收率7；此外，在“綠色化學(xué)”概念的不斷引領(lǐng)下，催化劑固定液越來越得到人們的關(guān)注，因為多相催化劑的使用，使得反應(yīng)的后續(xù)處理，產(chǎn)物的分離純化變得更簡單，同時，也加強了催化劑的回收再利用8，近年來，關(guān)于硅膠負載含氯酸模式的催化劑的研究越來越多9,10，劉等人試圖將這種方法引入到1,3-二羰基化合物與苯乙烯或者醇類的反應(yīng)中，并驚喜地發(fā)現(xiàn)，與單純的使用酸做催化劑相比，這種方法效果更好，反應(yīng)條件溫和，以甲苯為溶劑時，得到94的產(chǎn)率，而在不使用溶劑的情況下，產(chǎn)率可達967。曾有人認(rèn)為H2SO4是不能催化乙酰丙酮和苯乙醇這個反應(yīng)的發(fā)生11。然而，2012年，劉等人報道了H2SO4可以催化使其發(fā)生反應(yīng)，并且在1,2-二氯乙烷做溶劑時是一個高效催化劑，回流時5min即可反應(yīng)完全，產(chǎn)率為67，再進一步對溶劑進行篩選過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CH3NO2為溶劑時，反應(yīng)產(chǎn)率高達9812。在過去的幾年里，雙官能團有機催化劑作為新型高效的有機催化劑合成不對稱化合物而出現(xiàn)在世人面前13。2012年，有人報道了以硫脲作為催化劑，催化該類反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)率為9414。這為我們提供了一種新思路，在選擇催化劑時，不僅僅局限于金屬催化劑，Lewis酸或者布朗斯特酸，有些天然產(chǎn)物亦可為我所用，也許就會有意外之喜。 3. 1,3-二羰基化合物與苯胺的反應(yīng) 2008年， Peter Langer等人報道了1,3-二羰基化合物與苯胺作用形成環(huán)狀化合物的反應(yīng)，環(huán)化產(chǎn)物的生成需要依賴于芳香化合物的空間結(jié)構(gòu)和C-C鍵的形成15。 2011年，Chhanda Mukhopadhyay等人將1,3-二羰基化合物與苯胺及其衍生物通過一鍋法合成氮雜環(huán)化合物，反應(yīng)條件溫和，收率良好16。 Grob 和 Camenisch首先發(fā)現(xiàn)吡咯環(huán)可以由二羰基化合物和硝基烯通過分子間環(huán)化制得。2013年，Claudio C. Silveira等人希望為此反應(yīng)尋找一個新的反應(yīng)體系簡單的方法。化學(xué)方法中用于電子轉(zhuǎn)移的氧化包括使用高價態(tài)的金屬鹽，Mn(III)、Cu(II)、Ag(I)、Co(in)、V(V)和Fo(m)。在這些鹽中，Mn(III)運用最廣。這個時候，Ce試劑作為一種合適的單電子氧化劑承擔(dān)了重要的角色。在此反應(yīng)中，作者在微波條件下以Ce鹽作為催化劑，產(chǎn)率為7517。4. 結(jié)論 無論是1,3-二羰基化合物還是碳-氫鍵的活化在有機合成反應(yīng)中的意義不可小覷。一般，利用過渡金屬，Lewis酸，布朗斯特酸等對碳-氫鍵進行活化，加之，微波，催化劑固定，無溶劑反應(yīng)等的運用，使得1,3-二羰基化合物碳-氫鍵活化的研究已經(jīng)取得了非常重大的進展。但從以上的介紹來看，大多數(shù)反應(yīng)都只局限于一些特定的體系，離普遍意義上的碳-氫鍵活化尚有很遠距離!這也為我們留下了很大的發(fā)展空間開展新反應(yīng)，而且有很多經(jīng)驗值得我們借鑒!可以預(yù)料，碳-氫鍵活化還會受到化學(xué)家們的廣泛關(guān)注，仍然是有機化學(xué)中的熱點研究領(lǐng)域。【參考文獻】1Yao, X. ; Li, C.-J. J. Org. Chem. 2005, 70, 5752 2Duan, Z.; Xuan, X. J. ; Wu, Y. J . Tetrahedron Lett. 2007, 48, 5157.3X.-L. Wu; G.-W. Wang. Tetrahedron Letters 2008, 49, 5090-5093.4Zhou, Y.; Yan, P. F.; Li, G. M.; Chen, Z. J.Chin. J. Org. Chem.2009, 29, 1719;5J. S. Yadav. Tetrahedron Letters 2010. 51. 2622-2624.6(a)Lin Cao; Zhiping Li; Chao-Jun Li. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6505. (b)W. Rao; Philip W. H. Chan. Tetrahedron Letters. 2008. 49. 122-126.7 Yu Jie Ren; Pei Nian Liu. J. Org. Chem.2010, 75, 15;8 Gu, Y.; Li, G. Adv. Synth. Catal. 2009,351, 817.9 Kumar, R.; Kumar, D.; Chakraborti, A. K. Synthesis. 2007, 299. 10Shaterian, H. R.; Yarahmadi, H.; Ghashang, M. Tetrahedron. 2008,64, 1263.11 Liu, P. N.; Dang, L.; Wang, Q. W.; Zhao, S. L.; Xia, F.; Ren, Y. J.; Gong, X. Q.; Chen, J. Q. J. Org. Chem. 2010, 75, 50175030.12F. X.; Z-L Zhao; P-N Liu. Tetrahedron Letters. 2012. 53. 2828-2832.13 Connon, S. J. Chem. Commun.2008, 44, 2499251014Z. Ma; Jing-chao Tao. Tetrahedron:Asymmetry . 2012 . 23. 443-448.15J.