化學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文--鹵代芳烴轉(zhuǎn)化為酚的合成研究

1、.目錄中文摘要1英文摘要21 文章綜述31.1 引言31.2 C-S交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究3 1.2.1鈀催化的C-S偶聯(lián)反應(yīng)的研究進(jìn)展51.2.2 鎳、鈷催化的C-S偶聯(lián)反應(yīng)的研究進(jìn)展71.2.3 銅催化的C-S偶聯(lián)反應(yīng)的研究進(jìn)展81.3 本課題的來(lái)源、目的、意義及該課題在國(guó)內(nèi)外的概述 151.3.1課題來(lái)源151.3.2課題的目的、意義171.3.3國(guó)內(nèi)外研究概況172 試驗(yàn) 18 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器18 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑182.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器19 2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程192.2.1 納米氧化亞銅的制備192.2.2 納米碘化亞銅的制備202.2.3 納米硫化銅的制備202.2.4納米銅

2、鹽催化鹵代芳烴與硫酚類化合物的偶聯(lián)反應(yīng)模型21 2.2.5 結(jié)果與討論22結(jié)論與展望26致謝28參考文獻(xiàn)29鹵代芳烴轉(zhuǎn)化為酚的合成研究摘 要：在有機(jī)合成方法學(xué)研究中，C-O鍵的構(gòu)建是不可或缺的一部分，其產(chǎn)物在染料、醫(yī)藥、農(nóng)用化工品、顏料以及高聚物的制備中有著重要作用。目前，該領(lǐng)域采用鈀、鎳等過(guò)渡金屬作為催化劑來(lái)加速此類反應(yīng)已取得了非常好的成效。但隨著成本效益和環(huán)保的發(fā)展，尋找綠色環(huán)保和價(jià)廉易得的催化劑已成為專家們研究的焦點(diǎn)。在這個(gè)背景下，銅催化劑提供了誘人的優(yōu)勢(shì)，并且由于它們的可持續(xù)性，在交叉偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域已被認(rèn)定為理想的催化劑。本文我們主要針對(duì)無(wú)配體條件下的納米碘化亞銅催化C-O交叉偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)

3、行一些研究，得到了比較高的產(chǎn)率，并闡述了反應(yīng)能夠發(fā)生的可能機(jī)理。 關(guān)鍵字:銅催化；納米；CuI；交叉偶聯(lián)； Abstract: The formation of the CO bond is indispensable in the search of organic synthetic chemistry. The products of these reactions play an important role in preparation of dyes, pharmaceuticals, agrochemicals, pigments as well as high polymers

4、. So far, the significant progress has been made in the development of transition-metal palladium- and copper-catalyzed coupling reactions of this type. However, with the development of cost-efficient and environmentally friendly, finding an environment-friendly and cheap catalyst has attracted many

5、 attentions. In this context, iron salts offer attractive advantages and, due to their sustainability, they are recognized as ideal catalyst mainly in the field of cross-coupling reactions. To make the proceeding method more simple and mild, no ligand was applied in this catalytic system.Key words:

6、copper-catalyst；nanometer；cuprous iodide；cross-coupling1 文章綜述1.1引言 有機(jī)化學(xué)特別是有機(jī)合成化學(xué)是一門發(fā)展得比較完備的學(xué)科，在人類發(fā)展的過(guò)程中，它成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。然而傳統(tǒng)的合成方法以及依其建立起來(lái)的傳統(tǒng)合成工業(yè)，對(duì)整個(gè)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染和破環(huán)。20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家提出了“綠色化學(xué)”的概念，即如何從源頭上減少、甚至消除污染的產(chǎn)生。通過(guò)研究和改進(jìn)化學(xué)化工過(guò)程及相應(yīng)的工藝技術(shù)，從根本上降低、以至消除副產(chǎn)品或廢棄物的生成，從而達(dá)到保護(hù)和改善環(huán)境的目的。自從這一概念被提出以后，有機(jī)化學(xué)工作者便致力于

7、開發(fā)一些對(duì)環(huán)境友好的生產(chǎn)方法。從反應(yīng)的設(shè)計(jì)到工業(yè)的大量生產(chǎn)，每一步都在不斷優(yōu)化，從而期望達(dá)到綠色化學(xué)這一最高目標(biāo)1。有機(jī)合成方法學(xué)作為有機(jī)化學(xué)的核心內(nèi)容之一，其研究一直受到很多的關(guān)注。經(jīng)過(guò)有機(jī)化學(xué)家們多年不懈的努力，盡管已取得巨大成功，有的合成方法已大規(guī)模地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但是其發(fā)展還未達(dá)到比較完善的地步，尤其是在選擇性和催化效率方面尚有許多問(wèn)題需要解決。親電性不飽和碳與親核性碳、氮、氧、硫、硒原子經(jīng)過(guò)某些過(guò)渡金屬的催化可以直接成鍵，這種交叉偶聯(lián)反應(yīng)是現(xiàn)代有機(jī)合成中重要的手段之一，它使得我們能夠高效地合成一系列芳基以及烯烴、炔烴化合物，因而在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、日用化工品、以及高聚物的制備中有

8、著廣泛的應(yīng)用。鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)已被廣泛的研究，雖然可以得到令人滿意的結(jié)果，但是鈀的高毒性和價(jià)格的昂貴限制了它在工業(yè)方面的應(yīng)用。銅催化的C-N，C-O，C-S，C-C偶聯(lián)反應(yīng)是有機(jī)合成中很有用的反應(yīng)，這類反應(yīng)在過(guò)去幾年已被深入的研究。銅的價(jià)格低廉，毒性相對(duì)較小，可以在工業(yè)上取代鈀催化劑。上世紀(jì)初，F(xiàn)ritz ullmann 和Irma Goldberg開創(chuàng)了銅催化的偶聯(lián)反應(yīng)，他們開發(fā)了新的生成C-N，C-O，C-S鍵的方法，為制備更多新化合物鋪平了道路2。不活潑的鹵代芳香烴第一次作為反應(yīng)物參與偶聯(lián)反應(yīng)，而傳統(tǒng)的偶聯(lián)反應(yīng)都是那些缺電子的芳香鹵代烴和強(qiáng)親和性的物質(zhì)才能發(fā)生。Ullmann和Goldb

9、erg同時(shí)發(fā)現(xiàn)了銅催化的芳香化合物的氨基化和酰胺化反應(yīng)。這些概念性的論文被認(rèn)為是現(xiàn)代銅催化芳基化反應(yīng)的開端。如何使用Cu 催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)碳碳和碳雜交叉偶聯(lián)反應(yīng),不僅是過(guò)渡金屬催化領(lǐng)域中的一個(gè)新動(dòng)向而且是化學(xué)工業(yè)綠色化進(jìn)程中的一個(gè)挑戰(zhàn)性課題。本文旨在探索納米碘化亞銅催化下鹵代芳烴轉(zhuǎn)化為酚的合成3。1.2 C-O交叉偶聯(lián)反應(yīng)許多含有芳基醚結(jié)構(gòu)單元的天然產(chǎn)物都具有很好的生物活性，如K-13、pcrrottctincs、riccardinB等（圖1），甚至已經(jīng)用作臨床藥物，如萬(wàn)古霉素。此外，近年來(lái)，二芳基醚在農(nóng)藥研究中特別是在新農(nóng)藥創(chuàng)制方面也得到了廣泛的應(yīng)用，在農(nóng)藥分子中引入二芳基醚結(jié)構(gòu)可以顯著改善農(nóng)藥

10、的理化性質(zhì)和生物活性，可以提高農(nóng)藥的光穩(wěn)定性；降低農(nóng)藥對(duì)哺乳類動(dòng)物的毒性；可以拓寬農(nóng)藥的生物活性譜。因而，對(duì)C-0鍵形成反應(yīng)的研究受到了人們的廣泛重視4。圖1 含二芳醚結(jié)構(gòu)單元的天然產(chǎn)物1905年，Ullmann首次報(bào)道了銅催化的芳香鹵代物與酚的C-O偶聯(lián)反應(yīng)5。（圖2）圖2之后，與C-N偶聯(lián)反應(yīng)相似，C-O鍵的形成反應(yīng)也經(jīng)歷了由銅催化到鈀催化，再到使用配體的銅催化的一個(gè)發(fā)展階段，并不斷趨于成熟。以下將從鈀催化和銅催化兩個(gè)方面分別介紹C-O偶聯(lián)反應(yīng)的發(fā)展?fàn)顩r和已經(jīng)取得的成果。1.2.1 Pd催化的C-O偶聯(lián)反應(yīng)1996年，Buchwald等人首次報(bào)道了鈀催化的C-0鍵的形成反應(yīng)，以Pd(OAc

11、)2作為催化劑，用于催化分子內(nèi)C-O偶聯(lián)合成含氧雜環(huán)化合物的反應(yīng)(圖)。對(duì)于該反應(yīng)，雙齒有機(jī)膦配體(BINAP，ToI-BINAP，DPPF)比單齒有機(jī)膦配體(P(o-tolyl)3)具有更好的催化活性。之后，Dominguez等人又將BINAP及DPPF成功用于Pd2(dba)3催化的分子內(nèi)的二芳基醚的合成中6。（圖3）圖31997年，Buchwald和Hartwig同時(shí)分別發(fā)展了Pd催化的分子聞的碳氧交叉偶聯(lián)反應(yīng).他們分別報(bào)道了Pd2(dba)3/Tol-BINAP(收率48-84)Pd(dba)2/DPPF(收率29-92)催化的分子間的C-O偶聯(lián)反應(yīng)。同時(shí)，Hartwig還用Ni(CO

12、D)2代替Pd(dba)2成功催化了芳香鹵代物和醇鈉的C-O偶聯(lián)反應(yīng)7。Buchwald等人在將C-N偶聯(lián)反應(yīng)中的高效配體L01和L02應(yīng)用于2,4-二甲基氯苯與叔丁醇鈉的成醚反應(yīng)中時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用L01時(shí)未能取得預(yù)料的結(jié)果，而使用L02時(shí)，得到了77的目標(biāo)醚。推測(cè)原因可能在于形成C-O鍵時(shí)還原消除脫離金屬Pd中心一步?？紤]到增大配體的空間體積可能有助于加速該決速步驟，因此設(shè)計(jì)合成了一種新的高位阻配體L03。將它應(yīng)用于2，4-二甲基氯苯和3,5-二甲基苯酚的反應(yīng)，得到了78的目標(biāo)醚。因此，在此基礎(chǔ)上，為了適用于更多的不同取代類型的反應(yīng)底物。又設(shè)計(jì)合成了一系列帶有二叔丁基膦取代基的有機(jī)膦配體(L0

13、4-13)，這些配體各具優(yōu)勢(shì)，選擇性的利用，可以高產(chǎn)率的合成出多種帶有不同可取代基的芳基醚類化合物。此外，他們還將配體L02、03、07、08及11成功應(yīng)用于分子內(nèi)的C-O偶聯(lián)反應(yīng)，并成功用于一種抗抑郁藥MKC-242的關(guān)鍵步驟的合成中8。2005年,Buchwald等人又報(bào)道了新的改進(jìn)的含有二叔丁基膦取代基的高空間位阻的有機(jī)膦配體(L14，15)，用于鈀催化的芳基鹵代物伯醇或仲醇的反應(yīng)中9。以3,5-二甲基溴苯與2-丁醇的反應(yīng)為例，配體L114，L15比之前報(bào)道的配體L07、L09、L12等具有更好的交叉偶聯(lián)產(chǎn)物的選擇性(使用L08時(shí)，將得到的94的對(duì)稱的二芳基醚的副產(chǎn)物)。而配體L14和L

14、15又分別更適用于伯醇和仲醇參與的反應(yīng)(圖4，圖5)，并且對(duì)于以往報(bào)道中不能反應(yīng)的烯丙基醇也可以在較低的溫度下得到較高的產(chǎn)率。圖4圖5Hartwig等人在將C-N偶聯(lián)反應(yīng)中的高效配體，含有二茂鐵結(jié)構(gòu)的雙齒有機(jī)膦配體WBPF用于Pd(OAc)2催化的對(duì)叔丁基溴苯與對(duì)甲氧基苯酚鈉的反應(yīng)(圖6)時(shí)，得到了45的目標(biāo)產(chǎn)物。并且GCMS分析顯示，DBPF在反應(yīng)中會(huì)分解成FcP(t-Bu)2(L16)和PhP(t-Bu)2(L17)兩個(gè)單齒膦配體，而單獨(dú)分別使用二者于反應(yīng)中時(shí)，前者得到了83的產(chǎn)物，后者只得到了不倒5的產(chǎn)物。并且，對(duì)于該反應(yīng)，使用BINAP、DPPF及P(o-tolyl)3作配體時(shí)，均無(wú)產(chǎn)

15、物生成10。配體FcP(t-Bu)2或P(t-Bu)3(L170)對(duì)于其他多種取代鹵苯和酚鈉或醇鈉的反應(yīng)都同樣高效，在801lO下12小時(shí)內(nèi)可以得到62-85的二芳基醚。圖6為了使CO偶聯(lián)反應(yīng)得以在更溫和的條件下進(jìn)行，Hartwig等人在L16的基礎(chǔ)上又合成了新的配體Ph5FeP(t-Bu)2(L19)，使取代鹵苯與醇鈉的反應(yīng)可以在更低的溫度，甚至室溫下進(jìn)行，并且反應(yīng)時(shí)間也大大縮短，產(chǎn)率高達(dá)59-9911。鑒于C-N和C-0偶聯(lián)反應(yīng)具有相似的催化機(jī)理， zhang等人以Xantphos以及與Xantphos具有類似結(jié)構(gòu)的DPEphos(L20)為配體，通過(guò)C-O偶聯(lián)反應(yīng)由溴代卟啉類化合物簡(jiǎn)單的

16、合成了烷氧或酚氧取代的卟啉類化合物12。（圖7）圖7Thutcwohl等人以4-氯吲哚為原料，首次將XPHOS配體(L36)應(yīng)用于鈀催化的C-0偶聯(lián)反應(yīng)，合成了一系列4-醚化的吲哚衍生物。（圖8）圖8該催化體系對(duì)于帶有給電子取代基的苯酚(R3=Me或R5=Me)產(chǎn)率較好，對(duì)于帶有吸電子取代基的苯酚，產(chǎn)率則比較低(R5=NHAc，22；R5=NHBoc，37)，酚環(huán)上帶有強(qiáng)吸電子取代基(R5=N02)時(shí)，反應(yīng)不能發(fā)生。2005年，Beller等人開發(fā)了一類新的含氮雜環(huán)的有機(jī)膦配體(L21-26)。以對(duì)氯苯乙酮與苯酚的反應(yīng)為模型考查了它們的活性(圖9)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有高位阻取代基的配體(L22、2

17、3、24、25)具有很好的催化活性。圖9使用配體L22或L24，與之前報(bào)道的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的有機(jī)膦配體L02相比,用于芳香氯代物與酚的反應(yīng)(圖10)時(shí)，對(duì)于某些特定底物的反應(yīng)(鄰甲基苯酚參與的反應(yīng))，配體L22和L24具有更顯著的優(yōu)勢(shì)13。圖101.2.2 Cu催化的C-O偶聯(lián)反應(yīng)早期的Ullmann C-0偶聯(lián)反應(yīng)通常是在等摩爾量或大大過(guò)量的銅粉的催化下，在很高的溫度(220)下實(shí)現(xiàn)的14。之后，通過(guò)使用特殊的銅催化劑，使銅催化的C-O偶聯(lián)反應(yīng)在不使用配體的情況下也可以在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行。1983年，Afzeli等人使用穩(wěn)定且容易制備的苯基乙炔銅(I)催化合成了一系列二芳基醚(產(chǎn)率41-77

18、)，并且對(duì)于反應(yīng)活性極低的帶有強(qiáng)吸電子取代基的對(duì)硝基苯酚的反應(yīng)也得到了70-77的產(chǎn)率。2003年，Xia等人報(bào)道了CuIRaney Ni-Al合金共同催化的芳基鹵代物與酚的C-O偶聯(lián)反應(yīng)，在比較低的溫度下(110)對(duì)于多個(gè)底物的產(chǎn)率都可達(dá)9915。2005年，Ley等人報(bào)道了含銅的鈣鐵礦(Perovskites)催化的C-O偶聯(lián)反應(yīng)。通過(guò)對(duì)幾種不同的鈣鐵礦的催化活性的比較(式1-58)，含銅的催化劑A、B和C都具有比較好的催化活性，而不含銅或鈀的催化劑D沒(méi)有活性。以A作為催化劑，可用于多種二芳基醚化合物的合成(產(chǎn)率46-90) 16。（圖11）圖11一些簡(jiǎn)單的銅的絡(luò)合物也被用于C-O偶聯(lián)反應(yīng)

19、的研究。例如，使用CuBr-SMe2絡(luò)合物催化合成了一系列大環(huán)二芳基醚類化合物(如K-13、萬(wàn)古霉素等)：CuPF6(MeCN)4絡(luò)合物可用于催化鄰位含有可以與銅直接配位的取代基的芳香鹵代物與酚的C-O偶聯(lián)反應(yīng)(圖12)；由CuPF6(MeCN)4合成的八核銅簇合物作為催化劑(圖13)，可用于催化取代碘苯與醇的偶聯(lián)反應(yīng)。圖121997年，Buchwald等人首次以Cs2C03代替K2C03應(yīng)用于C-O偶聯(lián)反應(yīng)中，使用催化量的銅絡(luò)合物(CuOTf)2·PhH，在較低的溫度(110)下合成了各種取代及高位阻的二芳基醚(圖13)。之后，Cuny等人又將銅絡(luò)合物(CuOTf)2·P

20、hMe用于催化合成含有2-羥基-2-甲氧基二苯醚結(jié)構(gòu)單元的天然產(chǎn)物17。圖13除了使用特殊的銅催化劑或銅的絡(luò)合物，借助于一些輔助手段(如超聲波、微波)，也可以使銅催化的C-O偶聯(lián)反應(yīng)在沒(méi)有配體的條件下得以順利進(jìn)行。早在1992年，Smith等人就將超聲波輔助的方法應(yīng)用于CuI催化的Ullmann二芳基醚的合成中。只需2-4 h，產(chǎn)率可以達(dá)到50-9718。之后，隨著微波輔助有機(jī)合成方法的發(fā)展，微波輔助的手段也被引入C-O偶聯(lián)反應(yīng)中。在微波輔助條件下，Kim等人使用銅粉催化實(shí)現(xiàn)了一系列鹵代雜環(huán)芳香化合物與苯酚的醚化反應(yīng)(圖14)；并且對(duì)于非活化的芳香鹵代物也同樣適用；Sruolia等人以2-羥基

21、-5-氯-溴苯為原料，在CuCl的催化下，合成了一系列具有抗菌活性的2-羥基-二芳基醚(圖15)，產(chǎn)率50-90，而該反應(yīng)在油浴中加熱100300小時(shí)的產(chǎn)率也只有10-5519。圖14圖15此外，Palomo等人將有機(jī)堿P4-But應(yīng)用于Cu(I)催化的C-0偶聯(lián)反應(yīng)中，在100條件下成功合成了多種二芳基醚衍生物。Ren等人使用室溫離子液體bmil作溶劑，在較低溫度(110-130)下以CuI催化了芳基碘代物與酚的反應(yīng)，但對(duì)于芳香溴代物則幾乎無(wú)產(chǎn)物生成；Chauhan等人以離子液體bmimBF4或bmimPF6作溶劑，使用CuCl催化了多種芳基鹵代物與酚鹽的反應(yīng)，條件溫和(90-120)，速度

22、快(8-12小時(shí))產(chǎn)率高(54-90) 20。2 實(shí)驗(yàn)部分現(xiàn)有報(bào)道的研究中，Cu在作為催化劑催化偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)，都要加入一定量的配體。雖然目前普遍認(rèn)為配體與銅鹽螯合，使其能夠均勻分散于溶劑中，但配體和金屬鹽相互作用的具體機(jī)理不是很清楚，由此阻礙了對(duì)該反應(yīng)更為深刻的認(rèn)識(shí)，也給篩選更優(yōu)秀的配體從而增強(qiáng)銅鹽的反應(yīng)活性帶來(lái)很大的困難。正是這些原因，一定程度上阻礙了銅鹽作為一種優(yōu)秀的催化劑被應(yīng)用到其它反應(yīng)中，也成為目前銅催化反應(yīng)研究的一個(gè)瓶頸。 納米級(jí)銅鹽由于其尺度效應(yīng)，在溶劑分子間無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的作用下，能夠均勻的分散在溶劑體系中，從而排除了配體因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，且納米銅鹽具有極大的表面積，能夠大大增加

23、底物與催化劑的接觸面積，可以極大的提高催化效率。對(duì)于銅催化偶聯(lián)反應(yīng)的機(jī)理研究和未來(lái)的應(yīng)用前景，有著極為重要的意義。正因?yàn)榧{米銅鹽的上述優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外的研究者都對(duì)其在催化偶聯(lián)反應(yīng)上的應(yīng)用表現(xiàn)出了極大的興趣并展開了一系列的研究，本次實(shí)驗(yàn)在綜合前人的基礎(chǔ)上利用納米級(jí)的CuI作為催化劑直接從鹵代芳烴轉(zhuǎn)化為酚類化合物。2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱型號(hào)廠家氣相色譜儀SP-6890山東魯南瑞虹化工儀器有限公司旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52AA上海亞榮生化儀器廠真空干燥箱DZF-6021上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱101-1上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠迷你離心機(jī)WTL長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公

24、司電子天平FA2004N上海精密儀器科學(xué)有限公司循環(huán)水式真空泵SHB-鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)易有限公司旋片式真空泵2XZ-2臨海市譚氏真空設(shè)備有限公司2XZ-1三用紫外儀2F-2上海市安亭電子儀器廠磁力加熱攪拌器78-1江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司恒溫磁力攪拌器90-1上海滬西分析儀器廠冰箱BCD-195榮事達(dá)尖底離心管1.5 mL愛思進(jìn)醫(yī)用塑料（臺(tái)州）有限公司真空管線上海有機(jī)所微量進(jìn)樣器100L上海光正醫(yī)療儀器有限公司50L10L此外，還有一些常用的儀器未記入表中，錐形瓶、燒杯、Schlenk瓶、吸管、層析柱、硅膠板、核磁管、攪拌子、試管夾、鐵架臺(tái)、鑷子、鑰匙、溫度計(jì)、玻璃棒、稱量紙、密封紙等。

25、2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑試劑純度來(lái)源使用乙腈分析純江蘇強(qiáng)盛化工有限公司直接使用無(wú)水乙醇分析純中國(guó)醫(yī)藥上海化學(xué)試劑公司直接使用DMF分析純國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司分子篩干燥氯苯分析純上?；瘜W(xué)試劑有限公司直接使用PVP分析純上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司直接使用硫代硫酸鈉分析純國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司直接使用Cu（NO3）2·3H2O分析純上?；瘜W(xué)試劑有限公司直接使用間苯二甲醚分析純Alfa Aesar直接使用碘苯化學(xué)純上?；瘜W(xué)試劑有限公司直接使用1，10-菲羅琳分析純天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心直接使用碳酸鉀化學(xué)純中國(guó)醫(yī)藥上海化學(xué)試劑公司直接使用DMSO分析純江蘇強(qiáng)盛化工有限公司分子篩干燥氫氧化

26、鉀82%上海化學(xué)試劑有限公司 碾成粉末使用Al2O3/KF超強(qiáng)堿90%自制直接使用溴苯分析純上海飛祥化工廠直接使用碳酸銫化學(xué)純中國(guó)醫(yī)藥上?；瘜W(xué)試劑公司直接使用油酸化學(xué)純國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司直接使用對(duì)溴碘苯分析純阿拉丁試劑公司直接使用對(duì)碘苯甲醚分析純Alfa直接使用對(duì)氟碘苯分析純百靈威試劑公司直接使用對(duì)碘苯甲酸分析純阿拉丁試劑公司直接使用對(duì)碘硝基苯分析純Alfa直接使用鄰碘苯甲酸分析純百靈威試劑公司直接使用3,4-二甲基碘苯分析純阿拉丁試劑公司直接使用鄰碘苯甲醚分析純Alfa直接使用鄰甲基碘苯分析純Alfa直接使用對(duì)溴硝基苯分析純百靈威試劑公司直接使用鄰溴苯甲酸分析純Alfa直接使用鄰溴苯甲

27、醚分析純阿拉丁試劑公司直接使用對(duì)溴甲苯分析純百靈威試劑公司直接使用鄰溴甲苯分析純Alfa直接使用對(duì)氯溴苯分析純Alfa直接使用2.2 反應(yīng)結(jié)果呈現(xiàn)2.2.1 最優(yōu)反應(yīng)條件探索Table 1: 鹵代芳烴羥化反應(yīng)的優(yōu)化aEntryCat. (mmol %)BaseSolventT/ Yield %b1CuI(10)KOHH2O60n.r.2CuI(10)CsOHH2O6073CuI(10)nBu4NOH 40% aq.60464CuI(np(5)nBu4NOH 40% aq.60985CuI(np(5)CsOHH2O60715CuI(np(5)Me4NOH 14% aq60796CuI(np(5)

28、Et4NOH 22% aq60877CuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.60978CuI(np(1)nBu4NOH 40% aq.60759CuI(np(1)nBu4NOH 40% aq.808310CuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.505711cCuI(np(2)nBu4NOH 40% aq.607412dCuI(10)nBu4NOH 40% aq.604213CuI(np(10)nBu4NOH 40% aq.60n.r.14CuI(np(10)nBu4NOH 40% aq.801115CuI(np(50)nBu4NOH 40% aq.804216eCuI(np(5

29、0)nBu4NOH 40% aq.804517CuI(np(50)nBu4NOH 40% aq.902718CuI(np(110)nBu4NOH 40% aq.8078a1-12用納米碘化亞銅催化碘苯反應(yīng)24h，13-17納米碘化亞銅催化溴苯48h，根據(jù)記錄，反應(yīng)加入碘苯1.00mmol，溴苯1.00mmol，堿3倍底物當(dāng)量，14%四甲基氫氧化銨堿水溶液（2ml/3.0eq.），22%四乙基氫氧化銨（2ml/3.0eq），40%的四丁基氫氧化銨水溶液（2ml/3.0eq.）反應(yīng)24小時(shí)。b利用GC檢測(cè)，并得出產(chǎn)率。c反應(yīng)在15h內(nèi)完成。0.2mol的乙酰胺加入到體系中。d40%的四丁基氫氧化銨

30、水溶液（3.2ml/5.0eq）。n.r.=不反應(yīng)，np=納米。反應(yīng)結(jié)果顯示，對(duì)于碘苯：在10mmol%CuI作為催化劑、KOH作為堿在水溶液在60條件下反應(yīng)24h不發(fā)生反應(yīng)；而同樣的在CsOH作為堿的條件下反應(yīng)基本不發(fā)生；當(dāng)nBu4NOH 40% aq作為堿的時(shí)候產(chǎn)率提高到46%。在5mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在60反應(yīng)條件下反應(yīng)24h產(chǎn)率達(dá)到98%；在CsOH、Me4NOH 14% aq、Et4NOH 22% aq作為堿時(shí)產(chǎn)率分別為71%、79%、87%；在2mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在60反應(yīng)條件下反

31、應(yīng)24h產(chǎn)率達(dá)到97%；在1mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在60和80反應(yīng)條件下反應(yīng)24h產(chǎn)率分別為75%和83%。在2mmol% nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在50反應(yīng)條件下反應(yīng)24h產(chǎn)率是57%。在2mmol% nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在60反應(yīng)條件下反應(yīng)15h產(chǎn)率為74%。在10mmol%CuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿加入20mol%的二乙酰基在60條件下反應(yīng)24h產(chǎn)率為42%。對(duì)于溴苯：在10mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作

32、為堿在60和80反應(yīng)條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率分別為0、11%；在50mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在80反應(yīng)條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率為42%；在50mmol% nanoCuI作為催化劑、5倍當(dāng)量的nBu4NOH 40% aq作為堿在80反應(yīng)條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率為45%；在50mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在90反應(yīng)條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率為27%；在110mmol%nanoCuI作為催化劑、nBu4NOH 40% aq作為堿在80反應(yīng)條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率為78%。最優(yōu)條件：對(duì)于碘苯，在催化量的nanoCuI作為催化劑、nBu4

33、NOH 40% aq （2mL/3.0 eq.）在60條件下反應(yīng)24h產(chǎn)率基本可以達(dá)到97%。對(duì)于溴苯，在nanoCuI(1.0eq.)作為催化劑、nBu4NOH 40% aq （2mL/3.0 eq.）在80條件下反應(yīng)48h產(chǎn)率基本可以達(dá)到78%。2.2.2 反應(yīng)底物拓展Table 2: 納米碘化亞銅催化下的碘代芳烴轉(zhuǎn)化為酚的合成aa 此反應(yīng)在納米碘化亞銅（2mol%）催化下，40%四丁基氫氧化銨水溶液（2ml/3.0eq.）中加熱到60下反應(yīng)24小時(shí)。產(chǎn)率是分離出的產(chǎn)物的。反應(yīng)結(jié)果顯示：對(duì)于碘苯的衍生物，當(dāng)取代基為吸電子基團(tuán)是產(chǎn)率變高，而是供電子基團(tuán)是產(chǎn)率變小，同時(shí)空間位阻對(duì)產(chǎn)率也用影響一

34、般都是使產(chǎn)率變小。但總體來(lái)說(shuō)以上列出的幾種碘苯的衍生物在最優(yōu)條件下的產(chǎn)率都比較高，其中4-碘苯甲酸、2-碘苯甲酸的反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到99%Table 3: 納米碘化亞銅催化下的溴代芳烴轉(zhuǎn)化為酚的合成aa 此反應(yīng)在納米碘化亞銅（110mol%）催化下，40%四丁基氫氧化銨水溶液（2ml/3.0eq.）中加熱到80下反應(yīng)48小時(shí)。產(chǎn)率是分離出的產(chǎn)物的。b10mol%的納米碘化亞銅。反應(yīng)結(jié)果顯示：對(duì)于溴苯衍生物，當(dāng)取代基是吸電子基團(tuán)并且在對(duì)位時(shí)產(chǎn)率提高達(dá)到90%以上，但取代基是供電子基團(tuán)是產(chǎn)率變低，而且空間位阻對(duì)產(chǎn)率也有影響會(huì)是產(chǎn)率變小。2.3實(shí)驗(yàn)步驟2.3.1 納米碘化亞銅的制備 沉淀法制

35、納米碘化亞銅:將所有儀器洗凈，并用蒸餾水清洗。裝有回流冷凝器的三口燒瓶中加入適量的乙腈，向乙腈中通入氮?dú)?。?zhǔn)稱超聲分散下的200mg（約1.0mmol）的CuI，先溶解在30ml的乙腈中，然后向淺黃色的乙腈溶液中加20ml的DMF溶劑，得到混合溶液，常溫下旋轉(zhuǎn)脫溶除去乙腈溶劑，得到亮綠色的溶液。然后在劇烈的攪拌下逐滴的加入二次蒸餾水。澄清的溶液會(huì)慢慢變混濁，表明形成非常細(xì)小的顆粒，高速離心分離小顆粒，用無(wú)水乙醇多次洗滌分離得到CuI的納米顆粒。用此方法制得的碘化亞銅由于在操作過(guò)程中的反應(yīng)條件很難控制，如滴加二次蒸餾水的速度、機(jī)械攪拌的速度、反應(yīng)過(guò)程中的溶氧問(wèn)題等等。故制出的催化劑粒徑很難達(dá)到要

36、求，做催化劑的催化效果不理想。所以在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的失敗和總結(jié)后舍棄。 溶劑熱法制備碘化亞銅:0°C的冰水浴的條件下，將8mmoL（0.928g）的丁二酮肟（dmgH）溶解于100mL的無(wú)水乙醇中得到無(wú)色透明的溶液，加4mmoL的Cu（AC）2·H2O（0.8g），機(jī)械攪拌，2h后加入2g的KI攪勻，轉(zhuǎn)移至60ml的高壓反應(yīng)釜中，加無(wú)水乙醇至容積的90%處，置于160的的烘箱中反應(yīng)4h，冷卻離心，洗滌在60°C下干燥。 此方法容易控制，反應(yīng)的影響因素比較少，制得的納米碘化亞銅顆粒比較細(xì)小，粒徑符合要求，故選用此種方法制得的碘化亞銅進(jìn)行催化鹵代芳烴與含氮

37、雜環(huán)類化合物的偶聯(lián)反應(yīng)的研究21。2.3.2文中所列圖表的實(shí)驗(yàn)步驟Table1中所列例子的主要實(shí)驗(yàn)步驟主要步驟：CuI/nanoCuI(10mol%、5mol%、1mol%、2mol%、50mol%、110mol%),碘苯/溴苯( 112l, 1.0mmol), 堿 (1.0 mmol) ,加入到充滿氬氣的反應(yīng)管中。反應(yīng)管反復(fù) 抽取、填充氬氣（此過(guò)程需重復(fù)三次）。在反方向的氬氣流下，用注射器將配體堿 (1.0 mmol)加到反應(yīng)管中。將反應(yīng)管密封，于60/80/90±3下攪拌反應(yīng)24/48h。反應(yīng)完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀釋，苯酚( 47.0mg, 0.5 mmol)作內(nèi)標(biāo)，GC

38、測(cè)其產(chǎn)率22。Table2中所列例子的主要實(shí)驗(yàn)步驟主要步驟：nanoCuI (20.0mg, 0.05 mmol, 2mol %), nBu4NOH 40% aq. (2.0 mL/3.0 eq.)，碘代芳烴（若為固體）加入到充滿氬氣的反應(yīng)管中。反應(yīng)管反復(fù)抽取、填充氬氣（此過(guò)程需重復(fù)三次）。在反方向的氬氣流下，用注射器將碘代芳烴（若為液體）、TBAB(2.0 mL)加到反應(yīng)管中。將反應(yīng)管密封，于60±3下攪拌反應(yīng)24h。反應(yīng)完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀釋，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑。所得殘留物過(guò)柱分離提純，得到的產(chǎn)物在真空干燥0.5h。Table3中所列例子的主要實(shí)驗(yàn)步驟主要步驟：nan

39、oCuI (1.1g, 2.75mmol, 110mol %), nBu4NOH 40% aq. (2.0 mL/3.0 eq.)，溴代芳烴（若為固體）加入到充滿氬氣的反應(yīng)管中。反應(yīng)管反復(fù)抽取、填充氬氣（此過(guò)程需重復(fù)三次）。在反方向的氬氣流下，用注射器將溴代芳烴（若為液體）、TBAB(2.0 mL)加到反應(yīng)管中。將反應(yīng)管密封，于80±3下攪拌反應(yīng)48h23。反應(yīng)完成后，所得混合物用乙酸乙酯稀釋，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑。所得殘留物過(guò)柱分離提純，得到的產(chǎn)物在真空干燥0.5h。2.4預(yù)測(cè)的反應(yīng)機(jī)理2.4.1 碘代芳烴可能的反應(yīng)機(jī)理納米碘化亞銅與碘代芳烴發(fā)生氧化加成得到一個(gè)中間體，然后體系中的

40、氫氧根離子與一個(gè)碘原子進(jìn)行交換得到下一個(gè)中間體然后進(jìn)行還原消除，碘化亞銅脫落下來(lái)繼續(xù)參與反應(yīng)，而由于是個(gè)強(qiáng)堿性的反應(yīng)體系得到的是一個(gè)氧負(fù)離子的產(chǎn)物，最后加入一些酸得到酚類物質(zhì)。從理論上講，氧負(fù)離子可與原料進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，但我們最終用GC沒(méi)有檢測(cè)到這一物質(zhì)的存在，最后我們可以推斷出這個(gè)簡(jiǎn)單的體系選擇性非常高。2.4.2 溴代芳烴可能的反應(yīng)機(jī)理納米碘化亞銅與溴代芳烴發(fā)生氧化加成得到一個(gè)中間體，然后體系中的氫氧根離子與一個(gè)碘原子進(jìn)行交換得到下一個(gè)中間體然后進(jìn)行還原消除，這時(shí)脫落下來(lái)的是溴化亞酮繼續(xù)參與反應(yīng)，但是由于繼續(xù)反應(yīng)的時(shí)候溴離子不能與體系中的氫氧根離子交換而反應(yīng)停止。因此可以看出反應(yīng)的產(chǎn)率跟催化

41、劑的量有關(guān)。而由于是個(gè)強(qiáng)堿性的反應(yīng)體系得到的是一個(gè)氧負(fù)離子的產(chǎn)物，最后加入一些酸得到酚類物質(zhì)。從理論上講，氧負(fù)離子可與原料進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，但我們最終用GC沒(méi)有檢測(cè)到這一物質(zhì)的存在，最后我們可以推斷出這個(gè)簡(jiǎn)單的體系選擇性非常高。3 結(jié)論與展望3.1 結(jié)論金屬催化的有機(jī)合成反應(yīng)是近年來(lái)有機(jī)化學(xué)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)，而銅催化偶聯(lián)反應(yīng)的研究開發(fā)更是熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。在這樣的形勢(shì)下，在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們仔細(xì)地分析了銅催化C-O偶聯(lián)反應(yīng)的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，確定了本論文的研究目標(biāo)、內(nèi)容和方法24。研究目標(biāo)主要是拓寬銅試劑在催化C-O偶聯(lián)反應(yīng)的應(yīng)用，解決實(shí)際問(wèn)題。銅相對(duì)于鈀、鎳來(lái)說(shuō)，它的催化活性并不是最強(qiáng)的，之

42、所以銅催化要比鈀、鎳金屬研究的更多，很大程度上是因?yàn)殂~催化的價(jià)廉和無(wú)毒性。有機(jī)合成的最終目的是為了生產(chǎn)有用的化合物。將有機(jī)合成在越簡(jiǎn)單，越低成本，越綠色的基礎(chǔ)上做到越高效，應(yīng)該是有機(jī)化學(xué)家們追求的最終目標(biāo)。研究?jī)?nèi)容：開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的化合物作為配體或者不使用配體，促進(jìn)Pd催化的有機(jī)反應(yīng)，使得反應(yīng)擁有高速率、高收率的鈀催化反應(yīng)體系。所以，我們所做的研究就是圍繞著開發(fā)銅催化的活性，能夠?qū)崿F(xiàn)鹵代芳烴直接轉(zhuǎn)化為酚。同時(shí)得到它們間的定性和定量的關(guān)系，揭示其催化效應(yīng)，并研究其機(jī)理25。研究方法方面，把實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，深入理解銅催化的反應(yīng)活性。通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，有目的的尋找比較高效的銅催化偶聯(lián)反應(yīng)體系

43、。相對(duì)于以前的報(bào)道,我們提供了一個(gè)更加有效的合成C-O鍵的方法：a、納米碘化亞銅比其他銅鹽更具有催化性能；b、有機(jī)溶劑的用量減少，使得反應(yīng)體系更加環(huán)保、更加安全，也使得反應(yīng)的產(chǎn)物更加容易分離；c、考慮到配體本身價(jià)格的昂貴、有毒性，我們也研究了無(wú)配體促進(jìn)下的反應(yīng)，有效的降低了成本、減少有毒有害物質(zhì)的排放，使用比較簡(jiǎn)捷，使反應(yīng)具備了一定的工業(yè)化應(yīng)用的前景?？傊?，納米碘化亞銅可以有效的催化鹵代芳烴直接轉(zhuǎn)化為酚的合成，這樣的催化體系具有操作簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保的好處，我們相信這樣的反應(yīng)體系可以在工業(yè)化大生產(chǎn)得到更廣泛的應(yīng)用26。3.2 展望當(dāng)前，有機(jī)合成方法學(xué)的研究愈演愈熱，而銅催化的反應(yīng)作為有機(jī)合成的重要

44、方面的研究之一，也受到越來(lái)越多有機(jī)甚至無(wú)機(jī)化學(xué)家們的關(guān)注，他們使用各種各樣的辦法來(lái)促進(jìn)催化、提高反應(yīng)產(chǎn)率、簡(jiǎn)化反應(yīng)的步驟等等。本論文研究的納米碘化亞銅的催化性能，是對(duì)銅催化反應(yīng)一個(gè)很好的改進(jìn)，同時(shí)為銅催化的反應(yīng)開發(fā)其他配體提供了參考。銅催化的反應(yīng)的研究工作畢竟只是有機(jī)化學(xué)、綠色化學(xué)中的一小部分，并且我們對(duì)其反應(yīng)機(jī)理的研究還不是很成熟，我們面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇是并存的，希望本文中列舉的一些結(jié)果和分析能夠起到秉承傳接的作用，使納米銅催化反應(yīng)方面的研究能夠更加繁榮。致 謝本論文是在XXX博士和XXX教授的悉心指導(dǎo)下完成的。許老師和馮老師對(duì)待工作勤奮敬業(yè)、待人處事寬容謙和、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)禁不茍的精神給我留下了

45、深刻印象，并潛移默化地影響著我的一生。他在科研上的創(chuàng)新意識(shí)和開放思維，使我在本課題的研究工作受益匪淺。在此，謹(jǐn)向他表示崇高的敬意和衷心的感謝！其次要感謝XXX學(xué)長(zhǎng)、XXX學(xué)長(zhǎng)、XX學(xué)姐、XX學(xué)長(zhǎng)、XX學(xué)長(zhǎng)、XX學(xué)長(zhǎng)以及707的其他各位師兄師姐，他們?cè)谡n題的研究中給予了我許多的意見和幫助，提出了許多開創(chuàng)性的想法，同時(shí)還傳授了我許多實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和操作方法，使我對(duì)縱向課題的研究有了較為深入的了解。同時(shí)還要感謝XXX、XX、XX等同學(xué)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中也給予了我很多的幫助。最后，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給我的父母，他們是我多年求學(xué)的動(dòng)力，給予了我最無(wú)私的支持、理解和鼓勵(lì)。參考文獻(xiàn)1(a)Prim,D;Campagne

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