IDA審審NaN3體系與PhIC12審審NaN3體系在醇氧化以及取代脲類衍生物合成中的應(yīng)用

1、.南開大學(xué)碩士學(xué)位論文PIDA-NaN3體系與PhIC12-NaN3體系在醇氧化以及取代脲類衍生 物合成中的應(yīng)用姓名：汪衛(wèi)坤申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：化學(xué)；有機(jī)化學(xué)指導(dǎo)教師：張弛201105.;摘要摘要開發(fā)的PIDA-NaN3體系可以將芐位伯醇“一鍋法轉(zhuǎn)化到對稱的N,N-芳 基取代的脲類衍生物和苯甲酰胺類衍生物。另外，PIDANaN3體系也可以高效 地將各種仲醇氧化至酮類化合物。 在對先前的PhlCl2-NaN3體系進(jìn)行條件優(yōu)化時發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶劑由乙腈換為乙酸乙 酯時，PhlCl2-NaN3體系氧化伯醇的效率大大提高。各類芐位伯醇和脂肪伯醇都 可以被該體系高效的轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的疊氮氨基甲酰胺。在此基礎(chǔ)之上

2、，我們開發(fā) 了以疊氮氨基甲酰胺為中間體，以伯醇與胺為原料“一鍋法合成不對稱取代 脲類衍生物的新方法。關(guān)鍵詞：有機(jī)高價碘試劑，二乙酸碘苯，二氯碘苯，醇氧化，取代脲類合成， 疊氮氨基甲酰胺AbstractAbstractWe have disclosed that primary benzylic alcohols eaR be directly converted into symmetrical N,N-diarylureas or substituted benzamides via an one-pot oxidative reaction using the combined reage

3、nt of phenyliodine diacetate and sodium azideIn additionit is also found廿lat various secondary alcohols can be readily oxidized to tlleir corresponding ketones in excellent yields using the same combind reagentIt was found that the oxidative efficiency of the previous PhlCl2-NaN3 system Was improved

4、 greatly when employing ethyl acetate as the solvent instead of actonitrileA variety of benzylic and aliphatic primary alcohols could be transformed to the corresponding carbamoyl azides in hi曲yields under the optimal PhICl2NaN3 systemThereafter,an efficient method for the one-pot synthesis of unsym

5、metrical substituted ureas directly from primary alcohols and缸nines va carbamoyl azides intermediates using PhICl2-NaN3 system in EtOAc has been developedKey Words：hypervalent iodine，PIDA，PhICl2，oxidation of alcohol，substituted urea,carbamoyl azide第一章前言第一章前言第一節(jié)有機(jī)高價碘化學(xué)簡介111高價碘試劑的起源與發(fā)展 碘為53號元素，位于元素周期表

6、的右下方。由于具有原子半徑大、電負(fù)性小和可極化程度高等特點，碘原子可作為高價化合物的中心原子而形成高價態(tài)、多配位的高價碘試劑。1886年，首個高價碘試劑一二氯碘苯(PhICl2)【11，由德國 化學(xué)家Willgerodt合成得到。在隨后的幾十年中，其他高價碘試劑，如二醋酸碘 苯(PIDA)t21，Ar2I+HS04?！?】等也被化學(xué)家合成出來。Willgerodt在1914年發(fā)表了 第一篇關(guān)于高價碘試劑的綜述【41，總結(jié)了近500個高價碘化合物。但是此后化學(xué) 家對于高價碘試劑的研究進(jìn)入了一個近百年的低谷期，化學(xué)工作者對于高價碘 試劑的關(guān)注較少。從上個世紀(jì)90年代開始，有機(jī)高價碘化學(xué)又開始了迅速

7、的發(fā) 展，很快成為化學(xué)家們研究的熱點領(lǐng)域之一。這種復(fù)蘇主要是由于高價碘試劑 具有優(yōu)異氧化性能同時，兼有環(huán)境友好的特點。例如，高價碘試劑與二價汞H甙II)、三價鉈TI(III)、四價鉛Pb(DO等金屬氧化劑的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)性類似， 卻沒有使用金屬試劑所伴的隨毒性以及危險性。再如，高價碘試劑很容易設(shè)計 成可回收型氧化劑，符合當(dāng)今綠色化學(xué)的要求。目前，由于在復(fù)雜分子合成中的優(yōu)異表現(xiàn)，二醋酸碘苯(PIDA)和DessMartin試劑(DMP)已經(jīng)實現(xiàn)了商品化， 這也進(jìn)一步加快了化學(xué)家對于高價碘試劑探索的步伐?？傊?，近年來，高價碘 化學(xué)已經(jīng)成為有機(jī)化學(xué)研究的熱點方向之一，有關(guān)的綜述文章和專著也已相繼 大

8、量發(fā)裂51。截至目前，有機(jī)高價碘試劑的數(shù)量已達(dá)近3400個。112高價碘試劑分類與結(jié)構(gòu)特征常見的有機(jī)高價碘試劑主要有兩種類型【50】：(1)化合物1，可將其命名為 iodinc(III)化合物，中文可譯為三價碘試劑，也可按國際純粹化學(xué)會IUPAC推薦 的妒iodine來命名；(2)化合物3，可將其命名為iodine(V)化合物，中文可譯為 五價碘試劑，也可按IUPAC推薦的礦iodine來命名；(3)連有兩個碳原子配體 碘鹽化合物2，可命名為iodonium salts，屬于三價碘試劑范疇。第一章前言XR一：XR一：=：，R避：一。：。，IXXX 612Rd叩3R=carbon ligand；

9、X=halogen，0，or Nligand Scheme 1-1常見三價碘和五價碘試劑的結(jié)構(gòu)下面以含有一個碳原子配體和兩個雜原子配體的三價碘試劑ArIX2(1，Scheme 11)為例，概述一下常見三價碘試劑的成鍵情況(Scheme 12)。ArIX2的 分子結(jié)構(gòu)呈準(zhǔn)三角雙錐構(gòu)型：芳基碳原子配體Ar與兩對未成鍵孤對電子處于水 平位置，兩個雜原子配體X位于頂點。其中，線性xIX鍵是通過中心碘原子 中占據(jù)5p軌道的一對電子分別與兩個配體X中的單電子成鍵所形成的“三中心 四電子(3c4e)”的高價鍵。芳基配體心與中心碘原子通過5sp2雜化軌道所成 的C艫I o鍵為普通的兩電子共價鍵。“3c-4e高

10、價鍵中的四個電子填充到所形 成的三個分子軌道中的能級較低的成鍵軌道(bonding orbital)和非鍵軌道(nonbonding orbital)中。由于非鍵軌道在中心碘原子處存在節(jié)點，所以碘中心原 子帶有部分正電荷，兩個配體帶有部分負(fù)電荷【5k】。Ar集 CX3CX3XCXoo3CXo*廿 bonding orbital6一Scheme 1-2三價碘試劑ArIX2的準(zhǔn)三角雙錐結(jié)構(gòu)與3c4e高價鍵113常用高價碘試劑 高價碘試劑的種類眾多，反應(yīng)性豐富，不僅在醇氧化反應(yīng)中扮演著重要的角色，還被廣泛的應(yīng)用于碳碳，碳雜原子成鍵，重排以及斷裂等反應(yīng)中。下面為較為常用的五價碘和三價碘試劑(Schem

11、e l-3)。2第一章前言贊”。F 一筘j巳aYo礦o酈臼印由話由 印白一l r3|o=-由贏3丫太蟛No=。I弋IBXDMP；j PhIOPIDAPIFAglibPhlCl2-iodine、，)；kxlineI)；J I一一一-一一一一-一一-一-Scheme 1-3常用高價碘試劑及其結(jié)構(gòu)第二節(jié)部分有機(jī)五價碘試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用121五價碘試劑簡介 五價碘試劑在高價碘化學(xué)中占重要地位。1893年，2碘?；郊姿?簡稱IaX)-首次見于文獻(xiàn)報道【6】，但是由于它在大多數(shù)有機(jī)溶劑中的溶解度不好，從而限制了它在合成上的應(yīng)用。1983年Dess和Martin將2碘?；郊姿?IBX)轉(zhuǎn)化 為溶解性

12、能較好的DessMartin試劑，即DMP，并且首次將DMP試劑用于醇類 的氧化中f7】。由于DMP具有很高的化學(xué)選擇性，反應(yīng)條件溫和，在以后的幾十 年中得到了廣泛應(yīng)用。1994年，F(xiàn)rigerio等發(fā)現(xiàn)IBX在DMSO中有很好的溶解性，而且在DMSO中，IBX能高選擇性地將一級或二級醇氧化為相應(yīng)的醛類或酮類化合物【81。隨后，大量圍繞IBX及其衍生物的研究工作開始展開。如今，IBX 和DMP兩種五價碘試劑以其溫和的氧化條件、高選擇性等優(yōu)點，越來越多地被 應(yīng)用到有機(jī)合成中，這也促使更多的化學(xué)家開展對于五價碘試劑的研究。近年 來，關(guān)于五價碘試劑的應(yīng)用已有專門的綜述發(fā)表【5n，5引，下面，簡單的介

13、紹一下IBX 和DMP在有機(jī)合成中的應(yīng)用情況。122 IBX在有機(jī)合成中的應(yīng)用 IBX的合成方法主要有兩種：第一種方法用KBr03做為氧化劑，第二種方法以O(shè)xone2KHSOs-KHS04K2S04作為氧化劑。KBr03是一種可以致癌的氧化劑，而且氧化殘留的溴酸根使IBX具有易爆性。而Oxone是一種環(huán)境友好的氧化 劑，氧化效率高而且容易保存。所以第一種合成方法已逐漸被第二種方法取代 (Scheme 1-4)。3O HH第一章前言HU，lPBXScheme 14 mX的合成方法近期，IBX在有機(jī)合成中的應(yīng)用已被多位化學(xué)家總結(jié)并寫成綜述【9】。由于反 應(yīng)條件非常溫和，IBX在醇的選擇性氧化中有著

14、非常重要的應(yīng)用。例如，在室溫 條件下，IBX可以將伯醇高效氧化到醛，而不會有過度氧化的酸生成。IBX的官 能團(tuán)容忍度也很好，像硫醚、胺、羧酸、酰胺、孤立或共軛雙鍵等都能穩(wěn)定的 存在而不被氧化。正是由于IBX這些優(yōu)點，其在全合成中應(yīng)用的例子非常多，例如(+)Wailupemycin B的全合成【103】、()Decarbamoyloxysaxitoxin的全合成【10b1、 Abyssomicin C和AtropAbyssomicin C的全合成【m】等等。IBX在氧化鄰二醇的同 時不會發(fā)生碳碳鍵的斷裂反應(yīng)，因此用IBX氧化鄰二醇合成a二酮化合物是較為 通用的方法。例如，鏈霉菌Maritimus

15、的代謝物Wailupemycin B的全合成中的一個 關(guān)鍵轉(zhuǎn)化就是通過IBX氧化實現(xiàn)的【loa，分子中的鄰二醇被成功的轉(zhuǎn)化為a羥基酮 而沒有發(fā)生碳碳鍵的斷裂(Scheme 15)。IBXEtOAc，77 oC 70Scheme 1-5 IBX在Wailupemycin B的全合成中的應(yīng)用Nicolaou小組發(fā)現(xiàn)過量的IBX可以在加熱條件下將醇氧化到不飽和羰基化厶物(Scheme 16)，并且該方法可用于復(fù)雜分子的全合成中【ll】。IBX。fluorobenzeneDMSO，60-65 oC，224 h83-88。洲愈一Scheme 1-6 IBX將醇氧化為不飽和酮4第一章前言另外，IBX還可以

16、完成芐位的CH鍵的活化，直接將芐位cH鍵氧化為C=O雙鍵(Scheme 1-7)【121。OI BX。fluorobenzeneDMSO8090 oc，5-：36 hArRAr八R5295Ar=Ph，4-ButC6H4，2-MeC6H4，3-lCsH,，4-BrCsH4。3A-(MeO)2CsH3,2-PhC6H44-(4一pyridyl)C6H4，etcR=HPr，etcScheme 1-7 IBX對芐位進(jìn)行氧化由于IBX難溶于常用有機(jī)溶劑，且反應(yīng)活性相對較弱，這使得其在有機(jī)合 成中的應(yīng)用受到很大的限制。為此，化學(xué)家們對IBX進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)展了 很多改進(jìn)型的IBX類似物，以期增加IBX的

17、穩(wěn)定性、溶解性，和反應(yīng)活性(Scheme 19)【5s，9】。HNRlBX este噶IBX amidesFFMeOoFIBXMe-lBXmIBXScheme 1-8 IBX衍生物(20022010年)123 DMP在有機(jī)合成中的應(yīng)用 DMP是1983年由Dcss和Martin首次合成的，他們當(dāng)時所選用的氧化劑為KBr03，后來被更為綠色的氧化劑Oxone代替，DMP的合成方法血IScheme 110所示。由于具有氧化條件溫和、選擇性高的特性，DMP對許多敏感官能團(tuán)如雙 鍵、硅醚、氨基、糖基等的容忍度很好，在復(fù)雜分子的全合成中應(yīng)用例子非常 多。也正是由于DMP在合成中的廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)成為耳

18、熟能詳?shù)娜嗣噭?當(dāng)年Dess和Manin發(fā)表該工作的通訊文章【71已經(jīng)被引用了將近2000次!S第一章前言Ac2005雙洲OxoneH20，70 oC，3 hTsOH，80 oC。2 h81912-iodobenzoic acidlBXDMPScheme 1-9 DMP的合成路線氧化性是DMP最基本的性質(zhì)，化學(xué)家對其氧化性的研究也最多。與其他無 機(jī)類氧化劑如二價汞H甙II)、三價鉈Tl(III)、四價鉛Pb(IV)、六價鉻cr(vI)等相比，氧化條件溫和，化學(xué)選擇性高且對環(huán)境無污染。與其IBX相比，DMP在有機(jī)溶劑中的溶解性較好，例如DMP可以在二氯甲烷溶劑中將一級醇或二級醇選 擇性的氧化

19、至醛或酮類化合物，分子中的雙鍵不受影響(Scheme l-n)t”】。OH OOOA，人poR竺CH2CI一2V。R-+Ar7Yn751一84Scheme 110 DMP對不飽和醇的選擇性氧化DMP氧化的另一個重要的特點是可以使一些易于差向易構(gòu)化的光學(xué)活性底 物反應(yīng)后保持原有構(gòu)型，而不發(fā)生消旋化。例如，DMP在氧化N端保護(hù)的光學(xué) 醇時沒有帶來值降f氐(Scheme 112)，但是采用其他氧化方法，如Swem氧化 時所得醛的ee值會降至50【141。95吖洲mH。1洲mDMP，CH2C12-H20，rL99ee99eeScheme 111 DMP對氧化易消旋的光學(xué)純的醇的氧化另外，Nicolao

20、u小組還報道了DMP可以將酰胺氧化成二酰亞胺，將芐胺氧化到腈類化合物(Sche呲1-12)t151。OOORr錨八R2竺 R少N兒R2。HDMPArNH2Ar-CNScheme 112 DMP氧化胺類化合物6第一章前言(、。三窯。K：。)n多聚的結(jié)構(gòu)使得PhlO的溶解度很差，從而大大限制了其在有機(jī)合成中的實 際應(yīng)用。幾乎所有已知的PhlO所參加的反應(yīng)都需要羥基類溶劑(如水或醇類) 或者催化劑(如Lewis酸、溴負(fù)離子、碘負(fù)離子或者過渡金屬絡(luò)合物等)的幫助 來促使PhlO多聚體解聚，以形成反應(yīng)活性較高的單體。下面是PhIo在有機(jī)合 成中表現(xiàn)比較好的幾個反應(yīng)。Ochiai小組2004年報道了Phl

21、O可在水中將3羥基哌啶氧化至五元的環(huán)狀 內(nèi)酰胺化合物(Scheme 114)1171。7第一章前言r叩H型型少NHH20，rt，12 hUScheme 114 PhlO氧化3羥基哌啶至五元內(nèi)酰胺復(fù)旦大學(xué)的范仁華教授利用PhlOBu4NI體系實現(xiàn)了丙二酸酯與查爾酮加成 產(chǎn)物的分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，成功地構(gòu)筑一個四元氧雜環(huán)的結(jié)構(gòu)。有趣的是，當(dāng)反 應(yīng)的溶劑由水換為甲醇時，反應(yīng)給出了環(huán)丙烷類的產(chǎn)品(Scheme 1-15)18】的O C優(yōu)傀R 型呈竺型!OOC C000R 型業(yè)型y。c苦RX卟趙 一CH30HArl少r2H20Aq礦Ar2Vo。Scheme 115 PhIoBu4NI體系完成的環(huán)化反應(yīng)200

22、0年Kita等人開發(fā)的PhlOKBr體系，可在水中氧化伯醇至相應(yīng)的羧酸 類化合物，氧化仲醇至相應(yīng)的酮類化合物。體系中催化量的KBr可以催化PhIO 聚合物解聚，解聚后的單體與KBr反應(yīng)生成活性更高的三價碘試劑完成該反應(yīng) rScheme 1-16)191。PhlO(22 equiv)RcH，oH垡塹j壘三二l_皇g塵!壘一RcooHH20rt 2h7692Scheme 116 PhIO-KBr體系在醇氧化中的應(yīng)用132PIDA在有機(jī)合成中的應(yīng)用 二乙酸碘苯，化學(xué)式為PhI(OAc)2，簡寫PIDA，目前已經(jīng)實現(xiàn)商品化。PIDA的反應(yīng)性非常豐富，再加上穩(wěn)定易得的優(yōu)點，使得其在合成中的應(yīng)用非常廣泛。

23、PIDA在有機(jī)合成中的主要應(yīng)用包括：醇氧化【201，酮的a位官能團(tuán)化【211，烯烴的 氧化官能團(tuán)化【22】，氧化重排和碎片化【231，酚類衍生物去芳香化【24】等。下面選取 幾例反應(yīng)做簡單介紹。PIDA并不能直接完成醇類化合物的氧化，但是當(dāng)其與催化量的TEMPO組 合時可以將含有敏感官能團(tuán)的伯醇高效的氧化至相應(yīng)的醛類化合物，且不會產(chǎn)8第一章前言生過度氧化的酸類產(chǎn)品。例如，在乙腈與水的混合溶劑中，PIDA與TEMPO組合可以將橙花醇高效的氧化至相應(yīng)的橙花醛(Sche腓1-17)120b。PIDA(11 equiv)，TEMPO(01 equiv) CH3CN，H20(pH 7)，0 oC，20

24、minOH89Scheme 117 PATEMPO體系對烯丙醇的氧化一些利用PIDA誘導(dǎo)的環(huán)化反應(yīng)也已經(jīng)被報道。例如，PIDA可以將l，3一二 羰基化合物和烯烴“一鍋法轉(zhuǎn)化至2，3二氫呋喃衍生物(Scheme 1-1s)025I。OOUPIDARn+R沁R31艮 CH3CN。0 oC，1-2 h43-7722R1Me，R2=MeR3 and R4 H。alkylPh，CH20Ac，CH2CI，etcR1=MeR2：OEtR1+R2 2-CH2CMe2CH2一Scheme 118 PIDA誘導(dǎo)的環(huán)化反應(yīng)PIDA也可以作為一類非常好的氧化劑促進(jìn)脂肪或芳香酰胺的類Hofmann重 排反應(yīng)。例如，光學(xué)

25、純的a，B二氨基丙酸衍生物就可以通過PIDA誘導(dǎo)的類 Hofmann重排來制備(Scheme 119)，目前該反應(yīng)可以放大到幾百公斤的規(guī)?！?6】。0。_NHC02BuPIDA，PrOH，H20N_HC02BuH，N八、一人cooH百百石iH2NcooH75Scheme 119 PIDA誘導(dǎo)的類Hofmann重排反應(yīng)關(guān)于PIDA促進(jìn)的酚類去芳香化反應(yīng)也有相關(guān)報道，但是較-(-氟乙酸) 碘苯即PIFA在此類反應(yīng)上的應(yīng)用相對較少。本文會對此類反應(yīng)在下一節(jié)做詳細(xì) 介紹。9第一章前言 133 PIFA在有機(jī)合成中的應(yīng)用PIFA的全稱為二(三氟乙酸)碘苯，也是已經(jīng)商品化的高價碘試劑之一。PIFA 的化學(xué)

26、性質(zhì)與PIDA類似，但是在某些反應(yīng)上表現(xiàn)的異常優(yōu)秀。比如酚類化合物 的去芳香化反應(yīng)【271，富電子芳烴的偶聯(lián)反應(yīng)【28】等。酚類衍生物的氧化產(chǎn)品多為醌類，而醌類衍生物作為參與生物過程的一類 重要物質(zhì)，表現(xiàn)出了顯著的抗腫瘤、抗菌等活性。PIFA誘導(dǎo)的酚類去芳香化反 應(yīng)是Kita小組在1987年首次報道的【291。此類方法一經(jīng)報道便很快的被應(yīng)用到全 合成中，因此在全合成中經(jīng)常會見到PIFA的身影。例如，在()Codeine分子的全合成中，至關(guān)重要的成環(huán)反應(yīng)就是通過PIFA 氧化酚類衍生物完成的(Scheme 1-20)E30】。憫HO聊啪哩 PIFACH2C1240 oCMeO21Scheme 1

27、-20 PIFA完成的酚類去芳香化反應(yīng)眾所周知，大部分偶聯(lián)反應(yīng)都需金屬試劑的參與，如Pd催化的Suzuki偶聯(lián) 反應(yīng)等。有機(jī)高價碘試劑也可以氧化富電子芳烴發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，其中PIFA的表 現(xiàn)最為突出，為非金屬催化的偶聯(lián)反應(yīng)開創(chuàng)了新的領(lǐng)域。例如Kita教授報道 PIFABF3OEt2體系可以氧化烷基或碘原子取代的富電子芳烴發(fā)生碳碳偶聯(lián)反應(yīng)，生成聯(lián)苯類產(chǎn)品(Sche眥1-21)311。RR RPIFA，BF，OEt22 R二_=_=_ RRCH2C12。-78 oC，3-6 hR7禾90R=MeEt or IScheme 121 PIFA誘導(dǎo)的偶聯(lián)反應(yīng)2008年，Kita小組又發(fā)現(xiàn)10倍當(dāng)量的PIF

28、A在三氟化硼乙醚的活化下可以 促進(jìn)均三甲苯和萘環(huán)的直接交叉碳碳鍵偶聯(lián)反應(yīng)生成聯(lián)苯化合物(Eq 1，Scheme 1-22)t321。在此基礎(chǔ)之上，Shafir小組又發(fā)現(xiàn)當(dāng)PIFA的用量提高到18倍時，主lO第一章前言要產(chǎn)品變成了聯(lián)萘化合物(Eq 2，Scheme 1-22)331。Eq 1厶PIFA(1eq)熹呤叩+厶PIFA(18eq)45Scheme 1-22 PIFA誘導(dǎo)的芳烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)134HTIB在有機(jī)合成中的應(yīng)用HTIB亦稱作Koser試劑，也是已經(jīng)商品化的高價碘氧化劑。HTIB也可以 由PIDA與一水合對甲苯磺酸反應(yīng)制得。雖然關(guān)于HTIB反應(yīng)性的報道比較多， 但是大多數(shù)集中在

29、羰基Q位官能團(tuán)化反應(yīng)【331。例如，HTIB可以將B羰基砜類化 合物在無溶劑條件下轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的Gt位OTs化產(chǎn)品【34d】，如Scheme 123所示：CsHsI(OH)OTs_-_-_-_。一V、一R八0蘆0“0R“neat。rtIScheme 1-23 HTIB完成的羰基a位OTs化反應(yīng)另外HTIB可以誘導(dǎo)烯烴的氧化重排反應(yīng)，在擴(kuò)環(huán)反應(yīng)上經(jīng)常被用到。例如， Koser教授發(fā)現(xiàn)HTIB可以將含有環(huán)外雙鍵的苯并環(huán)烷烴氧化到擴(kuò)環(huán)的酮類產(chǎn)品 (Scheme 1-24)t351。R2HTIBO195MeOH，rt82-99R1R1R2=H or Me；n=1-3Scheme 124 HTIB誘導(dǎo)的擴(kuò)

30、環(huán)反應(yīng)第一章前言第四節(jié)PhlCl2在有機(jī)合成中的應(yīng)用141 P11ICl2的制備方法及結(jié)構(gòu) 二氯碘苯(PhlCl2)是第一個被報道的高價碘試劑，也是非常傳統(tǒng)的三價碘試劑之一。其傳統(tǒng)的制備方法為氯氣氧化法：將氯氣通入冷的碘苯氯仿溶液中， 生成的二氯碘苯以黃色晶體的形式析出。PhICl2分子為T-型結(jié)構(gòu)，其中兩個ICl 鍵鍵長分別為2485(2)A和2513(2)A，C1IC的鍵角分別為88060和89160。PhICl2 分子的成鍵情況如Scheme 125所示。其中CI鍵是一個正常的“兩中心兩電子 的共價鍵，碘原子上處于5p軌道的一對電子與兩個氯原子的單電子形成一個線 性“三中心四電子”的高價

31、鍵，碘原子周圍還有兩對孤對電子未參與成鍵，可見 PhICl2是一個非常典型三價碘試劑。oe a黟aoScheme 125 PhICl2的T-型空間結(jié)構(gòu)及其電子與成鍵情況 142 PhICl2在有機(jī)合成中的應(yīng)用由于PhICl2的制備需要劇毒的氯氣參與，再加上PhICl2穩(wěn)定性較其他高價碘試劑差，這使得PhICl2在實際應(yīng)用中受到了很大限制。早期，PhICl2主要作為氯 化試劑應(yīng)用于有機(jī)合成中，如在CHCl3或cch等非極性溶劑中，在光照或者自由 基引發(fā)下可對烷烴或烯烴進(jìn)行氯化【5J。PhICl2也可以完成對硫原子，磷原子，硒 原子以及一些金屬原子的氯化反應(yīng)(Scheme 1-26)361。RRR

32、R影M恐。Scheme l26 PhICl2對金屬原子的氯化反應(yīng)12第一章前言PhlCl2也可以對富電子苯環(huán)進(jìn)行氯化，例如，Zanka：J、組就利用PhlCl2作為氯 化試劑，在對氨基苯乙酮的氨基的鄰位引入一個氯原子，成功將原料轉(zhuǎn)化為合 成環(huán)氧化酶抑制劑COXII的重要中間體(Scheme 1-27)371，需要指出的是采用其 他氯化試劑如氯氣或NCS貝g無法完成該轉(zhuǎn)化。州必 竺Pyridin齋e,0-3 o CH287Scheme 127 PhICl2在對氨基苯乙酮氨基鄰位高選擇性的引入氯原子Breslow等人將PhICl2與底物連在同一個分子中，通過分子構(gòu)型控制，巧妙地實現(xiàn)了對甾體化合物的

33、遠(yuǎn)程選擇性氯化(Schem 1-28)：61。Scheme 1-28 PhICh對甾體化合物的遠(yuǎn)程模板氯化反應(yīng)另夕bPhICl2還可與其他親核試劑發(fā)生配體交換反應(yīng)，生成活性更高的三價碘 中間體參與反應(yīng)。例如，最近Prak鵲hd,組報道的PhlCl2：KSCN體系，在干燥的二 氯甲烷溶液中，可將硫氰基引入到苯酚或苯胺衍生物的對位(Sche眥1-29)I：81。 反應(yīng)過程可能是經(jīng)過PllI(SaD2這一高活性的三價碘中間體。鬻CH2C蘭12rtm 50 min孛：、2弋夕人口SCN6986X=OH，NH2 R1=H。OH，or COOHR2=H，or OHScheme 1-29 PhICl2-KS

34、CN組合苯酚或苯胺的對位引入SCN官能團(tuán)但是，作為首個高價碘試劑，PhICl2卻很少被用于有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)中。 Wicha等人曾在1973年報道PhICl2,吡啶體系可以以中等收率將二級醇氧化到酮13第一章前言(Scheme 1-30)。但是該體系無法將伯醇氧化到相應(yīng)的醛，而是得到無法鑒定的 極其復(fù)雜的氧化產(chǎn)物【391。R少OHR2PhliCl2-PFyridineR1八R2孓20。c。R1八R少O R2Scheme 1-30 PhICl2Py體系氧化二級醇到酮143 PhICl2新制備方法的開發(fā)與新反應(yīng)性探索 首先，我們課題組為了彌補傳統(tǒng)的氯氣氧化法制備PhlCl2所存在的不足，開發(fā)了兩

35、種相互補充的制備PhICl2的新方法(Scheme 1-31)，避免了劇毒氯氣的使用。C由v由嗍Scheme 1-31制備PhICl2的兩種新方法由于具有成本低、操作簡單等優(yōu)點，我們開發(fā)的新方法得到了廣大化學(xué)家 的認(rèn)可，目前報道該方法的文章【刪已被引用近二十次，并被寫入有機(jī)高價碘化 學(xué)綜述中p0。在開發(fā)了PhICl2新的制備方法之后，我們開始對PhICl2的反應(yīng)性進(jìn)行探索。 在研究的過程中，我們發(fā)現(xiàn)PhICl2與其他試劑組合時展現(xiàn)出了非常豐富的反應(yīng)性 (Scheme 132)：PhlCl2TEMPOPy體系可以實現(xiàn)對醇類化合物的氧化【刪； PhICl2Glycol體系可以將酮類化合物直接轉(zhuǎn)化相

36、應(yīng)的a氯代縮酮【4l】；PhlCl2-NaN3 體系可以將醛類化合物高效的轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的疊氮氨基甲酰胺【42】。14第一章前言懈I Synthesis，2751557&竿點TEMPOrPyridine R凡Osy肭仃f，es，S，29，23撇328啷，皂 少如H引R苴HR。Sy砌咖_7551-5572咖瑚倘57HR，NVN3OSynthesis2008。25892593Scheme 1-32 PhICl2與其他試劑組合時展現(xiàn)的豐富反應(yīng)性為了解決先前PhICl2-TEMPOPy體系在醇氧化反應(yīng)中存在的雙鍵氯化等問 題，我們又設(shè)計合成了PhICl2的環(huán)狀類似物1-chloro1，2-benziodo

37、xole3(1卸one 來替代PhlCl2與TEMPO、吡啶組合成功的解決了雙鍵的氯化問題，同時該體系 對其他雜環(huán)官能團(tuán)的容忍度也非常好(Schemel33)。值得一提的是我們所用的三 價碘試劑1-chloro12-benziodoxole-3(1-)-one是一個可回收的氧化劑，符合當(dāng)今 社會綠色化學(xué)的要求1431。(15剛墊愉TEMPO(8mol)Py(30eq)88pEtOAc(5mL)。rt，15h005h，833 h。984h，929 h，98Scheme 1-33環(huán)碘氯化合物在醇氧化中的應(yīng)用隨著我們對二氯碘苯反應(yīng)性的進(jìn)一步探索，并結(jié)合先前的工作，我們發(fā)現(xiàn)15第一章前言PhICl2-

38、NaN3體系也可以將伯醇一步氧化到疊氮氨基甲酰胺一一類非常重要的有機(jī)中間體，并可以將仲醇快速高效的氧化到相應(yīng)的酮類化合物(Scheme 134)1441。PhlCl2(50 equiv)，R。H景湍最0 oC(24 h)10 examplesthen 80 oC(8 h)RpR2攀 巴西OHl18 examplesketonesyield：69-96 Scheme l-34 PhlCl2-NaN3體系在醇氧化中的應(yīng)用同時我們也推測了伯醇氧化的機(jī)理(Scheme 1-35)，主要分為三個階段：第 一階段，醇至醛類化合物的轉(zhuǎn)變；第二階段，醛至?；B氮類化合物的轉(zhuǎn)變； 第三階段，酰基疊氮進(jìn)行Curt

39、ius重排生成疊氮氨基甲酰胺。16第一章前言Iconversion of primary alcohols to their aldehydes1)PhlCl2+2 NaN3一Phi(N3)2+2 NaCI2一fN33R囂n1一 幾臥I。濟(jì) s3一搭一OhIIIconvemion of aldehydes to the corresponding acyl azides4-2 N35，R，孰+R，量+HN36)R星+剛(N3)：R，鼠。+剛+N；IIIconversion of acyl azides to the corresponding carbamoyl azidesR1CN30怕a跚

40、器en。OHeat民一、JR1、科八N。Scheme 135 PhICl2-NaN3體系完成伯醇至疊氮氨基甲酰胺轉(zhuǎn)化的機(jī)理第五節(jié)立題依據(jù)盡管我們開發(fā)的PhICl2NaN3體系可以將脂肪伯醇以中等收率轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的 疊氮氨基甲酰胺，但是對于芐位伯醇的氧化能力卻很弱，主要產(chǎn)品為對應(yīng)的醛 類化合物(Scheme 1-36)。第一章前言、NH-yNsN。N百VjjVN。 au丫NVOOi o。礦曠“百曠鶴兒297659Scheme 1-36 PhICl2NaN3體系的底物范圍從反應(yīng)機(jī)理來看，我們分析此體系對芐位伯醇氧化效率低的原因主要來源 于上述機(jī)理中第五步中?；杂苫纳伤俾蕟栴}。經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研，我們

41、發(fā)現(xiàn)， 連有芳香基的酰基自由基的生成焓要比連有烷基的?；杂苫叱龊芏?(Scheme 1-37)t451，因此對于芐位伯醇而言，主要產(chǎn)品停留在了醛類產(chǎn)品。CH3C(O)。2303CH3CH2C(O)。77CH2=CHC(O)。153PhC(O)。241Scheme l-37一些?；杂苫纳蔁釘?shù)據(jù)隨后，一篇由陳振初教授于2000年發(fā)表在四面體快報(Tetraheclron Letter)上 的文章引起了我們的注意，陳教授小組發(fā)現(xiàn)PIDA-NaN3體系可以高效的將苯甲 醛及其衍生物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的?；B氮化合物(Scheme 1-38)461。OPhI(OAc)2NaN3O八H0H2012r上尉

42、八N3Scheme 1-38 PIDA-NaN3體系將醛轉(zhuǎn)化為酰基疊氮18第一章前言我們推測PIDA-NaN3體系有可能先將芐位伯醇轉(zhuǎn)化至相應(yīng)的醛類化合物， 然后將醛進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為?；B氮。在生成?；B氮之后，只要我們對體系進(jìn)行 加熱促進(jìn)Curtius重排反應(yīng)，就可以得到相應(yīng)的芳基取代的疊氮氨基甲酰胺 (Scheme 1-39)。這樣就解決了PhICl2-NaN3體系對芐位伯醇反應(yīng)效果差的問題。ArH PhI (OA c)2 Na N3PhI(OAc)2NaN31e拿氟A，、。；(：歸蔓鬯!A，NHJLO粵!譬唑Ar、N擴(kuò) 衛(wèi)鬯蔓 Ar-NH3N3Scheme 1-39 PIDA-NaN3體系完

43、成伯醇至疊氮氨基甲酰胺轉(zhuǎn)化的設(shè)想第六節(jié)參考文獻(xiàn)【1Willgerodt,CZ PraktChem1886，33，154【2Willgerodt，CChemBet 1892，25，3494【3Hartmann，C；Meyer,V ChemBet 1894，27,426【4Willgerodt,CDie Organischen Verbindungen，行豇Mehrwemgen Jod；Ferdinand EnkeVerlag：Stuttgart,1914【5】(a)Sandin，RBChemReg1943，32，249(b)Banks，DE ChemRev1966，66,243(c) Stang

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