銅促進(jìn)芳基硼酸與硒氰酸酯的偶聯(lián)反應(yīng)制備

1、浙江工業(yè)大學(xué)2015屆本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）（2015屆）題目： 銅促進(jìn)芳基硼酸與硒氰酸酯的偶聯(lián)反應(yīng) 制備有機(jī)硒醚的研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 專業(yè)班級(jí) 所在學(xué)院 提交日期 2015年6月 IV I銅促進(jìn)芳基硼酸與硒氰酸酯的偶聯(lián)反應(yīng)制備 有機(jī)硒醚的研究摘要芳基硒醚是一類重要的有機(jī)化合物，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料等領(lǐng)域。因此研究一種高效方便的合成有機(jī)硒醚的路線具有重要意義。通過(guò)金屬催化的氧化交叉偶聯(lián)生成碳-雜鍵是最有效率的線路之一，當(dāng)前已被用于合成各式各樣的結(jié)構(gòu)單元和生物活性天然產(chǎn)物，其中包括直接通過(guò)C-H硒化形成C-Se鍵制備含硒類化合物的反應(yīng)。本課題采用在銅鹽促進(jìn)下

2、，通過(guò)Chan-Lam偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)成C-Se鍵，研發(fā)一種高效合成芳基苯基不對(duì)稱硒醚。實(shí)驗(yàn)以芳基苯硼酸與芐基硒氰酸酯為反應(yīng)底物，通過(guò)銅鹽催化氧化偶聯(lián)反應(yīng)制備了芳基芐基不對(duì)稱硒醚，考察了不同催化劑、溶劑等對(duì)反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)苯硼酸與芐基硒氰酸酯的摩爾比為1.5 : 1時(shí)，以50 mol%的Cu(TFA)2為促進(jìn)劑，10 mol%的8-羥基喹啉（8-HQ）為配體，3當(dāng)量的K2CO3為堿，CH3CN為反應(yīng)溶劑，在回流條件下反應(yīng)2 h，偶聯(lián)產(chǎn)物苯基芐基硒醚的分離收率最佳可達(dá)90%。本研究路線所使用的起始原料易得，來(lái)源豐富，反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)便，芳基硒醚的制備提供了一種簡(jiǎn)便的方法。關(guān)鍵詞：芳基苯

3、硼酸，芐基硒氰酸酯，硒醚，銅促進(jìn)STUDY ON THE SYNTHESIS OF ARYL SELENIDES BY CROSS-COUPLING REACTIONS UNDER THE CATALYSIS OF COPPER SALTSABSTRACTAryl selenide as a very important selenium organic compound, often used as an intermediate, is widely used in pharmaceutical synthesis, pesticides synthesis, materials synt

4、hesis. So it is very significant to development an efficient and practical path to produce aryl selenide. Cross-coupling is one of the best effective paths for the synthesis of C-C pond and C-X pond. Since synthesis of C-S bond form C-H began to get attention, more and more literature on C-Se bond s

5、ynthesis method have published. In our study, we have development a new method to promote the reaction under the catalysis of copper salts.With the cross-coupling of arylboronic acid and benzyl selenocyanate to form phenyl benzyl diselenides, the reaction conditions, including the kinds of catalysts

6、, solvent and so on, were screened. When the ratio of arylboronic acid and benzyl selenocyanate was 1.5: 1, the optional reaction was obtained that the reaction was carried out with 50 mol% of Cu(TFA)2, 10 mol% 8-Hydroxyquinoline, 3 equiv. of K2CO3 in refluxing CH3CN for 2 h. Under this optimal reac

7、tion conditions, the phenyl benzyl selenide was obtained in 90% yield. In conclusion, novel routes for the synthesis of aryl selenides have been proposed from commercial available raw materials. The newly developed methods were facile, mild and easy to operate. Key words: copper salts, catalysis, ar

8、yl selenides, arylboronic acids， diselenide目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc13901 摘要 第一章 緒論1.1 前言通過(guò)銅鹽氧化交叉偶聯(lián)是生成碳-雜鍵最有效率的線路之一，并被用于合成各式各樣的結(jié)構(gòu)單元和生物活性天然產(chǎn)物1。直接通過(guò)C-H鍵硒化形成C-Se鍵的反應(yīng)也逐漸得到關(guān)注。有機(jī)硒化合物在化學(xué)合成中常作為一種重要的中間體廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料等領(lǐng)域2。所以研究C-Se鍵的形成具有非常好的前景。1998年Chan3,4,5等課題組提出了一種新穎的以銅為催化劑生成碳雜鍵的生成方法。Scheme 1-1本課題以此為

9、基礎(chǔ)，研究以銅鹽為促進(jìn)試劑進(jìn)行芳基硼酸與硒氰酸脂的偶聯(lián)反應(yīng)，研究一種方便的、反應(yīng)溫和的芳基苯基有機(jī)硒醚的制備方法。1.2 硒元素硒在化學(xué)周期表位于第四周期，VI A族，硒的原子序數(shù)是34，相對(duì)原子質(zhì)量是78.96。它屬于氧族元素，化學(xué)性質(zhì)與氧、硫類似，所以可以通過(guò)硫的某些反應(yīng)性質(zhì)，推測(cè)硒的性質(zhì)，但也有性質(zhì)與硫完全不同，這為我們研究硒的某些反應(yīng)提供了一種模仿的方向。有機(jī)硒是硒重要的存在方式，也是在人體內(nèi)存在的主要方式。研究有機(jī)硒的反應(yīng)和性質(zhì)，是一個(gè)重要的內(nèi)容。而第一個(gè)合成的有機(jī)硒是二乙基硒醚，它在1836被制備出來(lái)。但它有強(qiáng)烈的的惡臭, 純化困難, 衍生物不夠穩(wěn)定等因素使這個(gè)化合物的純化與鑒定卻

10、拖延到1869年。近代合成方法和設(shè)備的發(fā)展使高產(chǎn)率、高純度制備、分離純化硒有機(jī)化合物成為可能6。硒試劑及其中間體在有機(jī)合成化學(xué)中應(yīng)用成果不斷誕生, 發(fā)展迅速。此后主要硒試劑的商品化為其在合成化學(xué)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。有機(jī)硒的研究，就是研究如何在分子中，合理高效的引入含有硒的官能團(tuán)。1.3 關(guān)于C-Se鍵的合成路線C-Se偶聯(lián)反應(yīng)是近來(lái)已被廣泛研究，并且有較多的研究報(bào)道。1980年，Migita課題組首次以鈀為催化劑，催化芳基鹵化物與胺、硫醇等的發(fā)生偶聯(lián)生成二芳基硫醚7。在該反應(yīng)條件下能得到很好收率的二芳基硫醚產(chǎn)物。雖然該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有研究C-Se鍵，但是硫與硒為同一主族，為C-Se鍵的合成提供了思路。

11、2002年，Kabalka8課題組報(bào)告了乙烯基硼酸和乙烯基硼酸酯容易與苯基硒氯在離子液體如丁基咪唑鎓四氟硼酸鹽（BmimBF4）和丁基咪唑鎓溴生成相應(yīng)的苯基乙烯基硒反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)采用1-己烯基硼酸與苯硒氯反應(yīng)，加入BmimBF4，回流2 h, 產(chǎn)率為82%。反應(yīng)特點(diǎn)是溶劑可循環(huán)再用，不會(huì)又損失。Scheme 1-22006年，F(xiàn)ukuzawa 9課題組，用供電子基團(tuán)溴苯與PhSeSePh反應(yīng)，用Pd鹽做催劑，Zn做還原劑，得到硒醚，并且產(chǎn)率較高。Scheme 1-32007年，Taniguchi10課題組介紹的不對(duì)稱合成單硫化物（硫化物，硒化物或者碲化物）由有機(jī)苯硼酸二硫化物（硫化物，硒化物，碲化

12、物）由碘化銅-2，2-二吡啶（1:1）做催化劑。用DMSO - H2O(2 ml/1 ml)做溶劑，在100 oC下，形成硒醚，并且需要通入空氣，讓空氣做氧化劑，否則產(chǎn)率只有3%左右，當(dāng)改用不同類的苯硼酸，反應(yīng)產(chǎn)率在80%左右，最低為60%。Scheme 1-42008年，李若信11等研究了在無(wú)水THF - HMPA中，用催化量的CsOH與一定量的KOH，用堿作縮合劑促進(jìn)端基炔與芳硒基溴的反應(yīng)，合成了一系列炔基芳基硒醚，產(chǎn)率在60% - 70%之間。該方法只需催化量的CsOH，端基炔可快速地進(jìn)行硒化炔硒醚，反應(yīng)時(shí)間短，為炔硒醚的制備提供了一種新的合成方法。Scheme 1-52009年，黎永銘

13、12合成了不同結(jié)構(gòu)的硒多糖。通過(guò)改變硒醚類化合物的結(jié)構(gòu)在多糖中引入不同的含硒化合物。采用的方法是用NaBH4還原硒粉制得NaSeH。在室溫下堿性水溶液中與氯乙酸氯3-丙酸和對(duì)溴甲基苯甲酸反應(yīng)，制得相應(yīng)的羧酸硒醚, 用乙酸硒醚分別與鄰氨基苯甲酸和水楊酸反應(yīng)引入其他基團(tuán)。最后再與麒麟菜多糖中的羥基發(fā)生醚化反應(yīng)得到含硒醚結(jié)構(gòu)的新型硒多糖，產(chǎn)率可達(dá)60 %。2010年，Bhadra13課題組用氧化鋁負(fù)載硫酸銅做催化劑，苯基溴化硒與有機(jī)硼烷發(fā)生親電取代，生成二苯基硒，烷基苯硒。該方法的優(yōu)點(diǎn)是催化劑便宜可回收，對(duì)生態(tài)友好，毒性小。實(shí)驗(yàn)用THF做為溶劑，加入K2CO3，反應(yīng)溫度為70 oC。反應(yīng)產(chǎn)率在60

14、%以上，是一種方便，高效的合成路徑。該反應(yīng)的最顯著的特點(diǎn)是PhSe+在有親核試劑（如芳基硼烷，硅烷，和錫烷）存在的情況下溫和的發(fā)生親電取代。Scheme 1-6同一年，Reddy14課題組首次用硒脲代替硒，讓硒脲與鹵苯溶于DMSO, 在CuO納米材料顆粒的催化下，80 oC下生成二苯硒醚，產(chǎn)率在85%左右。后來(lái)又將鹵苯類化合物換成苯硼酸類化合物，在同種條件下生成二苯硒醚。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率依舊比較高，平均在60%。實(shí)驗(yàn)通常需要反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，通常需要10個(gè)小時(shí)以上的反應(yīng)。催化劑在空氣中穩(wěn)定，可以回收。Scheme 1-72011年，Vardhan15課題組研究了在沒(méi)有配體的情況用納米結(jié)構(gòu)的CuO做催化劑，

15、交叉偶聯(lián)有效的合成了C-Se鍵。在納米CuO催化劑下，用一些廉價(jià)的，市場(chǎng)上方便購(gòu)買的試劑合成硒醚。他們用鹵苯與硒氰酸鉀，用DMSO當(dāng)溶劑，加入一定量的KOH，加熱到110 oC，反應(yīng)15 h。實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是不需要其他添加劑，催化劑方便回收，只需要沖洗干凈后，干燥。Scheme 1-82012年，Kassaee16課題組將催化劑聚焦于納米結(jié)構(gòu)的Fe3O4。用納米結(jié)構(gòu)的Fe3O4為催化劑，鹵苯類化合與Se或者Te反應(yīng)，用DMSO做溶劑，加入2個(gè)當(dāng)量的KOH,在90 oC下反應(yīng)4 h，生成二硒醚。在有Fe3O4的存在反應(yīng)產(chǎn)率普遍較高，反應(yīng)速率較快，選擇性好。最優(yōu)的條件下幾乎可以達(dá)到98%。值得注意的是催

16、化劑Fe3O4可回收使用。唯一比較遺憾的是在重復(fù)利用之后，它的催化效果會(huì)下降，在重復(fù)多次之后，催化劑就會(huì)無(wú)效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明碘苯類化合和溴苯類化合物共的產(chǎn)率十分高，但碘苯類化合物的產(chǎn)率比溴苯類化合物要高。Scheme 1-92012年，唐渝17發(fā)現(xiàn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以水做溶劑，在室溫下硒粉被硼氫化鈉還原得到硒氫化鈉，硒氫化鈉與水溶的丙烯酸乙酯，苯乙炔或其他，-不飽和化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)合成了7個(gè)對(duì)稱硒醚產(chǎn)物，產(chǎn)率最高可達(dá)97%，提出了一種用硒氫化鈉合成單硒醚的新方法。Scheme 1-102012年，Vanessa18課題組從改變有機(jī)溶劑入手，用硅油做有機(jī)溶劑, 用二苯二硒醚與苯硼酸合成有機(jī)硒醚。

17、該課題組用硅油做有機(jī)溶劑，在其中加入DMSO，用CuI做催化劑，不需要氮?dú)獗Ｗo(hù)，直接在空氣下，110 oC下，加熱回流。反應(yīng)產(chǎn)率平均在80%。而且甘油和碘化銅可以通過(guò)簡(jiǎn)單地處理進(jìn)行回收。但是，不足的地方是反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，需要30 h。Scheme 1-112012年，聶彩平19課題組，介紹碘苯與硒粉，生成硒醚或者二硒醚的反應(yīng)。芳基碘苯與硒粉混合，DMSO做溶劑，碘化銅做催化劑，120 oC下，反應(yīng)18 h。Scheme 1-122013年，鄭波20課題組研究了二苯基二硒與苯硼酸反應(yīng)并優(yōu)化了反應(yīng)條件。他們依次將3 mol% 1，10-phen H2O，0.1 ml Na2CO3(5%)溶于乙醇中，

18、反應(yīng)5 h，氣相產(chǎn)率高達(dá)99%。Scheme 1-132013年，Singh21課題組成功的讓甲酰胺和二硒醚在沒(méi)有金屬做催化劑時(shí)，有效的，有選擇性地發(fā)生偶合反應(yīng)，生成氨基甲酸酯硒。反應(yīng)用4個(gè)當(dāng)量的70% TBHP做溶劑，加入少量分子篩，在120 oC下反應(yīng)12 h，需要通氮?dú)獗Ｗo(hù)，產(chǎn)率高達(dá)68%。并且有較好的適用性。Scheme 1-142014年，于金濤22課題組研究了苯硼酸在便宜的銅鹽存在下發(fā)生ChanLam偶聯(lián)反應(yīng)，生成硒醚。他們研究了芳基硼酸與硒粉在不同的Cu鹽催化下生成有機(jī)硒的反應(yīng)。并對(duì)一系列銅鹽做了研究，包括碘化銅（CuI）、氧化銅（CuO）、氧化亞銅（Cu2O）、氟化銅（CuF2

19、）。得出最優(yōu)條件是：用氟化銅做催化劑，用Py/CuSO4(2 : 1)，100 oC，12 h。這種新型的Cham-Lam反應(yīng)收率優(yōu)良，選擇性較好適，用的范圍也較寬。Scheme 1-152014年，Xavier23 課題組，成功在室溫下，在沒(méi)有任何催化劑的條件下，將活化的烯烴直接與苯基硒硼烷反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)以THF為溶劑，在25 oC(既室溫)反應(yīng)16 h，即可有產(chǎn)物生成。Scheme 1-162014年，Amit24課題組同樣提出了苯硼酸與二芳基二硒反應(yīng)生成硒醚。實(shí)驗(yàn)采用4-甲氧基苯硼酸與二芳基二硒，用無(wú)水硫酸銅做催化劑，用乙醇做溶劑，加入少量硼氫化鈉，沖氮?dú)獗Ｗo(hù)，加熱回流，反應(yīng)8 h，得到產(chǎn)物

20、，產(chǎn)率在85%左右。Scheme 1-171.4 本文的研究意義和目的近些年來(lái)合成C-Se鍵常采用二芳基二硒為硒源，Se-Se鍵斷裂之后與其他的化合物（鹵苯、苯硼酸等）生成硒醚。另外也有報(bào)道以硒粉、硒脲為硒源。但是硒氰酸酯與苯硼酸反應(yīng)生成硒醚的報(bào)道較少。因此本課題在此為基礎(chǔ)，以銅鹽為催化劑，以芳基硼酸與硒氰酸酯為反應(yīng)底物，研究一種方便的、反應(yīng)溫和的制備芳基苯基有機(jī)硒醚的方法。實(shí)驗(yàn)最初準(zhǔn)備用苯硼酸與苯基硒氰酸酯為模板試驗(yàn)，但由于苯基硒氰酸酯難以獲得，再根據(jù)文獻(xiàn)查閱，最終采用的實(shí)驗(yàn)方法是用苯硼酸與芐基硒氰酸脂為底物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Scheme 1-18第二章 實(shí)驗(yàn)部分2.1 主要儀器與裝置（1）Ther

21、mo Trace GC Ultra氣相色譜儀；（2）Thermo Trace ISQ氣質(zhì)聯(lián)用儀；（3）Bruker AVANCE 500 核磁共振儀（500 MHz）；（4）BUCHI Melting Pointing M-565熔點(diǎn)測(cè)定儀；（5）ThermoNicolet AVATAR 370 FT-IR 光譜儀測(cè)定；（6）集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，電子節(jié)能控溫儀，水泵，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。2.2 主要試劑與材料表2-2 主要試劑與藥品名稱分子式分子量沸點(diǎn)（oC）級(jí)別廠家乙醇C2H6O46.0478.4AR上海凌峰化學(xué)試劑乙腈C2H3N41.0581.1AR天津永大化學(xué)試劑8-羥基喹啉C9H7NO1

22、45.16267AR北京西中化工廠氯化亞銅CuCl98.99/AR阿拉丁試劑有限公司碘化亞銅CuI190.45/AR阿拉丁試劑有限公司氯化銅CuCl2170.45/AR阿拉丁試劑有限公司溴化銅CuBr2223.35/AR阿拉丁試劑有限公司氟化銅CuF2101.54/AR阿拉丁試劑有限公司醋酸銅Cu(OAc)2199.65/AR阿拉丁試劑有限公司硫酸銅CuSO4159.61/AR阿拉丁試劑有限公司氧化亞銅Cu2O143.09/AR上海試劑工廠氧化銅CuO79.54/AR上海試劑工廠芳基硼酸Ar-B(OH)2/AR蘇凱路化學(xué)硒基氰酸鉀KSeCN104.98/AR阿拉丁試劑有限公司碳酸鉀K2CO31

23、38.21/AR江蘇彤晟化學(xué)試劑其他：柱層析填料為SiO2 (粒度為200-300目)2.3 實(shí)驗(yàn)步驟2.3.1 制備芐基硒氰酸酯制備芐基硒氰酸酯25：在50 ml的兩頸瓶中加入無(wú)水乙醇（20 ml ），加入溴芐(2.0 g, 12 mmol)，通入N2保護(hù)，不停地緩慢攪拌。攪拌大約10 min，溶液變得澄清，加入KSeCN (1.4 g，10 mmol), 在室溫下反應(yīng)4 h。期間使用氣相色譜法監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。停止反應(yīng)后，先加入少量水，再用25 ml乙醚萃取三次，取有機(jī)相，用飽和食鹽水洗1到3次。取有機(jī)相，用無(wú)水硫酸鎂干燥4 h。之后過(guò)濾，將得到的溶液，通過(guò)旋蒸蒸發(fā)儀旋干，用硅膠柱層析法過(guò)柱（

24、石油醚：乙酸乙酯50:1）得到干凈的產(chǎn)物1.3 g，產(chǎn)率65%； White solid, mp 72.4 C; 1HNMR (500 MHz, CDCl3): = 4.33 (s, 2H), 7.27 - 7.39 (m, 5H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 32.8, 101.7, 128.7, 129.0, 129.1, 135.3; GC-MS (EI): m/z 197 (M+, 10)，91(100).Scheme 2-1 芐基硒氰酸酯的合成2.3.2 十二烷基硒氰酸酯的制備制備十二烷基硒氰酸酯：在50 ml的兩頸瓶中加入無(wú)水乙醇（20 ml），加入K

25、SeCN（0.44 g，3 mmol），不停的緩慢攪拌，直至溶液澄清，加入溴代十二烷（1.71 g, 4.5 mmol），加熱回流反應(yīng)4 h，期間使用氣相色譜做監(jiān)測(cè)。停止反應(yīng)后，將反應(yīng)液抽濾，洗滌。得到的溶液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸去溶劑，最后用柱層析法（先用純石油醚將溴代十二烷洗去，再用石油醚：乙酸乙酯 = 50 : 1過(guò)柱）得到黃色油狀液體0.78 g，產(chǎn)率94%。Yellow liquid; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 0.86 - 0.90 (m, 3H), 1.3 - 1.9 (m, 20H), 3.04 - 3.07(m, 2H); 13C NMR (500 MHz

26、, CDCl3): = 14.04, 22.62, 28.78, 29.06, 29.26, 29.31, 29.45, 29.53, 29.62, 30.76, 31.52, 31.84, 101.44; GC-MS (EI): m/z 248(M+, 26), 43(100).Scheme 2-2 十二烷基硒氰酸酯的合成2.3.3 主要實(shí)驗(yàn)步驟有機(jī)硒醚的制備 制備有機(jī)硒醚：本課題采用在Cu促進(jìn)條件下，通過(guò)Chan-Lam偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)成C-Se鍵，苯硼酸與芐基硒氰酸酯發(fā)成偶聯(lián)反應(yīng)，研發(fā)一種高效合成不對(duì)稱硒醚的方法。反應(yīng)方程如下：Scheme 2-3 芐基苯基硒醚的合成稱取 0.3 mmol苯硼

27、酸和0.2 mmol芐基硒氰酸酯至裝有磁石的50 ml兩頸燒瓶，加入0.5 eq.的Cu(TFA)2，0.02 mmol八羥基喹啉, 0.083 g碳酸鉀, 10 ml乙腈，打開(kāi)磁石攪拌器，打開(kāi)電爐加熱至80 oC升溫回流; 反應(yīng)期間每隔一段時(shí)間，收集0.5 ml左右的反應(yīng)液，分別通過(guò)氣相色譜儀和氣質(zhì)聯(lián)用儀，獲得譜圖。當(dāng)連續(xù)一段時(shí)間，反應(yīng)物不再增多時(shí)，停止反應(yīng)，記錄反應(yīng)所用時(shí)間，并且估計(jì)反應(yīng)程度;停止反應(yīng)后，待溶液自然冷卻后，低壓抽濾，將得到的溶液置于旋蒸瓶中，旋蒸至只有5 ml左右，加入約0. 8 g硅膠粉，繼續(xù)旋干，直至硅膠粉成粉末狀，沒(méi)有固體結(jié)塊，且沒(méi)有粘在旋蒸瓶上時(shí)，可停止旋蒸; 將得

28、到的硅膠粉，用柱層析法，分離產(chǎn)物，將得到的液體置于干凈的50 ml旋蒸瓶中，旋干; 將得到的干凈的產(chǎn)物用CDCl3溶解，獲得核磁譜圖（具體合成產(chǎn)物結(jié)果見(jiàn)下一章）。2.4色譜條件Thermo Trace GC Ultra氣相色譜儀，色譜柱：HP-5，30 m 0.32 mm 0.25 m；柱溫：80 oC保持2 min，15 oC/min程序升溫至250 oC，保持5 min；載氣流速：1.0 mL/min；分流比30:1。Thermo Trace ISQ氣質(zhì)聯(lián)用儀，色譜柱：TG 5MS毛細(xì)管柱，60 m 0.25 mm 0.25 m；柱溫：80oC保持2 min，15oC /min程序升溫至2

29、50oC，保持5 min；載氣流速：1.4 mL/min，分流比30:1；質(zhì)譜條件：離子源溫度200oC；EI離子化方式；電子能量70 ev；質(zhì)荷比范圍40 - 500。1H-NMR和13C-NMR在Bruker AVANCE 500 核磁共振儀（500 MHz）上測(cè)定，熔點(diǎn)使用BUCHI Melting Pointing M - 565熔點(diǎn)測(cè)定儀。柱層析以硅膠為吸附劑，以石油醚和乙酸乙酯為洗脫劑。第三章 結(jié)果與討論3.1 反應(yīng)條件優(yōu)化3.1.1催化劑對(duì)反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)用苯硼酸和芐基硒氰酸酯為反應(yīng)底物，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：取25 ml的兩頸瓶，依次加入苯硼酸(0.063 g, 0.50 mmol)

30、、芐基硒氰酸酯(0.039 g, 0.20 mmol)、8-羥基喹啉 (20 mol%)、 K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、銅鹽（0.2 mmol），CH3CN (4 mL)，升溫至回流。反應(yīng)期間使用氣相色譜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾。濾液用乙腈稀釋至20 - 30 mL, 以萘為內(nèi)標(biāo)物，通過(guò)GC內(nèi)標(biāo)法測(cè)定苯基芐基硒醚收率，不同催化劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-1。表3-1 不同銅鹽催化效率研究aEntryCu (20 mol%)Yield d(%)1CuCl352CuI233Cu2O134CuF2115CuCl2236CuBr2257CuSO468Cu(OAc)2329Cu(TF

31、A)25710CuO1111bCu(TFA)24912cCu(TFA)242a 實(shí)驗(yàn)條件：苯硼酸（0.5mmol），芐基硒氰酸酯（0.20 mmol）、8-羥基喹啉 (20 mol%)、 K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、銅鹽（0.2 mmol），乙腈（4 ml）加熱回流12h；b：O2環(huán)境下；c：N2保護(hù)下；d：Yield是使用萘做內(nèi)標(biāo)物，使用氣相色譜得到的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)總共采用了10種不同的銅鹽催化劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了不同的銅鹽對(duì)反應(yīng)有不同的催化效果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用CuSO4的催化效率最低，苯基芐基硒醚的收率僅為6%，幾乎不反應(yīng)（Entry 6, Table 3-

32、1）。此外, 亞銅鹽類的催化劑的收率普遍不高（Entry 1、2、3, Table 3-1），最高僅為35%(Entry 1, Table 3-1)。在所有實(shí)驗(yàn)中效果最佳的是Cu(TFA)2，苯基芐基硒醚的收率為57%(Entry 9, Table 3-1)。因此，我們?cè)偬骄縊2的影響，以Cu(TFA)2為催化劑，分別在O2環(huán)境與N2環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在O2環(huán)境下，苯基芐基硒醚的收率49%，在N2環(huán)境下，苯基芐基硒醚的收率降低至42%。因此我們得到適合的催化劑為Cu(TFA)2，并且直接空氣氛圍下反應(yīng)就能滿足反應(yīng)體系的進(jìn)行。3.1.2 催化劑和添加物比例對(duì)反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)用苯硼酸和芐基硒氰酸酯為反

33、應(yīng)底物，用Cu(TFA)2為催化劑具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：取25 ml兩頸瓶，依次加入苯硼酸(0.063 g, 0.50 mmol)、芐基硒氰酸酯(0.039 g, 0.20 mmol)、 K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、CH3CN (4 mL)，升溫至回流。反應(yīng)期間使用氣相色譜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾。濾液用乙腈稀釋至20 - 30 mL, 以萘為內(nèi)標(biāo)物，通過(guò)GC內(nèi)標(biāo)法測(cè)定苯基芐基硒醚收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-2。表3-2 催化劑與添加劑比例的研究aEntryCu(TFA)2 (equiv)8-HQ (mol%)Yield(%)10.20-720.2044530.201059

34、40.20205750.20401860.30107070.40108480.50109890.601098101.001096111.00-65a 實(shí)驗(yàn)條件：苯硼酸（0.5mmol），芐基硒氰酸酯（0.20 mmol）、 K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、銅鹽（0.2 mmol），乙腈（4 ml），加熱回流，在大氣下反應(yīng)1-2h；b Yield是使用萘做內(nèi)標(biāo)物，使用氣相色譜得到的數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們可以得出催化劑與配體的比例對(duì)反應(yīng)有顯著的影響。當(dāng)Cu(TFA)2有0.2 eq，不存在8-HQ時(shí)，反應(yīng)收率僅有7%（Entry 1, Table 3-2）。當(dāng)只加入4 mol%

35、的8-HQ時(shí)，收率明顯上升（Entry 2, Table 3-2）。而隨著8-HQ增多，收率持續(xù)增加，最多增加量為57%（Entry 2、3、4, Table 3-2）。當(dāng)8-HQ增加到40 mol%時(shí)，收率反而降低（Entry 5, Table 3-2），因此確定8-HQ添加量為10 mol%。之后再改變Cu(TFA)2的量，隨著Cu(TFA)2的增加，收率也隨之增加。在Cu(TFA)2為0.5時(shí)，苯基芐基硒醚的收率達(dá)到98%（Entry 3、6、7、8, Table 3-2），但之后再增加催化劑的量，效果不佳（Entry 9、10, Table 3-2）。但是，1.0 equiv.的催化劑

36、的量，沒(méi)有8-HQ時(shí)，收率又達(dá)到了65%。3.1.3 底物的量對(duì)反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)用苯硼酸和芐基硒氰酸酯為反應(yīng)底物，用為催化劑具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：取25 ml兩頸瓶，依次不同量的苯硼酸、芐基硒氰酸酯(0.039 g, 0.20 mmol)、 K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、 Cu(TFA)2(0.013 g, 0.13 mmol)、 8-HQ(0.0030g, 0.02 mmol)、CH3CN (4 mL)，升溫至回流。反應(yīng)期間使用氣相色譜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾。濾液用乙腈稀釋至20 - 30 mL, 以萘為內(nèi)標(biāo)物，通過(guò)GC內(nèi)標(biāo)法測(cè)定苯基芐基硒醚收率。實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變苯硼酸的

37、量來(lái)研究最佳的底物添加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-3。表3-3 底物量對(duì)反應(yīng)影響的研究aEntryBoronic acid (equiv.)Yieldb (%)11.06121.17531.27941.38251.49061.59571.697 81.79792.098a 實(shí)驗(yàn)條件：芐基硒氰酸酯（0.20 mmol）、K2CO3 (0.138 g, 1.00 mmol)、Cu(TFA)2（0.5 mmol）、8-羥基喹啉 (20 mol%)、乙腈（4 ml），加熱回流，反應(yīng)2 h；b Yield是使用萘做內(nèi)標(biāo)物，使用氣相色譜得到的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著苯硼酸的增加，收率越來(lái)越高。當(dāng)1.5 equiv.

38、 的苯硼酸能得到95%的產(chǎn)率（Entry 6, Table 3-3）。當(dāng)再增加苯硼酸的量時(shí)，副產(chǎn)物的量上升，但反應(yīng)選擇性下降，并且產(chǎn)率沒(méi)有顯著的增加（Entry 7、8、9, Table 3-3）。因此選擇的最佳的苯硼酸的量為1.5 equiv.。綜上所述，最佳的實(shí)驗(yàn)條件是：苯硼酸 (0.30 mmol)，芐基硒氰酸酯 (0.20 mmol)，三氟醋酸銅 (0.1 mmol)，8-羥基喹啉 (0.02 mmol)，碳酸鉀 (0.6 mmol),乙腈 (4 mL)。3.2 底物拓展與討論3.2.1苯硼酸的拓展與討論在條件優(yōu)化后，我們用不同取代基的芳基苯硼酸做反應(yīng)物與芐基硒氰酸酯反應(yīng)，生成不對(duì)稱的

39、芳基硒醚，通過(guò)柱層析法分離得到產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-4。表3-4 苯硼酸的拓展實(shí)驗(yàn)aEntrySubstance 1Products3Yielda(%)11a3a8321b3b8331c3c7841d3d8051e3e6261f3f5771g3g4481h3h6791i3i53101j3j82111k3kTrace121l3l56131m3m90a： 實(shí)驗(yàn)條件：苯硼酸 (0.30 mmol)，芐基硒氰酸酯 (0.20 mmol)，三氟醋酸銅 (0.1 mmol)，8-羥基喹啉 (0.02 mmol)，碳酸鉀 (0.6 mmol)，乙腈 (4 mL)，加熱回流，在大氣下反應(yīng)2 h；b Yield

40、是指實(shí)際實(shí)際的通過(guò)過(guò)柱得到的產(chǎn)率。由反應(yīng)結(jié)果可知無(wú)論苯硼酸的取代基是吸電子還是給電子基團(tuán)反應(yīng)都能進(jìn)行。當(dāng)取代基是給電子基團(tuán)時(shí)，像甲基時(shí)，反應(yīng)都有較好的產(chǎn)率。但是甲基處于間位時(shí)，產(chǎn)率有所下降，可能是因?yàn)橛形蛔栊?yīng)(Entry 1、2、3, Table 3-4)；當(dāng)取代基是甲氧基時(shí)，產(chǎn)率比甲基低，最低只有57%（Entry 4、5、6, Table 3-4）；當(dāng)反應(yīng)物是苯硼酸時(shí)，收率有90%（Entry 13, Table 3-4）; 當(dāng)反應(yīng)物是4-乙烯基苯硼酸，收率也能達(dá)到82%（Entry 10, Table 3-4）當(dāng)取代基是吸電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)收率下降，最低只有53%（Entry 7、8、9

41、, Table 3-4），并且有副產(chǎn)物聯(lián)苯硒醚產(chǎn)生。此外，當(dāng)反應(yīng)物是反式苯基乙烯硼酸為底物，有56%的收率（Entry 12, Table 3-4）；但是當(dāng)用吡啶硼酸為反應(yīng)物時(shí)，反應(yīng)不進(jìn)行（Entry 11, Table 3-4）。3.2.2 新的芐基硒氰酸酯的合成與拓展為了進(jìn)一步對(duì)底物進(jìn)行探討，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)最后想要將底物芐基硒氰酸酯改為其他的硒氰酸酯類，但是由于其他類型的硒氰酸酯難購(gòu)買，所以我們?cè)趯?shí)驗(yàn)最后又嘗試性的合成新的硒氰酸酯。實(shí)驗(yàn)以硒氰酸鉀為硒源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：表3-5 硒氰酸酯合成的研究a EntrySubstance 4Yield c(%)1溴代環(huán)己烷4aTrace2溴代環(huán)己烷b4b

42、Trace3環(huán)己烯4cTrace4氯丙烯4d11%5溴丙烯4e62%6異氯丁烷4fTrace7溴代碳十二烷4g89%a 實(shí)驗(yàn)條件：4（0.3 mmol），KSeCN(0.2 mmol)，乙醇（5 ml）為溶劑，40，反應(yīng)2 h;b 加入CuCl 0.1 mmolc Yield是使用氣相色譜使用歸一化法得到的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)最終成功合成兩種新的硒氰酸酯（Entry 5、7, Table 3-5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明短鏈的烷烴很難生成產(chǎn)物（Entry 1、2、3, Table 3-5），但是產(chǎn)物若有強(qiáng)吸電子的能力就可能生成產(chǎn)物，但是，短鏈的烯烴與芐基硒氰酸鉀反應(yīng)時(shí)，由于易揮發(fā)，有著十分強(qiáng)烈性的惡臭，所以我們?cè)囍?/p>

43、加碳數(shù)，一方面可以增加吸電子能力，一方面熔沸點(diǎn)上升，可以減少惡臭味。最終我們嘗試了溴代十二烷，結(jié)果十分好, 成功合成了十二烷硒氰酸酯，氣相產(chǎn)率為89%。最后將得到的十二烷硒氰酸酯與苯硼酸在最優(yōu)條件下進(jìn)行上述反應(yīng)，成功合成了十二烷基苯基硒醚5g，反應(yīng)方程如下：Scheme 3-1 十二烷基硒氰酸酯的合成3.3 結(jié)構(gòu)表征4-Methylphenyl benzyl selenide 3aYield: 83%; Yellowish solid, mp: 35.7oC ; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 2.35 (s, 3H), 4.09 (s, 2H), 7.07-7.38 (

44、m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 21.0, 32.5, 126.6, 126.7, 128.3, 128.8, 129.7, 134.0,137.3, 138.9; GC-MS (EI): m/z 262 (M+, 10), 91(100). 3-Methylphenyl benzyl selenide 3bYield: 83%; Yellow oil; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 2.32 (s, 3H), 4.13 (s, 2H), 7.07-7.29 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): =

45、 21.1, 32.1, 126.7, 128.0, 128.3, 128.7, 128.8, 130.2, 130.4, 134.1, 136.0, 138.7; GC-MS (EI): m/z 262 (M+, 10), 91(100). 2-Methylphenyl benzyl selenide 3cYield: 78%; Yellow oil; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 2.36 (s, 3H), 4.10 (s, 2H), 7.10-7.48 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 22.3, 31.3, 126.4,

46、126.8, 127.2, 128.4, 128.8, 129.8, 131.7, 133.0, 138.3, 139.9; GC-MS (EI): m/z 262 (M+, 10), 91(100). 4-Methoxypheny benzyl selenide 3dYield: 80%; Yellowish solid, mp: 42 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 2.59 (s, 3H), 4.22 (s, 2H), 7.23-7.29 (m, 5H), 7.50 (d, J = 8,45 Hz, 2H),7.82 (d, J = 8,40 Hz, 2H)

47、; 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 33.1, 55.2, 114.6, 120.0, 126.6, 128.3, 128.8, 136.5, 139.1, 159.6; GC-MS (EI): m/z 278 (M+, 15), 91 (100). 3-Methoxypheny benzyl selenide 3eYield: 62%; Yellow oil; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 3.76 (s, 3H), 4.14 (s, 2H), 6.81-7.28 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 32.

48、1, 55.2, 113.4, 118.5, 125.5, 126.8, 128.4, 128.8, 129.7, 131.4, 138.6, 159.6; GC-MS (EI): m/z 278(M+, 15), 91(100). 2-Methoxypheny benzyl selenide 3fYield: 57%; Yellow oil; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 3.88 (s, 3H), 4.12 (s, 2H), 6.85-7.38 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 29.6, 55.8, 110.5, 120.3

49、, 121.4, 126.8, 128.1, 128.4, 128.9, 132.4, 138.4, 158.0; GC-MS (EI): m/z 278(M+, 15), 91(100). 4-cyanophenyl benzyl selenide 3gYield: 44%; Yellow solid, mp: 95 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): =4.21 (s, 2H), 7.27-7.49 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 31.6, 110.2, 118.7, 127.4, 128.7, 128.9, 131.9,

50、132.2, 137.0, 138.6; GC-MS (EI): m/z 273 (M+, 10), 91(100).4-(Methoxycarbonyl)phenyl benzyl selenide 3hYield: 67%; Yellowish solid, mp: 106 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 3.92 (s, 3H), 4.20 (s, 2H), 7.29-7.90 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 31.5, 52.1, 127.2, 128.4, 128.6, 128.9, 129.9, 131.5,

51、137.7, 138.0, 166.8; GC-MS (EI): m/z 306 (M+, 10)，91(100). 4-formylphenyl benzyl selenide 3iYield: 53%; Yellow solid, mp: 66 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 4.25 (s, 2H), 7.27-7.74 (m, 9H), 9.96 (s, 1H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 31.4, 127.3, 128.7, 128.9, 129.9, 131.5, 134.8, 137.3, 140.8, 191.3;

52、GC-MS (EI): m/z 276(M+, 10), 91(100). 4-Ethenylphenyl benzyl selenide 3jYield: 82%; Yellowish solid, mp: 56 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 4.12 (s, 2H), 5.27 (t, J =5.5 Hz, 1H), 5.76 (t, J = 5.0 Hz, 1H), 6.70 (dd, J = 17.6, 10.9 Hz, 1H), 7.22-7.43 (m, 9H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 32.3, 114.1, 12

53、6.7, 126.9, 128.4, 128.8, 130.0, 133.7, 136.3, 136.8, 138.6; GC-MS (EI): m/z 274(M+, 10)，91(100). Benzyl trans-styryl selenide 3lYield: 56%; White solid, mp: 43 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 4.06 (s, 2H), 6.80 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 7.05 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 7.23-7.37 (m, 10H); 13C NMR (125 MHz, CD

54、Cl3): = 29.9, 118.9, 125.8, 127.0, 127.3, 128.3, 128.6, 128.9, 133.6, 137.3, 138.3; GC-MS (EI): m/z 274(M+, 10，91(100). Phenyl benzyl selenide 3mYield: 90%; Yellowish solid, mp: 32.3 oC; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 4.13 (s, 2H), 7.21-7.48 (m, 10H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 32.6, 126.8, 127.3, 128.

55、4, 128.6, 128.9, 130.5, 133.6, 138.6; GC-MS (EI): m/z 248 (M+, 10)，91(100). dodecyl(phenyl)selane 5gYield: 74%; Yellow liquid; 1H NMR (500 MHz, CDCl3): = 0.88-0.93 (m, 3H), 1.28-1.44(m, 18H), 1.69-1.75(m, 2H), 2.91-2.95(m, 2H), 7.22-7.52 (m, 5H); 13C NMR (125 MHz, CDCl3): = 12.12, 22.70, 27.96, 29.1

56、0, 29.36, 29.51, 29.59, 29.64, 29.65, 29.85, 30.17, 31.93, 126.56, 128.95, 130.76, 132.28; GC-MS (EI): m/z 326 (M+, 30)，158(100). 第四章 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)本實(shí)驗(yàn)在前人的研究下，進(jìn)一步深入探討了C-Se鍵的合成，對(duì)實(shí)驗(yàn)中催化劑種類，添加物種類，催化劑和添加物的比例，苯硼酸底物的量等進(jìn)行探索，總共成功合成了13種不對(duì)稱硒醚。在芐基硒氰酸酯的制備中，我們用KSeCN為硒源。因?yàn)镾eCN根具有非常強(qiáng)的親核性，它與吸電子基團(tuán)較容易反應(yīng)，易與鹵代烷發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成硒

57、氰酸酯。在合成硒醚的過(guò)程，我們直接用芐基硒氰酸酯與芳基苯硼酸反應(yīng)生成硒醚。與常見(jiàn)的硒醚合成方法相比，該方法底物適用性較強(qiáng)，苯環(huán)上有給電子基團(tuán)、鹵素取代時(shí)，反應(yīng)能有較好的收率，對(duì)于苯環(huán)上有強(qiáng)吸電子基團(tuán)的硼酸也有中等的收率，有較好的底物適應(yīng)性。但是，不能制備含氮雜環(huán)芐基硒醚。4.2 展望上個(gè)世紀(jì)70年代開(kāi)始，直至今日， C-Se鍵合成研究越來(lái)越成熟。已有的合成C-Se鍵的方法有硒氫化鈉親核加成法、金屬試劑還原斷裂二硒醚法、硒試劑轉(zhuǎn)移法、CsOH合成法、過(guò)渡金屬催化法等，我們希望找到一種高效的，綠色的，實(shí)用范圍廣的合成C-Se鍵方法。然后無(wú)論是哪種合成方法都不能做到盡善盡美。對(duì)本實(shí)驗(yàn)而言，催化劑銅鹽

58、用量較多，并且銅鹽使用后不方便回收，因此需要尋找新的催化劑，或者改變催化體系以降低催化劑的使用量。參考文獻(xiàn)1 Singh P., Batra A., Singh P., Kaur A., Singh K. N. Oxidative CSe Coupling of Formamides and Diselenides by Using Aqueous tert-Butyl Hydroperoxide: A Convenient Synthesis of SelenocarbamatesJ. Eur. J. Org. Chem., 2013, 16: 7688-7692.2 田豐收, 陳亞紅, 楊

59、貫羽 等, 二硒醚的合成進(jìn)展J. 化學(xué)試劑, 2007, 29(8): 469-473.3 Chan D. M. T., Monaco K. L., Wang R. P., Winters M. P. New N- and O-Arylations with Phenylboronic Acids and Cupric AcetateJ. Tetrahedron Lett., 1998, 39: 2933-2936.4 Evans D., Katz J., West, T. Synthesis of Diaryl Ethers through the Copper-Promoted Aryla

60、tion of Phenols with Arylboronic Acids. An Expedient Synthesis of ThyroxineJ. Tetrahedron Lett., 1998, 39: 2937-2940.5 Lam P., Clark C., Saubern S., Adams J., Winters M., Chan D., Combs A. New Aryl/Heteroaryl C-N Bond Cross-Coupling Reactions via Arylboronic Acid/Cupric Acetate ArylationJ. Tetrahedr