畢業(yè)論文(設(shè)計)三元雜環(huán)的研究進展及其在合成中的應用

哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）PAGEPAGE26摘要三元雜環(huán)類化合物自發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)有一個多世紀的歷史了，近年來隨著結(jié)構(gòu)分析和鑒定技術(shù)的進步，越來越多的三元雜環(huán)類化合物被發(fā)現(xiàn)。其化合物的用途和應用范圍也不斷地拓展,其應用領(lǐng)域也在不斷的擴大。三元雜環(huán)類化合物是龐大的一類有機化合物，由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使得他們在許多領(lǐng)域中有著非常廣泛和重要的用途。并且，有關(guān)它們的性質(zhì)和應用的研究越來越受到重視,因而三元雜環(huán)類化合物是非常重要的，這不僅僅是由于它們的廣泛存在，而且還由于它們在化學、生物學和工業(yè)方面的廣泛應用。三元雜環(huán)不但存在于許多天然產(chǎn)物中，如維生素、激素、抗生素、生物堿,也存在于醫(yī)藥、農(nóng)藥和其他重要的化工產(chǎn)品中,如緩蝕劑、抗衰老藥物、敏化劑、穩(wěn)定劑等。本文主要綜述了近幾年來三元雜環(huán)類化合物的制備及在有機合成中的應用。重點講解了氧雜環(huán)丙烷、氮雜環(huán)丙烷、硫雜環(huán)丙烷等三元雜環(huán)類化合物及其衍生物的一些重要反應。并講述了其在社會各個領(lǐng)域方面的應用、發(fā)展和技術(shù)方面的改進。最后還介紹了三元雜環(huán)類化合物的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：三元雜環(huán)；氧雜環(huán)丙烷；氮雜環(huán)丙烷；硫雜環(huán)丙烷AbstractTriatomicheterocycliccompoundswerediscoveredmorethanonecentury.Inrecentyearswiththestructureanalysisandtheappraisaltechnology'sprogress,moreandmoretriatomicheterocycliccompoundswerediscovered.Theuseandapplicationscopeofitscompoundalsoisdevelopedunceasinglyanditsapplicationdomainisexpanded.Triatomicheterocycliccompoundisagiantkindoforganiccompoundbecauseofitsuniquestructureandthenaturewhichenablesitswidespreadandtheimportantuseinmanydomains.Andtheirnatureandtheapplicationresearchreceivemoreandmoreattention.Therefore,triatomicheterocycliccompoundsareveryimportant.Itisnotonlyasaresultoftheirwidespreadexistence,butalsowidespreadapplicationinchemistry,biologyandindustryaspects.Triatomicheterocycliccompoundexistsinmanynaturalproducts,suchasVitamin,hormone,antibiotic,alkaloid,medicine,theagriculturalchemicalsandotherimportantproductsofchemicalindustry,e.g.thecorrosioninhibitor,anti-senilemedicine,sensitizer,stabilizerandsoon.Inthisarticle,itspreparationandapplicationoforganicsynthesiswereintroduced.Theimportantreactionsofoxa-cyclopropane,aziridine,sulfurheterocyclicpropaneandtheirderivativeswerereviewed.Itssocialapplication,developmentandthetechnicalimprovementwereintroduced.Finallyitalsointroducedthefutureprospectsfordevelopmentoftriatomicheterocycliccompounds.Keywords:triatomicheterocycliccompound;oxa-cyclopropane;aziridine;sulfurheterocyclicpropane前言三元雜環(huán)類化合物是現(xiàn)今社會中應用比較廣泛的一類化合物，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥方面都有很顯著的作用。對于這樣一類雜環(huán)化合物,我們既要討論它們的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和光學特性，也要討論他們重要的化學性質(zhì)、反應及合成。對于每一類三元雜環(huán)化合物的合成都按照其原理進行分析；然后有選擇性地介紹與該結(jié)構(gòu)類型相關(guān)的衍生物、天然產(chǎn)物藥物和其它具有生物活性的化合物[1]；最后，列舉適當?shù)暮铣蓪嵗蜻x擇性的合成轉(zhuǎn)化，內(nèi)容涉及廣泛，對三元雜環(huán)類化合物的內(nèi)容進行了進一步的完善。這篇論文主要闡述了三元雜環(huán)中一些重要的化合物的反應及其在合成方面的應用。這里分別介紹了氧雜環(huán)丙烷、硫雜環(huán)丙烷、氮雜環(huán)丙烷等一些常見的重要的三元雜環(huán)，還有二氧雜環(huán)丙烷、氧氮雜環(huán)丙烷、2H-氮雜丙烯、3H-二氮雜環(huán)丙烯啶等一些重要的化工三元雜環(huán)中間體。并且通過這篇論文中的一些例子詳盡地闡明了雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)、反應性能和合成的基本原理。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)使得它們在許多領(lǐng)域中都有著非常廣泛和重要的用途，相信它們在未來社會各個方面將發(fā)揮著無法取代的作用。第一章概述所謂的三元雜環(huán)即一個三碳的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，當上面的一個C原子被其它取代基取代時便形成了三元雜環(huán)。通常最常見的三元雜環(huán)母體有三種，它們分別為氧雜環(huán)丙烷、硫雜環(huán)丙烷、氮雜環(huán)丙烷。三元雜環(huán)的性質(zhì)主要來自于大的鍵角張力，環(huán)的張力導致了化合物的高反應性，所以它們可以發(fā)生很多反應形成許多有用的物質(zhì)，社會各個方面都不可缺少它們?，F(xiàn)在各國都加強了對三元雜環(huán)的深入研究，并且有很多作用明顯對人類有益的，已經(jīng)進行了大批量的生產(chǎn)，尤其在抗生素、維生素等藥物方面，還有燃料、塑料、殺毒劑等工業(yè)制品方面。我們對三元雜環(huán)類物質(zhì)的技術(shù)掌握更是突飛猛進，從開始的簡單型三元雜環(huán)已經(jīng)深入到了大型三元雜環(huán)聚合物。相信它將在未來的社會發(fā)展中體現(xiàn)出更大的作用。1.1氧雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)氧雜環(huán)丙烷俗稱環(huán)氧乙烷，它是一種無色、溶于水的劇毒氣體。其波譜學和電子衍射學研究表明，它的結(jié)構(gòu)接近于一個等邊三角形如下圖[2]：圖1-1氧雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)氧雜環(huán)丙烷的張力焓是114kJ·mol-1，離子的電位是10.5eV；由于氧雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu),決定了它是一種非常容易發(fā)生反應的物質(zhì)。硫雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)硫雜環(huán)丙烷由于硫原子的原子半徑較大，3個原子形成一個銳角三角形。如圖圖1-2硫雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)由化學熱力學測定表明，硫雜環(huán)丙烷的張力焓為83kJ·mol-1比環(huán)氧乙烷低；其離子電位9.05eV和偶極矩1.66D也低于氧雜環(huán)丙烷。核磁共振譜的化學位移為δH=2.27,δC=18.1。氮雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)氮雜環(huán)丙烷本身是一種無色、溶于水、有氨氣味的毒性液體，熱穩(wěn)定性較好，但是最好在其中加入氫氧化鈉保存在冰箱中。氮雜環(huán)丙烷也叫環(huán)氮乙烷，鍵長和鍵角與氧雜環(huán)丙烷基本相同。N原子上的非鍵電子對和N—H鍵所處的平面垂直于氮雜環(huán)丙烷環(huán)的平面。圖1-3氮雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)1.4其他重要的三元雜環(huán)1.4.1二氧雜環(huán)丙烷圖1-4二氧雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)原位形成的二氧雜環(huán)丙烷具有較好的協(xié)同催化作用，所以二氧雜環(huán)丙烷是目前催化效果最好應用最廣泛的試劑之一。1.4.2氧氮雜環(huán)丙烷圖1-5氧氮雜環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)氧氮雜環(huán)丙烷是肟和硝酮的異構(gòu)體，是一種無色液體微溶于水。氧氮雜環(huán)丙烷在類化合物在工業(yè)個各方面既是重要的氧化劑又是重要的合成中間體。1.4.32H-氮雜丙烯啶圖1-62H-氮雜丙烯啶的結(jié)構(gòu)2H-氮雜丙烯啶熱穩(wěn)定性是及其不穩(wěn)定的，所以保存它必須要在非常低的溫度下，而被取代后的2H-氮雜丙烯啶相對是較穩(wěn)定的。1.4.43H-二氮雜環(huán)丙烯圖1-73H-二氮雜環(huán)丙烯的結(jié)構(gòu)3H—二氮雜環(huán)丙烯本身是一種氣體或無色液體。液態(tài)的3H-二氮雜環(huán)丙烯化合物可分解爆炸。三元雜環(huán)及其衍生物在現(xiàn)今社會越來越受到關(guān)注，三元雜環(huán)化合物的反應活性主要決定于環(huán)的張力，但是也與雜原子的性質(zhì)有關(guān)，三元雜環(huán)類化合物的典型反應是親核性開環(huán)生成1，2-二取代的脂肪族化合物。這種特性使得它不管是在醫(yī)藥還是工業(yè)、生活各個方面都有突出的貢獻，而且它也是攻克癌癥這一絕癥的主要藥效團。三元雜環(huán)及其衍生物未來的發(fā)展前景將是不可限量的，下面我分別介紹一下常見的幾種重要的三元雜環(huán)類化合物及它們的一些重要反應。第二章氧雜環(huán)丙烷在合成中的應用氧雜環(huán)丙烷的性質(zhì)主要來自于大的鍵角張力，環(huán)的張力導致了化合物的高反應活性，非常容易發(fā)生典型的開環(huán)開鏈反應，所以氧雜環(huán)丙烷在很多合成中起著非常重要的作用。氧雜環(huán)丙烷的合成工業(yè)上制備氧雜環(huán)丙烷是由乙烯在銀催化下用空氣直接氧化制備，而在實驗室中氧雜環(huán)丙烷的合成通常有4種方法，下列（1）、（3）和（4）都是基于相同的原理，即氧負離子分子內(nèi)取代?-碳上的離去基。（1）?-鹵代醇環(huán)化脫鹵代氫，在堿性條件下，?-鹵代醇脫質(zhì)子生成對應的共軛堿，進而發(fā)生分子內(nèi)取代鹵原子的反應。這個反應在常溫下便可以進行，1859年，Wurtz通過氫氧化鈉作用于2-氯乙醇首次制得了氧雜環(huán)丙烷。（2）烯烴的環(huán)氧化，烯烴與過氧酸反應生成環(huán)氧化物。在Prileschajew反應中，常用的是過氧苯甲酸，間氯過氧苯甲酸或單過氧鄰苯二甲酸。在弱極性溶液里，反應是按協(xié)同方式進行的。過氧酸具有很強的分子內(nèi)氫鍵，協(xié)同反應是立體選擇性的，（Z）-烯烴生成cis-環(huán)氧化物，（E）-烯烴生成trans-環(huán)氧化物。Sharpless環(huán)氧化反應是用過氧叔丁醇，在四異丙氧基鈦和（R,R）-(+)-或（S,S）-(–)-酒石酸二乙酯（DET）存在下，烯丙醇和取代烯丙醇與該試劑反應，選擇性地生成對應的環(huán)氧化物。在（R,R）-(+)-DET存在下，生成對映異構(gòu)體P1(ee>90%)；而在（S,S）-(–)-DET存在下，則生成另一種對映異構(gòu)體P2(ee>90%)。因此Sharpless環(huán)氧化反應是該類化合物的重要不對稱合成法。（3）Darzens反應（縮水甘油酸酯合成法），在乙醇鈉存在下，α-鹵代酸酯與羰基化合物反應生成2-乙氧羰基環(huán)氧化合物，該類產(chǎn)物也稱作縮水甘油酯。反應的第一步是α-鹵代酸酯在堿的作用下脫質(zhì)子化生成對應的碳負離子；然后是該碳負離子對羰基化合物進行親核加成，該步反應是速率決定步驟；最后一步是分子內(nèi)取代鹵原子。（4）Corey合成法，該合成方法是由鹵化三烷基锍鹽或鹵化三烷基亞砜鹽衍生的S-葉立德與羰基化合物反應。2.2氧雜環(huán)丙烷類化合物的反應及應用氧雜環(huán)丙烷是石油化工的重要中間體，世界年產(chǎn)量大約為800萬噸，在社會各個領(lǐng)域中都起著重要的作用[2]。氧雜環(huán)丙烷類化合物除具有強的環(huán)張力外，另一個明顯的性質(zhì)是它的Bronsted和Lewis堿性，這是由于氧原子的非成鍵電子對所致。所以他們可以與酸反應。另外當我們處理這類化合物時，一定要牢記，它們具有致癌性。2.2.1氧雜環(huán)丙烷類化合物的反應（1）異構(gòu)化成羰基化合物，在催化量的Lewis酸存在下，如BF3，MgI2或Ni絡合物，氧雜環(huán)丙烷類化合物可異構(gòu)化成羰基化合物[3]。氧雜環(huán)丙烷本身生成乙醛：取代的氧雜環(huán)丙烷生成混合產(chǎn)物，但在Ni絡合物存在下可選擇性地生成醛。（2）親核試劑如氨或胺可使氧雜環(huán)丙烷開環(huán)生成氨基醇，氧雜環(huán)丙烷與氨作用，首先生成乙醇胺，繼續(xù)作用生成二乙醇及三乙醇胺[4]。三種乙醇胺都是無色粘稠液體，有堿性，能吸收二氧化硫及硫化氫等酸性氣體，用于凈化工業(yè)氣體；還用作制造乳化劑和原油破乳劑的原料。（3）氧雜環(huán)丙烷與高級醇作用，首先生成乙二醇-烷基醚。用甲醇、乙醇、丁醇等與氧雜環(huán)丙烷作用時，分別生成乙二醇-甲醚、乙二醇-乙醚、乙二醇-丁醚，它們兼具醇和醚的性質(zhì)，可溶解纖維酯如硝酸纖維酯，工業(yè)上稱為溶纖劑[5]。（4）酸催化水解生成1，2-二醇，在該反應中，首先發(fā)生的是酸堿平衡，然后進行親核開環(huán)反應。（5）還原成醇，環(huán)氧化物用硼氫化鈉還原得到醇，該反應可以看做是氫化物負離子作為親核試劑。工業(yè)上除了氧雜環(huán)丙烷外還有一些重要的氧雜環(huán)丙烷類化合物，如甲基氧雜環(huán)丙烷、環(huán)氧氯丙烷等。其中環(huán)氧氯丙烷是制備環(huán)氧樹脂的起始原料[6]。在氫氧化鈉存在下環(huán)氧氯丙烷與2，2-二丙烷反應，可以生成末端帶有環(huán)氧基的線性聚合物。如下：鏈的延長是通過兩步反應的重復進行完成的，即環(huán)氧環(huán)與酚作用被打開，然后再脫水閉環(huán)形成環(huán)氧環(huán)[7]。當與酸酐、二胺或二醇混合時，它們將與大分子的端基環(huán)氧環(huán)發(fā)生交叉鏈接反應（硬化）。這樣可以得到環(huán)氧樹脂它可用作表面胞農(nóng)材料、薄板材料及膠黏劑等[8]。2.2.2氧雜環(huán)丙烷類化合物的應用羥甲基氧雜環(huán)丙烷（縮水甘油），它的工業(yè)制法是，在鎢酸氫鈉存在下，烯丙醇與過氧化氫發(fā)生氧化反應[9]。它是許多有機合成的起始原料。氧雜環(huán)丙烷在合成有機產(chǎn)品方面，氧雜環(huán)丙烷分子中不穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，致使其極易開環(huán)發(fā)生一系列反應。除與水、氫鹵酸、醇、氨外，與其它含活潑氫化合物如苯酚、羥酸、胺、酰胺等都能發(fā)生反應[10]。而同一類化合物中又可選擇不同羥基的化合物與環(huán)氧乙烷作用。控制環(huán)氧乙烷的用量，就可以合成分子量大小不同的產(chǎn)品，制造一系列重要的化工產(chǎn)品。氧雜環(huán)丙烷在化工方面，氧雜環(huán)丙烷產(chǎn)量的60%制成乙二醇；13%用于制成其它二醇類甘醇；還可制備很多有機產(chǎn)品，包括工業(yè)用溶劑、洗滌劑、增塑劑、紡織助劑、農(nóng)藥乳化劑、選礦浮懸劑、稻田覆蓋劑、石油添加劑、原油破乳劑、熟料溶解劑、倉庫熏蒸劑。氧雜環(huán)丙烷在烯酸催化下或高溫壓力下與水作用生成乙二醇[11]。乙二醇可進一步加工成聚酯纖維和樹脂，還可用于配制防凍劑。第三章硫雜環(huán)丙烷類化合物在合成中的應用硫雜環(huán)丙烷（環(huán)硫乙烷）本身是一種無色液體，微溶于水，沸點為55°C。它也是化工生產(chǎn)中很多物質(zhì)的起始原料。3.1硫雜環(huán)丙烷的合成硫雜環(huán)丙烷類化合物可以用?-取代硫醇或氧雜環(huán)丙烷類化合物為起始原料，按如下方法制備：?-取代硫醇的環(huán)化，與前述的氧雜環(huán)丙烷類化合物的制備方法相似，?-鹵代硫醇在堿作用下得到硫雜環(huán)丙烷類化合物。?-乙酰氧基硫醇在相似的條件下也可以生成硫雜環(huán)丙烷類化合物[12]。2-巰基乙醇在吡啶存在下與光氣反應生成1，3-氧硫雜環(huán)戊烷-2-酮，該中間體當加熱到200°C時則脫去二氧化碳生成硫雜環(huán)丙烷。3.2硫雜環(huán)丙烷類化合物的反應及應用硫雜環(huán)丙烷類化合物的性質(zhì)主要是由于其張力所致。盡管張力焓比氧雜環(huán)丙烷低，但熱穩(wěn)定性卻不如氧雜環(huán)丙烷。即使在室溫下，也很容易開環(huán)聚合形成線性大分子。取代的硫雜環(huán)丙烷熱穩(wěn)定性較高。3.2.1親核開環(huán)反應，氨、伯胺或仲胺與硫雜環(huán)丙烷反應開環(huán)生成?-氨基硫醇：在這個反應中由于聚合反應相競爭，收率較低。濃鹽酸與硫雜環(huán)丙烷反應生成?-氯代硫醇（S原子上的質(zhì)子化和氯負離子的親核開環(huán)）。硫雜環(huán)丙烷類化合物被高碘酸鈉或過氧酸氧化生成對應的硫雜環(huán)丙烷氧化物。該類化合物在高溫下分解成烯烴和一氧化硫：脫硫成烯烴，三苯基膦，脂肪族亞磷酸三酯是硫雜環(huán)丙烷類化合物脫硫成烯烴的有效試劑，反應是立體選擇性的。cis-硫雜環(huán)丙烷生成（Z）-烯烴，trans-硫雜環(huán)丙烷生成（E）-烯烴。三價的磷原子對雜原子的親電進攻不同于前述的氧雜環(huán)丙烷脫氧成烯反應。在這個反應中，如正丁基鋰，也可以使硫雜環(huán)丙烷類化合物發(fā)生立體選擇性地脫硫反應。3.2.2硫雜環(huán)丙烷類化合物的應用硫雜環(huán)丙烷類化合物主要作用表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面，以硫雜環(huán)丙烷類化合物為基礎(chǔ)的一些殺蟲劑因其藥效明顯，價格低廉被廣泛應用。另外有很多農(nóng)業(yè)肥料中也含有大量的硫雜環(huán)丙烷類化合物，除了農(nóng)業(yè)方面也有很少的一部分硫雜環(huán)丙烷類化合物及其衍生物應用在醫(yī)藥方面，在醫(yī)藥工業(yè)上主要用于合成一些抗真菌類藥物。硫雜環(huán)丙烷類化合物產(chǎn)品非常多，其衍生物的開發(fā)與應用潛力巨大。氮雜環(huán)丙烷在合成中的應用光學活性的氮雜環(huán)丙烷化合物由于其三元環(huán)的高度張力可得到立體或區(qū)域選擇性的開環(huán)或擴環(huán)產(chǎn)物，因而在有機合成當中有廣泛的應用價值。同時由于含有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的許多天然產(chǎn)物和和合成化合物都表現(xiàn)出了很好的生理活性，尤其是含有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的絲裂霉素與甲基裂霉素，絲紫霉素等，可以通過DNA進行化學修飾形成抗腫瘤活性的化合物，從而得到人們的廣泛關(guān)注。因此尋找光學活性氮雜環(huán)丙烷化合物方便、有效的合成方法是有機合成化學領(lǐng)域里一個重要課題。4.1氮雜環(huán)丙烷類化合物的合成許多天然產(chǎn)物中含有氮雜環(huán)丙烷組份，氮雜環(huán)丙烷是一類具有生物活性的三元雜環(huán)化合物。它們具有抗生活性、抗腫瘤及昆蟲激素等生物活性。同時，氮雜環(huán)丙烷衍生物作為有機合成中間體可以用來合成多官能團的胺、氨基醇、氨基酸、生物堿等化合物。同時氮雜環(huán)丙烷表現(xiàn)出親電試劑的反應活性，在有機合成中是一個很有用的構(gòu)件砌塊。大多數(shù)氮雜環(huán)丙烷類化合物的毒性都較大，因此在使用時必須小心。另外氮雜環(huán)丙烷類化合物也可以由取代的胺或烯烴。如?-取代胺的環(huán)化，?-氨基乙醇可以由氧雜環(huán)丙烷與氨和胺反應得到，它與亞硫酰氯反應生成?-氯乙胺，進而在堿金屬氫氧化物作用下關(guān)環(huán)得到氮雜環(huán)丙烷。由氨基醇與硫酸反應得到的相應硫酸酯用堿處理也可以生成氮雜環(huán)丙烷。而且不對稱氮雜環(huán)丙烷化反應近20年得到了迅速的發(fā)展。早期主要集中在從手性底物出發(fā)的化學計量反應。近十幾年，通過手性催化劑將單個原子轉(zhuǎn)移到潛手性烯烴（或亞胺）的不對稱環(huán)氧化、環(huán)丙烷化和氮雜環(huán)丙烷化反應發(fā)展迅速，并以原子經(jīng)濟性和不對稱放大作用體現(xiàn)除了極大的優(yōu)勢。氮雜環(huán)丙烷的不對稱催化合成路線主要是潛手性的烯烴和亞胺出發(fā)，在手性催化劑的作用下與氮賓或碳賓反應生成光學選擇性的氮雜環(huán)丙烷[13]。圖4-1氮雜環(huán)丙烷的合成路線烯烴的不對稱氮雜環(huán)丙烷化反應，1967年Kwart和Kahn等人首次報道了金屬促進的氮雜環(huán)丙烷化反應。他們是在環(huán)己烷中加熱銅粉，分解苯磺酸疊氮化合物時發(fā)現(xiàn)的。該反應中銅有效地提高了疊氮的分辨率。如雙噁唑啉，1991年Evans成功地報道了用手性雙噁唑啉配體修飾的銅絡合物催化的不對稱氮雜環(huán)丙烷化反應，以PhI=NTs（對甲基苯磺酸酰亞胺碘苯）為氮轉(zhuǎn)移試劑。當?shù)孜餅槿夤鹚峒柞r，最好產(chǎn)率和e.e值分別為63%和94%[14]。而且生成的α-酯基氮雜環(huán)丙烷化合物很容易開環(huán)得到α-氨基酸、?-羥基氨基酸，如：圖4-2手性雙噁唑啉催化的烯烴的氮雜環(huán)丙烷化反應1996年Knight從酒石酸出發(fā)合成了新型雙噁唑啉配體，中間有兩個碳原子連接，以增大兩個環(huán)之間的二面角[15]。用于環(huán)丙烷化反應得到中等的產(chǎn)率和e.e值，但應用于氮雜環(huán)丙烷化反應時僅得65%的產(chǎn)率和12%的e.e值，如：圖4-3酒石酸衍生物的新型雙噁唑啉配體1997年Andersson對Evans的氮源進行改進，用PhI=NNs（對硝基苯磺酰亞胺碘苯）為氮轉(zhuǎn)移試劑。與PhI=NTs相比氮雜收率比較高，氮源和烯烴之比為1∶1而且更容易脫除，可用于各種單或雙取代的烯烴[16]。圖4-4PhI=NNs為氮轉(zhuǎn)移試劑的氯雜環(huán)丙烷化反應4.2氮雜環(huán)丙烷類化合物的反應及應用氮雜環(huán)丙烷類化合物的反應在近20年得到了迅速的發(fā)展，已經(jīng)成為了現(xiàn)在有機合成中不可缺少的重要成分。4.2.1氮雜環(huán)丙烷類化合物的反應（1）與親電試劑反應，氮雜環(huán)丙烷類化合物像胺一樣是親核試劑，可與親電試劑反應。飽和碳原子上的親核取代反應以及與連有吸電子基的烯烴發(fā)生親核加成反應。（2）親核開環(huán)反應，氨和伯胺與氮雜環(huán)丙烷類化合物反應生成1，2-二胺。反應機理和立體化學與對應的氧雜環(huán)丙烷類化合物的反應相似。開環(huán)反應用酸催化非常有效。如酸催化水解生成氨基醇；這類反應也可以看作是親核試劑的烷基化反應。這樣就可以解釋氮雜環(huán)丙烷類化合物及二（2-氯乙基）胺的細胞增殖抑制和抗腫瘤作用[17]。親核性細胞組分，如DNA中鳥嘌呤堿基的氨基被氮雜環(huán)丙烷離子烷基化發(fā)生親核開環(huán)。如果二（2-氯乙基）胺反應可以在其他雙螺旋的DNA鏈的鳥嘌呤堿基上重復發(fā)生，結(jié)果使兩條DNA鏈發(fā)生交叉鏈接而阻止復制。（3）酸堿反應，N原子上沒有取代的氮雜環(huán)丙烷類化合物，性質(zhì)與仲胺相似。N上有取代的氮雜環(huán)丙烷類化合物的性質(zhì)與叔胺相似。他們與酸反應生成對應的銨鹽：4.2.2氮雜環(huán)丙烷類化合物的應用有很多天然產(chǎn)物中含有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)，如絲裂霉素類。該結(jié)構(gòu)正是一些抗生素具有抑制細胞增殖和抗腫瘤作用的關(guān)鍵藥效團。有許多合成的氮雜環(huán)丙烷類化合物具有抗腫瘤活性，一些化合物已經(jīng)用于臨床，尤其是作為抗白血病藥物，其有效藥效團如：圖4-5另外氮雜環(huán)丙烷類化合物的一些衍生物在醫(yī)藥方面也有巨大的作用，在醫(yī)藥工業(yè)上主要用于制備磺胺、青霉素、金霉素、可的松、驅(qū)蟲劑、局部麻醉劑、膠片感光劑等添加劑，還有氮肥增效劑和除草劑等。另外其衍生物中還有具有高生物活性的一些物質(zhì)，可用于血管擴張、降低血脂等作用，因此氮雜環(huán)丙烷類化合物得到迅速的發(fā)展[18]。第五章其他重要的三元雜環(huán)5.1其他重要的三元雜環(huán)的合成5.1.1二氧雜環(huán)丙烷類化合物的合成二氧雜環(huán)丙烷類化合物的用途是從20世紀80年代才被發(fā)現(xiàn)并開始開發(fā)利用的。其制備方法可以直接由酮用過氧硫酸氫鉀氧化制得，反應如下：二氧雜環(huán)丙烷可由酮與價格低廉的過氧硫酸氫鉀反應生成，它對富電子烯烴和缺電子烯烴的環(huán)氧化反應均很有效，且反應條件溫和,在中性條件下即可進行。研究結(jié)果表明,酮的催化效能大小與以下幾點有關(guān):(1)酮產(chǎn)生二氧雜環(huán)丙烷的能力；(2)二氧雜環(huán)丙烷將氧原子傳給烯烴的能力；(3)反應條件下酮的穩(wěn)定性[19]。5.1.22H-氮雜丙烯啶類化合物的合成2H-氮雜丙烯啶類化合物可以發(fā)生環(huán)加成反應。通過乙烯基疊氮化物的熱解或光解制備得到。乙烯基疊氮化物可由烯烴得到。整體反應過程如下：5.1.33H-二氮雜環(huán)丙烯類化合物的合成5.2其他重要的三元雜環(huán)的反應5.2.12-烷基-3-芳基氧氮雜環(huán)丙烷通過酸催化水解開環(huán)可生成苯甲醛和N-烷基羥胺。還原成亞胺的反應，氧氮雜環(huán)丙烷類化合物，尤其是2-苯磺酰基氧氮雜環(huán)丙烷類化合物，作為氧化劑可用于許多氧化反應中。如：由于其三元雜環(huán)類化合物具有非成鍵電子對，所以他們具有Bronsted堿和Lewis堿雙重性質(zhì)，因此，它們既可以與Bronsted酸反應，也可以與親電試劑反應。5.2.23H-二氮雜環(huán)丙烯類化合物的反應3H-二氮雜環(huán)丙烯類化合物經(jīng)常發(fā)生反應，如在加熱或光照的條件下容易脫氫。反應如下：5.3其他重要的三元雜環(huán)的應用在醫(yī)藥方面氮雜環(huán)丙烷類化合物的衍生物及其硫雜環(huán)丙烷類化合物的衍生物是醫(yī)藥、農(nóng)藥的重要基礎(chǔ)原料，應用范圍很廣，醫(yī)藥中間體、農(nóng)藥中間體、飼料原料以及其它許多領(lǐng)域。還有二氧雜環(huán)丙烷是目前協(xié)同催化效果最好應用最廣泛的催化劑之一。雜環(huán)化合物為人類做出了很大的貢獻。由于各方面的原因,雜環(huán)類化合物的作用還沒有被完全發(fā)揮出來,隨著人們對于雜環(huán)化合物的關(guān)注和現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展,雜環(huán)化合物的其他功能會被進一步挖掘出來,為人類的健康和發(fā)展作出更大的貢獻。第六章三元雜環(huán)化合物的研究進展及前景自從雜環(huán)化合物發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)有近150年的歷史了。期間1859年Wurtz通過氫氧化鈉作用于氯乙醇首次制得了氧雜環(huán)丙烷。在這一個多世紀中，隨著不同時代的進步，結(jié)構(gòu)分析和鑒定技術(shù)的進步，越來越多的雜環(huán)化合物被發(fā)現(xiàn)，雜環(huán)化合物的用途和應用范圍也不斷地拓展。全球藥品市場規(guī)模從1970年的1217.7億美元，上升至2001年的4300億美元，在1996至1999年間世界藥品市場約增長5.5%，2005年達到5400億美元。醫(yī)藥化學品的分子結(jié)構(gòu)一般比較復雜，合成步驟也多。最近在國外開發(fā)的分子結(jié)構(gòu)一般比較復雜，合成步驟也多。最近國外開發(fā)的一些高效、性能號的醫(yī)藥新品中，大都引入了雜環(huán)結(jié)構(gòu)，其生物活性或性能明顯提高。氮雜環(huán)丙烷及其衍生物是醫(yī)藥、農(nóng)藥的重要基礎(chǔ)原料，應用范圍很廣，醫(yī)藥中間體、農(nóng)藥中間體、飼料原料以及其它許多領(lǐng)域。由三元雜環(huán)類化合物為基礎(chǔ)的衍生物可生產(chǎn)醫(yī)藥品青霉素去乳劑和發(fā)酵沉淀劑等。以硫雜環(huán)丙烷類化合物為基礎(chǔ)的一些重要衍生物是驅(qū)蟲劑、膠片感光劑、添加劑、氮肥增效劑和除草劑等的重要組成部分。因此硫雜環(huán)丙烷類化合物得到了迅速發(fā)展。氧雜環(huán)丙烷即環(huán)氧乙烷是重要的有機化工原料,主要用于生產(chǎn)乙二醇,占其總用量的60%,乙二醇轉(zhuǎn)化為單乙二醇用于生產(chǎn)聚酯纖維、聚酯固態(tài)樹脂和聚酯薄膜等聚酯產(chǎn)品,還可用于汽車防凍劑。另有13%用于其他乙二醇類,如聚乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。第二位最大的用途是生產(chǎn)非離子表面活性劑乙醇鹽(羥乙基鹽)類,用于生產(chǎn)洗滌劑。其他的環(huán)氧乙烷衍生物有乙醇胺類、溶劑和乙二醇醚。也可用作醫(yī)藥原料,生產(chǎn)熏蒸劑和藥物的消毒劑等。三元雜環(huán)類化合物將在未來的社會中發(fā)揮更大的作用，它在工業(yè)、醫(yī)藥等發(fā)面的潛力是不可限量的，它將為人類更好的生存與發(fā)展做出更大的貢獻。注釋[1]焦耳，米爾斯：“三元雜環(huán)”，《雜環(huán)化學》，2004年7月。[2]胡宗泰：“環(huán)氧乙烷滅菌設(shè)備”，《中國醫(yī)藥情報》，1995年6月。[3]李應成，賀鶴勇：“Nb2O5/a-AI203系列催化劑在環(huán)氧乙烷水合等若干酸催化反應中的應用研究”，2005年4月。[4]楊旭：“環(huán)氧乙烷生產(chǎn)尾氣體系中吸附回收乙烯的研究”，2005年5月。[5]陳躍東：“上海石化乙二醇裝置2005年度運行小結(jié)”，《環(huán)氧乙烷·乙二醇通訊》，2006年1月。[6]馬淑娟：“2005年吉林石化乙二醇廠環(huán)氧乙烷裝置運行總結(jié)”,《環(huán)氧乙烷·乙二醇通訊》，2006年2月。[7]“世界環(huán)氧乙烷生產(chǎn)消費現(xiàn)狀及發(fā)展前景”，《中國化工在線》，2006年4月。[8]黃良宇：“環(huán)氧乙烷市場分析與前景展望”，《化工文摘》，2005年6月。[9]張曉琴,章杰：“亞洲有機中間體發(fā)展和市場現(xiàn)狀分析”，《精細化工中間體》，2002年3月。[10]“世界環(huán)氧乙烷生產(chǎn)消費現(xiàn)狀及發(fā)展前景[EB]”，《中國化工在線》，2006年4月。[11]黃良宇：“環(huán)氧乙烷市場分析與前景展望[J]”，《化工文摘》,2005年6月。[12]YashiroT,MatsushimaK,KameyamaA,etal.Macromolecules,2001年3月.[13]AntelmannB,ChisholmMH,IyerSS,etal.Macromolecules,2001年3月.[14]AumannR,RingH,KrugerC,etal.Chem.Ber.,1979年1月.[15]SenguptaS,MondalS.TetrahedronLett.,2000年2月.[16]SunW,XiaCG,WangHW.TetrahedronLett.,2003年4月.[17]NienburgH,ElschniggJ.GP1066572,1959.[18]WangMD,CaletS,AlperH.J.Org.Chem.,1989年7月.[19]XuY,JiaL.Org.Lett.,2003年5月.參考文獻[1]焦耳，米爾斯：《雜環(huán)化學》，科學出版社，2004年7月。[2]艾歇爾，豪普特曼：《雜環(huán)化合物》，化學工業(yè)出版社，2005年11月。[3]曾昭瓊：《有機化學》，高等教育出版社，1993年5月。[4]《化學通報》編委會：《化學通報》，中國科學院化學研究所，1990年第4期。[5]韓增林：《遼寧師范大學學報》，遼寧師范大學，1995年第七期。[6]劉少引：《化學世界》，上?；瘜W化工學會，1993年第六期。[7]楊留栓：《平頂山工學院學報》，平項山工學院，2008年第一期。[8]王積濤：《有機化學》，南開大學出版社，2001年第二版。[9]夏忠英：《有機化學實驗》，中國中醫(yī)藥出版社，1996年。[10]陳敏恒：《化學原理》，化學工業(yè)出版社，1999年第二版。。后記這次論文可以順利的完成，要感謝學校領(lǐng)導和學院領(lǐng)導給予的大力支持，并要特別感謝我的指導教師于麗薇老師和陳甡老師，沒有陳老師的細心講解和于麗薇老師的幫助我的論文是不會完成的這么好的，而老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，和對化學的熱情也是非常值得我們學習的，在這里我要感謝于老師和陳這篇論文中還存在很多問題，我一定還會努力去改進，請老師和同學們多提寶貴意見?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片