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(dú)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(jī)合成中間體用于合成雜環(huán)類化合物同時(shí)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(jī)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?xì)滏I是構(gòu)成有機(jī)化合物的最基本化學(xué)鍵之一。通過(guò)過(guò)渡金屬催化劑實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單碳?xì)浠衔锱c碳碳、碳氮和碳氧等多重鍵的直接碳?xì)滏I活化及加成反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)相關(guān)碳-碳鍵和碳-雜鍵構(gòu)建的最經(jīng)濟(jì)、最高效的方法之一。而直接利用碳?xì)滏I選擇性地官能團(tuán)化是有機(jī)化學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)追求的目標(biāo)。由于碳?xì)滏I具有較高的鍵能相對(duì)穩(wěn)定且極性很小等基本結(jié)構(gòu)特征，直接地官能團(tuán)化遇到的第一個(gè)問(wèn)題就是反應(yīng)活性很低。另外，同一個(gè)有機(jī)化合物分子內(nèi)通常有很多種化學(xué)性質(zhì)不同的碳?xì)滏I，如何實(shí)現(xiàn)其中的某一類碳?xì)滏I的轉(zhuǎn)化而不影響分子中其它的碳?xì)滏I和官能團(tuán)，這就涉及到碳?xì)滏I活化過(guò)程中的選擇性問(wèn)題!碳?xì)滏I活化，就是在一定的條件下，對(duì)一種有機(jī)化合物中的某一碳?xì)滏I反應(yīng)性增強(qiáng)或切斷實(shí)現(xiàn)定向化學(xué)轉(zhuǎn)化!因此，有機(jī)化學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)是如何活化非活性的碳?xì)滏I以及解決其化學(xué)轉(zhuǎn)化的選擇性問(wèn)題!如果能夠選擇性切斷非活性的碳?xì)滏I，并開(kāi)發(fā)出實(shí)用的合成化學(xué)新方法、新反應(yīng)必將為傳統(tǒng)的有機(jī)合成工業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)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(bào)道過(guò)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(jiǎn)單干凈的反應(yīng)過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)。此外，近年來(lái)，無(wú)溶劑反應(yīng)體系簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，在現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)中越來(lái)越受到人們的關(guān)注。2008年，有人報(bào)道以十二磷鎢酸(PWA)為催化劑的無(wú)溶劑合成方法3. 由于單質(zhì)碘便宜易得，在有機(jī)合成中的應(yīng)用越來(lái)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(bào)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(shí)，此反應(yīng)效果仍然很好，因此，可以說(shuō)這種烯烴與1,3-二羰基化合物分子間作用的合成方法簡(jiǎn)便有效，產(chǎn)率高，原子利用充分，操作簡(jiǎn)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(jiǎn)便，產(chǎn)率高等特點(diǎn)的合成方法一直以來(lái)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(guò)渡金屬有較強(qiáng)的相互作用，使碳-氫鍵活化變得相對(duì)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(bào)道過(guò)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(dá)到了很高的收率6b。 2010年，劉等人報(bào)道了用布朗斯特酸催化反應(yīng)，在這個(gè)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(lái)越得到人們的關(guān)注，因?yàn)槎嘞啻呋瘎┑氖褂?，使得反?yīng)的后續(xù)處理，產(chǎn)物的分離純化變得更簡(jiǎn)單，同時(shí)，也加強(qiáng)了催化劑的回收再利用8，近年來(lái)，關(guān)于硅膠負(fù)載含氯酸模式的催化劑的研究越來(lái)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(shí)，得到94的產(chǎn)率，而在不使用溶劑的情況下，產(chǎn)率可達(dá)967。曾有人認(rèn)為H2SO4是不能催化乙酰丙酮和苯乙醇這個(gè)反應(yīng)的發(fā)生11。然而，2012年，劉等人報(bào)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(shí)是一個(gè)高效催化劑，回流時(shí)5min即可反應(yīng)完全，產(chǎn)率為67，再進(jìn)一步對(duì)溶劑進(jìn)行篩選過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CH3NO2為溶劑時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率高達(dá)9812。在過(guò)去的幾年里，雙官能團(tuán)有機(jī)催化劑作為新型高效的有機(jī)催化劑合成不對(duì)稱化合物而出現(xiàn)在世人面前13。2012年，有人報(bào)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(shí)，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(huì)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(bào)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(guò)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(guò)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(gè)新的反應(yīng)體系簡(jiǎn)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(jià)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(yùn)用最廣。這個(gè)時(shí)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(wú)論是1,3-二羰基化合物還是碳-氫鍵的活化在有機(jī)合成反應(yīng)中的意義不可小覷。一般，利用過(guò)渡金屬，Lewis酸，布朗斯特酸等對(duì)碳-氫鍵進(jìn)行活化，加之，微波，催化劑固定，無(wú)溶劑反應(yīng)等的運(yùn)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(jìn)展。但從以上的介紹來(lái)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(yuǎn)距離!這也為我們留下了很大的發(fā)展空間開(kāi)展新反應(yīng)，而且有很多經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒!可以預(yù)料，碳-氫鍵活化還會(huì)受到化學(xué)家們的廣泛關(guān)注，仍然是有機(jī)化學(xué)中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】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. 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