銅、氧氣催化末端炔合成呋喃化合物

1、 銅/氧氣催化末端炔合成2,5-二取代呋喃化合物摘要：（中英文）呋喃是一種含有五元芳環(huán)的雜環(huán)有機物，這個五元環(huán)一個由四個碳原子和一個氧原子組成的。呋喃的同系物都含有種五元環(huán)的化合物。呋喃及其同系物是很多化合物的核心結(jié)構(gòu)單元，并且大部分呋喃和它的同系物都具有生物活性，所以不管是在醫(yī)藥還是農(nóng)藥方面都運用的很廣，在生物和化學方面也極其重要的原料。 參考了很多文獻資料，找到了很多合成吠喃的方法。合成呋喃的方法有較早的paal-Korr反應、Feist一Benary反應，然后到多組分一鍋法合成，還有過渡金屬催化的串聯(lián)反應，到現(xiàn)代的碳氫鍵活化等方法。利用碳氫鍵活化的性質(zhì)來合成吠喃的方法是近幾年才發(fā)展起來的

2、。這種方法污染小，綠色環(huán)保，經(jīng)濟適用，很方便快捷，而且高效率。因而受到廣泛的關(guān)注。本文主要介紹以末端炔烴作為原料，銅作為催化劑，在氧氣存在條件下合成呋喃。這種方法底物易得,并且操作簡單,條件溫和,利用氧氣作為氧化劑合成吠喃,氧氣的反應過程是綠色無污染的，從而推動了吠喃的合成向“綠色”的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞：末端炔；氧氣；銅催化；呋喃；第1章 ：緒論1.1呋喃的來源、應用和合成呋喃是一種含有五元芳環(huán)的雜環(huán)有機物，這個五元環(huán)一個由四個碳原子和一個氧原子組成的，普遍存在于天然產(chǎn)物中。呋喃的同系物都含有種五元環(huán)的化合物。呋喃及其同系物是很多化合物的核心結(jié)構(gòu)單元，并且大部分呋喃和它的同系物都具有生物活性，

3、在生物學和化學方面都有很重要的研究價值，可以作為藥物和化學藥品的重要原料，是一種重要的中間體。在香料、香精和染料等領(lǐng)域的應用也是很廣泛的。呋喃及其衍生物可以發(fā)生的反應很多，主要有取代反應、氧化反應和環(huán)加成反應等多種化學反應，是一種很重要中間體，可以用來合成非環(huán)、碳環(huán)和雜環(huán)化合物等。在有機合成方面的應用是很廣泛的，呋喃的合成方法一直在改善，人們對合成呋喃的方法都很關(guān)注。 參考眾多文獻，合成呋喃的方法主要有兩種途徑：一種是對已經(jīng)存在的呋喃環(huán)進行結(jié)構(gòu)的改造；另一種途徑就是以非環(huán)化合物作為前體來構(gòu)造呋喃結(jié)構(gòu)單元，這種方法應用比較多的是1,4二羰基化合物在酸催化下的環(huán)化縮合反應。近年以來，以過渡金屬作為

4、催化劑，以非環(huán)化合物作為前體來合成呋喃的方法取得了較好的效果。過渡金屬催化非環(huán)化合物合成呋喃與傳統(tǒng)的方法相比，具有選擇性高，底物的適用范圍廣，反應條件溫和，而且產(chǎn)率高等特點。利用金屬催化合成呋喃的原理主要是利用官能團化的炔烴或者聯(lián)烯類化合物的環(huán)異構(gòu)化反應來實現(xiàn)的。1.2炔烴的應用炔烴的化學性質(zhì)很多，可以發(fā)生加氫還原，親電加成，親核加成，氧化反應，聚合反應等。因此，炔烴應用是非常廣泛的，主要是用于加成反應。炔烴及其衍生物是很好的親核反應底物，在過渡金屬催化下，它們可以逐步經(jīng)歷親核加成反應和碳-碳鍵或者碳-氧鍵的構(gòu)建而生成復雜的分子。這就給我們合成呋喃提供了路徑。1.3銅催化偶聯(lián)反應偶聯(lián)反應指的是

5、由兩個有機化學單位進行某種化學反應而得到一個有機分子的過程。介質(zhì)的酸堿性對偶聯(lián)反應的影響是很大的，所以進行偶聯(lián)反應是要控制好介質(zhì)的酸堿性。一般重氮鹽與酚類的偶聯(lián)反應，是在弱堿性介質(zhì)中進行的；因為在這種條件下酚形成苯氧負離子，使芳環(huán)電子云密度增加，有利于偶聯(lián)反應的進行。而芳胺與重氮鹽的偶聯(lián)反應則是在中性或弱酸性介質(zhì)中進行的；主要是芳胺在這種條件下以游離胺形式存在，使芳環(huán)電子云密度增加，從而有利于偶聯(lián)反應進行；但如果介質(zhì)酸性過強，胺就會變成了銨鹽，就會使芳環(huán)電子云密度降低，不利于偶聯(lián)反應。在實際應用過程中，含有芳基醚、芳基胺、芳基硫醚片斷的分子，在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、日用化工品和高聚物的制備當中都是

6、非常重要的。因此，找到一個簡單而有效的方法去構(gòu)建不飽和碳碳、碳雜鍵成為有機化學一個是我們研究的重要課題。在合成反應中，碳雜鍵、芳基碳碳鍵的形成是一個非常重要的課題。親電性飽和碳和親核性的碳、氮、氧、硫、硒等原子之間是非常容易發(fā)生反應，生成碳碳、碳雜鍵；但是親電性不飽和碳與親核性雜原子直接反應是很難的，很難直接成鍵，只有在親電性不飽和碳鄰近有強吸電子取代基團才可能反應。為了解決親電性不飽和碳與含有活潑氫的氮、氧、硫、碳原子直接成鍵難的問題，經(jīng)過科學家們的研究，找到了一些過渡金屬可以用來催化這一反應，這類反應稱為交叉偶聯(lián)反應，是有機合成中的重要手段。但是一些過渡金屬催化都會涉及到一些問題，價格昂貴

7、，毒性強等缺點，比如鈀、鎳等；Pd和Ni的催化劑在C-N, C-S和C-O鍵的偶聯(lián)反應中運用的很廣，Pd和Ni的毒性都很強，Pd也比較昂貴，這就會限制了這類交叉偶聯(lián)反應的應用和推廣。我們希望找到一種毒性小，價格低廉的綠色催化劑，銅催化劑的發(fā)現(xiàn)就剛好符合這一標準，用銅來催化進行交叉偶聯(lián)反應，反應條件溫和，配體簡單，可以達到降低成本的目的，同時可以減少污染，安全環(huán)保，對于發(fā)展綠色化學是非常有利的。 1.4銅催化合成呋喃銅催化合成呋喃是目前合成呋喃的一種比較理想的途徑，這是經(jīng)過很多前人的研究得出的結(jié)論。華南理工大學的江煥峰教授就是使用銅催化，非常成功的合成了吠喃類化合物，這過程是利用氧氣或碳氫活化等

8、方法。2009年，jiang研究團隊報道了合成呋喃類化合物的方法，他們實驗過程是炔酯和炔醇首先在DABCO的作用下反應，發(fā)生邁克爾加成反應，生成1,5一烯炔化合物，然后利用Cul催化，在氧氣的作用下發(fā)生重排關(guān)環(huán)的偶聯(lián)反應，一鍋法得到呋喃類化合物。這個反應過程的機理是首先炔醇和炔酯在DABCO的促進下發(fā)生加成生，成1,5一烯炔化合物。然后6位的氫發(fā)生分子內(nèi)的加成反應生成中間體。這個中間體開環(huán)生成累積二烯酮的結(jié)構(gòu)，然后發(fā)生重排得到卡賓中間體?？ㄙe中間體經(jīng)過脫氫和卡賓氧化后得到呋喃類化合物即為最終產(chǎn)物。1.5本課題研究目的，內(nèi)容和意義。 本課題主要是研究以炔烴為主要原料，銅作為催化劑合成呋喃，氧氣作

9、為氧化劑。通過實驗尋找最優(yōu)的實驗方案。本實驗原料簡單易得，銅作為催化劑也廉價，反應條件溫和，操作簡單那，綠色環(huán)保。本實驗的主要內(nèi)容為以炔烴為原料，碘化銅作催化劑，TMEDA作為配體，DMSO作溶劑，在堿性條件下和一個大氣壓氧氣下反應一定時間，然后在提取產(chǎn)物，再檢驗。1.6本章小結(jié)本章主要介紹了呋喃的來源、應用及合成，炔烴的應用，銅催化偶聯(lián)反應的的機理，銅催化合成呋喃的方法等。從而為我們的課題銅/氧氣催化末端炔合成2,5-二取代呋喃化合物提供有利的根據(jù)。第二章2.1引言 合成吠喃的方法主要包括了經(jīng)典的Paal-K的orr反應、Feist一Benary反應、多組分一鍋法合成、過渡金屬催化的串聯(lián)反應

10、等方法。但是這些方法都不是很理想，有一定的缺陷,比如,底物需要多步去合成，應用的過渡金屬昂貴導致成本高，反應條件比較苛刻，副產(chǎn)物較多等。隨著碳氫鍵活化的興起，如何通過碳氫鍵的活化來一步合成多取代吠喃,實現(xiàn)高效,原子經(jīng)濟,原料簡單易得，減少污染等特點成為了當前研究重要課題。因此,發(fā)展底物簡單，條件溫和，操作簡便，價格低廉的方法是我們努力追求的目標。2.2實驗部分 2.2.1實驗儀器序號儀器名稱型號/容積/尺寸規(guī)格數(shù)量1鑷子12勺子13塑料吸管0.5mL34塑料吸管2mL15即熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S16試管夾17毛細管直徑0.5mm18層析板20*20cm19層析板7.5*2.5cm

11、110尺子10cm111鉛筆2B112層析缸50mL113三用紫外儀ZF-2114塑料離心管5mL115層析缸1000mL116刮刀117過濾紙118磁子0.486g119磁子5.380g120錐形瓶50mL121磁力攪拌器78式122砂芯漏斗60mL123循環(huán)水真空泵SHZ-DIII124蒸發(fā)瓶50mL125緩沖頭126旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE127恒溫水浴鍋B-220128玻璃板20*20cm 7.5*2.5cm若干29塑料水杯1000mL130電子天平JA2003131燒杯250mL132螺紋試管15mL133氣相色譜儀134液相色譜儀135紅外光譜儀136氣球1 2.2.2實驗化學試劑序號名稱純

12、度用量1苯乙炔分析純2對甲基苯乙炔分析純3對乙基苯乙炔分析純4鄰氯苯乙炔分析純5對溴苯乙炔分析純6對氟苯乙炔分析純72,4二甲基苯乙炔分析純8對甲氧基苯乙炔分析純9碘化銅分析純10TMEDA分析純11DMSO分析純12氫氧化鉀分析純13十水硫酸鈉分析純14丙酮分析純15石油醚分析純16乙酸乙酯分析純17蒸餾水18氧氣 2.2.3制備薄層板所需原料序號名稱純度用量1羥甲基纖維維素鈉分析純8g2蒸餾水分析純1000mL3硅膠分化學純400g2.2.4體積比分別為10:1、20:1的石油醚的配制 拿量筒來量取45mL的乙酸乙酯溶液，加入到500mL的容量瓶瓶中，再量取450ml石油醚試劑，倒入容量瓶

13、中，塞上塞子，進行混合，搖勻，直至兩種溶劑混合均勻，即可得到10:1的石油醚展開劑。同理，拿量筒來量取23mL的乙酸乙酯溶液，加入到500mL的容量瓶瓶中，再量取460ml石油醚試劑，倒入容量瓶中，搖勻，即可得到體積比為20:1的石油醚展開劑。 2.3薄層層析硅膠板的制備2.3.1薄層層析的原理 吸附薄層的原理：主要是利用吸附劑對樣品中各個成分的吸附能力不同，還有展開劑對它們的解吸附能力的也不同，使得各個成分達到分離的目的。吸附作用主要是由物體表面作用力、氫鍵、絡(luò)合、靜電引力、范德華力等產(chǎn)生。吸附強度取決于吸附劑的吸附能力，同時還受被吸附成分的性質(zhì)影響，更與展開劑的性質(zhì)相關(guān)。 分配薄層層析：用

14、極性溶劑吸苷在固體支持劑上所形成的混合物，首先鋪成薄層（或裝柱），然后進行活化、點樣（或上樣），再用極性較弱的展開劑（或洗脫劑）進行展開。在展開的過程中，各個成分在固定相和流動相之間進行分配，并且是連續(xù)不斷。因為各個成分在兩相間的分配系數(shù)是不同的，所以可以達到相互分離的目的。 化合物的極性不相同，吸附能力不相同，因而在展開劑上移動，進行不同程度的解析，根據(jù)原點至主斑點中心及展開劑前沿的距離，計算比移值（f）： Rf =溶質(zhì)的最高濃度中心至原點中心的距離/溶劑前沿至原點中心的距離 化合物的吸附能力大小與它們的極性成正比，具有較大極性的化合物吸附較強，因此Rf值較小。在給定的條件下（吸附劑、展開劑

15、、板層厚度等），化合物移動的距離和展開劑移動的距離之比是一定的，即Rf值是化合物的物理常數(shù)，其大小只與化合物本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以根據(jù)Rf值鑒別化合物。 Rf的大小比較：酸和堿 > 醇、胺、硫醇 > 酯、醛、酮 > 芳香族化合物 > 鹵代物、醚 >烯 > 飽和烴 2.3.2薄層板的制備 稱量8g羥甲基纖維素鈉放入2L的水杯中，加入1000mL的蒸餾水，用攪拌機把溶液攪拌至溶解均勻，靜置待用。將配制好的漿料傾注到清潔干燥的載玻片上，拿在手中輕輕的左右搖晃，使其表面均勻平滑，在室溫下晾干后進行活化。薄層板制備的好壞直接影響色譜的結(jié)果。薄層應盡量均勻且厚度要固定

16、。否則，在展開時前沿不齊，色譜結(jié)果也不易重復。 通常將薄層板分為硬板（加粘合劑）和軟板（不加粘合劑） 薄層吸附色譜和柱吸附色譜一樣，化合物的吸附能力與它們的極性成正比，具有較大極性的化合物吸附較強，因而Rf值較小。因此利用化合物極性的不同，用硅膠和氧化鋁薄層色譜可將一些結(jié)構(gòu)相近或順、反異構(gòu)體分開。 薄層板制備的好壞直接影響色譜的結(jié)果。薄層應盡量均勻且厚度（0.251mm）要固定。否則，在展開時前沿不齊，色譜結(jié)果也不易重復。 （1） 平鋪法：用薄層涂布器涂布，它適合于科研工作中數(shù)量較大要求較高的需要 （2） 浸漬法：把兩塊干凈的玻片疊合，浸入調(diào)制好的吸附劑漿料中，取出后分開、涼干。 （3） 簡易

17、平鋪法（傾注法）：將配制好的漿料傾注到清潔干燥的載玻片上，拿在手中輕輕的左右搖晃，使其表面均勻平滑，在室溫下涼干后進行活化。 2.3.3薄層板的活化 將涂布好的薄層板置于室溫涼干后，放在烘箱內(nèi)加熱活化，活化條件根據(jù)需要而定。硅膠板一般在烘箱中漸漸升溫，維持105110活化30min。氧化鋁板在200烘4h可得到活性為級的薄板，在150160烘4h可得活性為級的薄板。2.3.4點樣 通常將樣品溶于低沸點溶劑（丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、苯、乙醚和四氯化碳）配成1%的溶液，用內(nèi)徑小于1mm管口平整的毛細管點樣： （1） 先用鉛筆在距薄層板一端1cm處輕輕劃一橫線作為起始線，然后用毛細管吸取樣品，在起始

18、線上小心點樣，斑點直徑一般不超過2mm。 （2）若因樣品溶液太稀，可重復點樣，但應待前次點樣的溶劑揮發(fā)后方可重新點樣，以防樣點過大，造成拖尾、擴散等現(xiàn)象，而影響分離效果。 （3）若在同一板上點幾個樣，樣點間距離應為11.5cm。 （4）點樣要輕，不可刺破薄層。 在薄層色譜中，樣品的用量對物質(zhì)的分離效果有很大影響，所需樣品的量與顯色劑的靈敏度、吸附劑的種類、薄層的厚度均有關(guān)系。樣品太少，斑點不清楚，難以觀察，但樣品量太多時往往出現(xiàn)斑點太大或拖尾現(xiàn)象，以至不易分開。 2.3.5 展開 薄層色譜的展開，需要在密閉容器中進行。為使溶劑蒸氣迅速達到平衡，可在展開槽內(nèi)襯一濾紙。常用的展開槽有：長方形盒式和

19、廣口瓶式。展開方式有： （1） 上升法 將色譜板垂直于盛有展開劑的容器中，適合于含粘合劑的色譜板。 （2）傾斜上行法 色譜板傾斜1015°角；色譜板傾斜4560°角，適用于含有粘合劑的色譜板。 （3）下降法，用濾紙 薄層色譜展開劑的選擇和柱色譜一樣，主要根據(jù)樣品的極性、溶解度和吸附劑的活性等因素來考慮。凡溶劑的極性越大，則對一化合物的洗脫能力也越大，即Rf值也越大（如果樣品在溶劑中有一定溶解度）。薄層色譜用的展開劑絕大多數(shù)是有機溶劑. （4）雙向色譜法 將樣品點在方形薄層板的角上，先向一個方向展開，然后轉(zhuǎn)動90°角的位置，再換另一種展開劑展開。適合于成分復雜的化合

20、物分離。 影響展開的因素 A 相對濕度的影響 B 溶劑蒸汽的影響（a 展開室的飽和 b預吸附） C 溫度的影響 D 展距的影響 與分離度僅正比與展距的平方根。2.3.6 注意事項 1. 薄層層析時，薄層板的制備要厚薄均勻，表面平整光潔。 2. 薄層板需放在105-115 的烘箱內(nèi)活化30 min，取出后在干燥器中冷卻備用。 3. 樣點位置應在距離底邊1.5-2 cm處,樣品原點直徑應小于0.5 cm，相鄰兩斑點中心間距應大于1.5 cm。 4. 先用展開劑蒸汽飽和、再入液展開；樣點不能泡在展開劑中；薄層浸入時不能歪斜進入。 5. 當展開劑前沿上升到離薄層板上端2-3 cm處時，停止展開。2.3

21、.7產(chǎn)物的分離 在薄層板的下沿2.5cm左右處用鉛筆劃一條橫線，然后用1mL的吸管吸取要分離的樣品，沿著鉛筆線畫線，線越窄，分離效果就越好，拿吹分機吹干。展開槽需加進高度為0.8cm的展開劑，將要分離的硅膠板放進展開槽里面，畫線一端朝下，展開劑會在薄層板上慢慢向上滲，當展開劑前沿上升到離薄層板上端2-3 cm處時，停止展開。然后取出薄層板，用吹風機吹干。用光學檢測法，檢測出要分離的物質(zhì)在薄層板上的分布，用鉛筆畫出，用刀將其刮下，放進錐形瓶中，加入溶劑，用磁力攪拌機攪拌，要分離的物質(zhì)溶解后，用砂芯漏斗將硅膠顆粒過濾掉，濾液蒸發(fā)旋干就得到產(chǎn)物。2.4實驗過程2.4.1反應式反應過程反應流程圖2.4

22、.2實驗步驟1.稱量和加料 取一支干燥潔凈的15ml螺紋試管，首先用鑷子夾取一個小磁子放入螺紋試管中，然后稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg苯乙炔，20-30ml蒸餾水，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。2.進行反應：將裝好樣品的螺紋試管放入DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中，開始啟動磁力攪拌器，設(shè)置好溫度100油浴加熱，恒溫加熱12h。反應結(jié)束，關(guān)閉攪拌器，松開夾子，取下試管并放置在試管架上，冷卻。3. 萃取反應結(jié)束冷卻后，往試管中加入乙酸乙酯進行萃取，萃取2-3次，取上清液。4. 蒸

23、發(fā)濃縮將萃取液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)瓶中用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行減壓蒸發(fā)濃縮。5.點樣： A取來一張已制備好的7.52.5cm的層析板，在離底面1cm處用鉛筆平直地劃出一條直線，待用。 B搖勻試管，旋開試管蓋，取來一根毛細管，吸取一定量的產(chǎn)物液體，分別點兩滴液于層析板的直線上，兩點液滴相距1cm左右即可，且不能太靠板邊。 C用2mL的塑料吸管吸取34mL的（=20:1）的石油醚展開劑于50ml的層析缸中，后將已點樣的層析板豎直地放入層析缸底，蓋上缸蓋，放置或浸泡時間為3060min。注意不能層析至載玻片的頂部。6.檢驗產(chǎn)物：掀開缸蓋，取出層析板，晾干。啟動ZF-2型三用紫外儀，將層析板放在紫外儀上，在紫外燈的顯色下

24、，仔細觀察，可以清晰地看到在層析板中間有兩個發(fā)熒光的暗色斑點，則在根據(jù)原理可以判斷出有了新的物質(zhì)生成并初步確定產(chǎn)物。7. 分離和提純： A取一塊（張）已制備好的2020cm的TLC(層析板，厚度為3mm，分離量最大可達200300mg)平放在實驗臺上，在距底邊2.5cm處平直地劃出一條直線。 B將已冷卻的螺紋試管中的混合液全部倒入一個5mL的塑料離心管中，再用0.5mL的塑料吸管吸取離心管中的產(chǎn)物混合液，沿著TLC板上的直線，從左往右，緩慢、均勻地邊移動邊擠出管內(nèi)的混合液，直至放完吸管中的混合液（盡量保持混合液在TLC板的直線上分布均勻），不斷重復，將離心管內(nèi)的混合液全部轉(zhuǎn)移到TLC板上。 C

25、用2mL的塑料吸管吸取少量的丙酮沖洗螺紋試管中的殘液，并轉(zhuǎn)移到離心管中，再重復B的操作12次即可。 D轉(zhuǎn)移完畢后，將該TLC板送入烘箱中，調(diào)節(jié)的溫度為3540左右，烘干2030min。 E往1000mL的大層析缸中加入120mL左右的（=20：1）石油醚展開劑，然后TLC樣板，并浸入缸底液中，沾樣的一端應浸入展開劑（0.81.0cm）處，且斜放，再蓋上缸蓋，浸泡時間（12）小時。 F浸泡完畢后，掀開缸蓋，并將TLC板送入烘箱中，箱內(nèi)溫度同樣為3540，烘干時間為3060min。 G烘干后，從烘箱中取出已烘干的TLC樣板，伸入ZF-2型三用紫外儀中，在紫外燈的顯色下，同樣可清晰看到幾條發(fā)熒光的褐

26、色譜帶，根據(jù)層析板的原理和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)可以確定反應所得到的產(chǎn)物后，再用2B的鉛筆在TLC板上圈起所得產(chǎn)物的譜帶區(qū)域，取出TLC樣板，關(guān)閉紫外光儀。 H用刮刀將TLC樣板上已被圈起的譜帶的硅膠輕輕刮下，并轉(zhuǎn)移到研缽中，碾碎成粉末，并將之倒入干燥的50mL的錐形瓶中。8. 萃取產(chǎn)物： A先往錐形瓶中放入5.38的磁子，后用2mL的塑料吸管吸?。?530）mL的二氯甲烷溶劑于錐形瓶中，蓋上瓶蓋，微搖勻一會。 B啟動78式磁力攪拌器，并將錐形瓶放在盤中間，調(diào)速，在磁力的作用下，磁子轉(zhuǎn)動，進行穩(wěn)定地攪拌，使得混合液中的產(chǎn)物組分得到充分的萃取，攪拌時間約為34小時。 C攪拌完畢后，關(guān)閉磁力攪拌器，取下錐

27、形瓶。 9. 抽濾： A將60mL的砂芯漏斗與50mL的蒸發(fā)瓶對接好，檢查無漏氣，同時，用SHZDIII式循環(huán)水真空泵的抽口I或抽口II處的橡皮管與漏斗端口對接好，檢查無漏氣。后啟動循環(huán)水真空泵，將錐形瓶中的白色混濁液倒入已對接好的抽濾裝置，蒸發(fā)瓶接收濾液。 B抽濾完畢后，關(guān)閉循環(huán)水真空泵。再用2mL的塑料吸管吸取少量二氯甲烷沖洗錐形瓶中的殘余的混濁液，再倒入砂芯漏斗中，繼續(xù)抽濾，直至錐形瓶中的萃取液體部分全部轉(zhuǎn)入到蒸發(fā)瓶中，關(guān)閉循環(huán)水真空泵。 10. 恒溫水浴蒸發(fā)旋干： A先用蒸發(fā)瓶與緩沖頭對接好，再將其與RE式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上的傳動軸管對接好，調(diào)整旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器至恰當高度，以確保蒸發(fā)瓶的30%浸入

28、R220式恒溫水浴鍋的水中，再用循環(huán)水真空泵的抽口II的橡皮管與旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶的抽真空口對接好，旋開加液處的旋塞，后檢查各接口處無漏氣即可，右手保持拖住蒸發(fā)瓶。 B.啟動R220式恒溫水浴鍋，調(diào)節(jié)溫度為48，程序升溫，接著啟動SHZDIII式循環(huán)水真空泵，緩慢地關(guān)閉旋塞，再放開雙手，后啟動RE式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，調(diào)整轉(zhuǎn)速至恰當。蒸發(fā)瓶在水浴中加熱3060min。 C蒸餾完畢后，關(guān)閉RE式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，后旋開旋塞，在關(guān)閉循環(huán)水真空泵和R220式恒溫水浴鍋，拆下蒸發(fā)瓶，蓋上瓶蓋，放置在避光處，冷卻30min。11.產(chǎn)物分析在蒸發(fā)瓶的取出一定量的產(chǎn)物，加入有機溶劑，按一定比例配成溶液，再經(jīng)過氣相色譜儀，液相色譜

29、儀等儀器進行檢驗，再對色譜圖進行分析，從而確定產(chǎn)物成分。2.4.3實驗思路參考眾多前人的成果，我們用水作親核試劑，炔烴為底物，來合成呋喃。實驗中炔烴我們是選擇苯乙炔，CuI作為催化劑，TMEDA作為配體，DMSO作溶劑，同時加入少量水，加入一定量的KOH，KOH的作用是增加水的親和性。反應在100下恒溫加熱，反應12h。反應的最終產(chǎn)物，經(jīng)過檢驗和分析，確定為2,5-二苯基呋喃。2.4.4反應條件的優(yōu)化 第一次實驗成功之后，我們決定用苯乙炔作為底物，去探索反應體系用不同溶劑，催化劑，堿，水和配體來進行反應，再根據(jù)對應的產(chǎn)率來判斷那種條件是最優(yōu)的。產(chǎn)物的產(chǎn)率利用GC-MS測定得出。我們先確定催化劑

30、對反應的重要性，先不加催化劑，結(jié)果反應不成功，產(chǎn)率為0。然后用Cu(OAc)2代替CuI進行反應，產(chǎn)率為32%，而用Pd(PPh3)4 和PdCl2分別代替CuI，但產(chǎn)率都較低，均小于5%，由此，我們可以確定CuI是我們的最優(yōu)催化劑。我們再進行無KOH的反應，產(chǎn)率為0，而CsCO3代替KOH的產(chǎn)率為37%，說明實驗反應無堿是不行的，CsCO3的效果沒有KOH好，KOH是較優(yōu)的選擇。在無水條件下，產(chǎn)率低于5%，產(chǎn)率非常低，說明了水對反應是很重要的。在O2無條件下，產(chǎn)率低于25%，相比于我們最初反應條件下的87%的產(chǎn)率是很低的，所以O(shè)2也是反應一個極其重要的條件。用甲苯代替二甲基亞砜，產(chǎn)率低于5%

31、，用二甲基酰胺代替二甲基亞砜的產(chǎn)率為72%，說明了二甲基亞砜是最好的選擇，二甲基酰胺產(chǎn)率稍低，甲苯則是產(chǎn)率太低。1,10-鄰二氮菲代替四甲基乙二胺作為配體產(chǎn)率為51%，還是低于四甲基乙二胺參加反應的產(chǎn)率。 EntryVariation from the “standard conditions”Yield (%)b1-87(86)2no CuI-3Cu(OAc)2 instead of CuI324Pd(PPh3)4 instead of CuI< 55PdCl2 instead of CuI< 56no KOH-7no H2O< 58no O2< 259CsCO3 i

32、nstead of KOH3710toluene instead of DMSO<511DMF instead of DMSO72121,10-phen instead of TMEDA5113-152.4.5實驗最佳反應條件的確定 我們對KOH的用量對反應結(jié)果影響的進行探討，為了確定KOH的最佳用量，我們決定設(shè)置KOH的用量為3eq,4eq,5eq的實驗方案。底物為對甲基苯乙炔除了KOH，其他的按照優(yōu)化的條件進行合成反應。 試劑方案123對甲基苯乙炔116mg116mg116mg碘化亞銅15-20mg15-20mg15-20mg四甲基乙二胺30-40mg30-40mg30-40mg氫氧

33、化鉀224mg280mg168mg二甲基亞砜2ml2ml2ml水20-30mg20-30mg20-30mg氧氣1atm1atm1atm反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。

34、再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。 反應的產(chǎn)物經(jīng)過檢測和分析，并利用GC-MS測出產(chǎn)率，結(jié)果是方案3的產(chǎn)率最高，由此我們可以確定KOH得用量為3eq為最佳用量。2.4.6底物拓展對反應條件進行優(yōu)化之后，我們對合成2,5-二取代呋喃化合物進行底物拓展，用多種不同的底物，在優(yōu)化后的條件下，進行合成反應。 底物1 底物2 底物3 底物4 底物5 底物6 反應方程式底物1底物2底物3

35、底物4底物5底物62.4.7合成步驟 底物1 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg對乙基苯乙炔，20-30ml蒸餾水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V

36、2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。 底物2 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg對甲氧基苯乙炔，20-30

37、ml蒸餾水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒

38、入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。 底物3 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg鄰氯苯乙炔，20-30ml蒸餾水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄

39、層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再

40、經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。 底物4 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg對溴苯乙炔，20-30ml蒸餾水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2

41、）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。底物5 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg對氟苯乙炔，20-30ml蒸餾

42、水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶

43、中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。底物6 稱取15-20mgCuI,30-40mg四甲基乙二胺(TMEDA),224mgKOH,2ml二甲基亞砜 （DMSO），102mg2,4二甲基苯乙炔，20-30ml蒸餾水，加入螺紋試管中，最后把氧氣吹入氣球中，再把氣球套在試管上。恒溫100下，磁力攪拌反應1012小時，冷卻。 反應完成后，先用一根毛細管進行點樣檢驗是否有物質(zhì)生成，當有物質(zhì)生成后，再取來一個大的薄

44、層層析板，在薄層板上距下邊緣1cm處用鉛筆輕輕的畫上一條線，用1mL的塑料吸管吸取試管產(chǎn)物，輕輕的沿著大板上的線上轉(zhuǎn)移產(chǎn)物，直至將產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到板上，接著用吹風機把它吹干，并放入裝有20:1（V1：V2）石油醚展開劑的展開槽中，直到展開劑跑到離上邊緣1 cm處，再將層析板取出，在紫外燈的照射下，可以很清晰地看到一條條分開的譜帶，確定產(chǎn)物的譜帶后，用割刀將之割下，放于研缽中研碎。再接著將硅膠粉末倒入錐形瓶中，并放入大磁子，加入一定量的乙酸乙酯溶劑，同時，將錐形瓶放在磁力攪拌器上，攪拌34小時，直至萃取產(chǎn)物完全為止。最后再用砂芯漏斗真空抽濾過濾掉硅膠粉末，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行旋轉(zhuǎn)蒸干，提純產(chǎn)物，再

45、經(jīng)氣相、液相色譜等儀器分析確定物質(zhì)。2.4.8底物拓展分析通過對反應條件的優(yōu)化后，我們考慮用不同底物是否會取得良好的效果，經(jīng)過查閱資料，我們選取了6種底物，分別是對乙基苯乙炔，對甲氧基苯乙炔，鄰氯苯乙炔，對溴苯乙炔，對氟苯乙炔，2,4二甲基苯乙炔。我們對該多組分反應進行了底物的擴展，順利地制備出6種中等至高收率的2,5-二取代呋喃化合物。我們首先研究了不同的芳環(huán)上取代基的芳基末端炔烴化合物對于這個方法的適用性。通過實驗，得到實驗產(chǎn)品，然后經(jīng)過檢測分析，我們發(fā)現(xiàn)除了最簡單的苯乙炔外，在苯環(huán)上含有烷基取代基的炔烴產(chǎn)率很高，并且烷基取代基的位置對于反映產(chǎn)率影響不大。當?shù)孜锸呛u苯取代的炔烴時，也能順

46、利得到相應的產(chǎn)物，不過產(chǎn)率低于取代基是烷基苯的底物，只是保持在中等偏上的水平。當苯環(huán)上的取代基是具有共軛給電子作用的甲氧基，在這個體系下反應也能得到一個良好的收率。2.4.9反應機理 經(jīng)過查閱資料并進行了探討，我們認為水作為親和試劑參與合成呋喃的反應，我們設(shè)計了實驗考證水這一親核試劑對于反應體系的影響，這也可以推測反應的歷程，我們首先進行了一些控制性的實驗。 該反應中，不加水，其他條件不改變，最終呋喃的產(chǎn)物很少，而1,3-二炔的產(chǎn)物則很多。根據(jù)這一實驗結(jié)果，我們認為水是作為了親核試劑參與了反應。經(jīng)過參考眾多資料，再根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)進行分析，我們提出了如下的反應機理。這個反應，第一步苯乙炔在銅的催

47、化下發(fā)生兩分子的二聚，生成1,3-二炔中間體B，然后CuI與B進行了配位，這個反應降低了C-C三鍵發(fā)生親核反應的能壘。然后在KOH的作用下水分子作為親核試劑，親核進攻CuI配位的C-C三鍵，這個過程發(fā)生反式親核加成，反應得到中間體C，而C又可以通過烯酮異構(gòu)，得到中間體D。D的C-C三鍵再繼續(xù)與CuI配位，羰基順勢進攻經(jīng)過配位后的三鍵得到一個離子中間體F，F(xiàn)經(jīng)過一系列芳構(gòu)化過程得到最終的產(chǎn)物H。2.4.10產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)2,5-diphenylfuran1,4MS (EI, 70 eV) m/z (%): 220, 207, 191, 165, 115, 77;1H NMR (400 MHz, C

48、DCl3) d = 7.74 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.41-7.38 (m, 4H), 7.28-7.23 (m, 2H), 6.73 (s, 2H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.5, 130.9, 128.8, 127.5, 123.9, 107.4. 2,5-di-p-tolylfuran1,2 MS (EI, 70 eV) m/z (%): 248, 233, 205, 129, 77;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.62 (d, J = 8.0 Hz, 4H), 7.19 (d, J = 8.0

49、Hz, 4H), 6.65 (s, 2H), 2.37(s, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.3, 137.2, 129.5, 128.3, 123.7, 106.5, 21.4. 2,5-bis(4-ethylphenyl)furan1, 3MS (EI, 70 eV) m/z (%): 276, 262, 246, 207, 123, 77;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.65 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.23 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 6.66 (s, 2H), 2.67 (q, J

50、 = 7.6 Hz, 4H), 1.26 (t, J = 7.6 Hz, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 153.2, 143.4, 128.5, 128.2, 123.7, 106.5, 28.7, 15.5. 2,5-bis(4-methoxyphenyl)furan1 MS (EI, 70 eV) m/z (%): 280, 265, 250, 222, 194, 165, 140;1H NMR (400 MHz, CDCl3) d = 7.66 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 6.94 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 6.58 (s, 2H), 3.85 (s, 6H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) d = 1