（有機(jī)化學(xué)專業(yè)論文）水合硫酸鐵催化的ferrier重排反應(yīng)研究.pdf

摘要 f e r r i e r 重排反應(yīng)是一種類似烯丙基重排的反應(yīng)，自1 9 6 9 年發(fā)現(xiàn)以來，被廣泛的用 來合成2 ，3 - 不飽和糖苷，在化學(xué)界產(chǎn)生了非常重要的影響。2 ，3 不飽和糖苷是從烯糖衍 生出的一種非常重要的手性中間體，它作為關(guān)鍵的手性母體可以用來合成各種各樣的天 然產(chǎn)物，糖肽，天然產(chǎn)物類似物，修飾糖衍生物，核苷和低聚糖，生物活性天然產(chǎn)物 等；而從2 ，3 - 不飽和糖苷衍生出的2 ，3 雙脫氧糖或2 脫氧糖是許多生物活性分子中的有 效的手性中間體，如抗生素等。因此，2 , 3 不飽和糖苷的合成也越來越受到人們的關(guān)注。 在l e w i s 酸或其他試劑的催化下，烯糖經(jīng)f e r r i e r 重排反應(yīng)可以合成各種各樣的2 ，3 不飽和糖苷，但這些催化劑在不同方面存在著不同程度的缺點(diǎn)。水合硫酸鐵是實(shí)驗(yàn)室常 見的一種化學(xué)試劑，它在許多有機(jī)反應(yīng)中能以粉末狀分散于有機(jī)相，非常便于回收和循 環(huán)使用；同時(shí)它還具有安全、低毒和使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有“清潔試劑”的應(yīng)用前 景。因此，我們嘗試了水合硫酸鐵在f e r r i e r 重排反應(yīng)中的應(yīng)用，使用水合硫酸鐵來催化 合成2 ，3 - 不飽和糖苷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同的反應(yīng)條件下，水合硫酸鐵作為一種高效、 選擇性好、易回收且可重復(fù)使用的催化劑，可以有效地催化合成2 ，3 不飽和糖苷。論文 的主要內(nèi)容包括： 1 研究了在水合硫酸鐵催化下，3 , 4 。6 - = o - 乙?；鵧 葡烯糖和醇或核苷類化合物 在6 0 度條件下的f e r r i e r 重排反應(yīng)。該反應(yīng)高收率地生成了單一盯- 構(gòu)型的重排產(chǎn)物，找 到了一種高效、簡便的合成2 ，3 不飽和糖苷的方法，而且催化劑可以方便地回收利用。 2 研究了在水合硫酸鐵催化下，3 , 4 ，6 三d 芐基d - 葡烯糖和醇或核苷類化合物在 6 0 度條件下的f e r r i e r 重排反應(yīng)。在水合硫酸鐵催化下，我們得到了擴(kuò)構(gòu)型的2 ，3 不飽 和糖苷。這是首次關(guān)于3 , 4 ，6 一三0 - 芐基一d 葡烯糖與親核試劑獲得單一重排產(chǎn)物的報(bào)道。 3 研究了在水合硫酸鐵催化下，3 , 4 ，6 三d 乙酰基芐基d 葡烯糖和醇或核苷類化 合物在微波條件下的f e r r i e r 重排反應(yīng)。分別在家用微波爐和常壓微波合成儀中，進(jìn)行了 水合硫酸鐵催化下的f e r r i e r 重排反應(yīng)，均得到了o 【一構(gòu)型的2 ，3 不飽和糖苷。與傳統(tǒng)方 法相比，反應(yīng)時(shí)間短，并且產(chǎn)率有一定程度的提高，催化劑也可以方便地回收利用。 關(guān)鍵詞：2 ，3 不飽和糖苷，烯糖，f e r r i e r 重排反應(yīng)，水合硫酸鐵 a b s t r a c t s i n c ef e r r i e rr e a r r a n g e m e n tw a sd i s c o v e r e di n1 9 6 9 , i th a sb e e nr o u a n e 眵u s e di nt h ea r e ao f c a r b o h y d r a t ec h e m i s t r y t h eu n s a t u m ：t e c lg l y c o s i d e sd t a i 鵬dt h o u of e r r i e rr e m m n g e m e n tc a t a l y z e db y a l lk i n d so f c a t a l y s t sp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nt h et r a n s f o r m a t i o no f o m s e c o m p o u n d si n t oo l h e ri l l 把m s t i n g c a r b o h y d r a t e s 2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e sc a nb eu s e da si n t e r m e d i a t e sf o rav a r i e t yo fr e a c t i o ns u c ha s s h a r p l e s sc b - o x y a m i n a t i o n , c 申o x i d a t i o n so rh y d r o x y l a t i o n ut h ed e r i v a t i o n so f2 ，3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e s 啪b eu s e da s i m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e sc o m p r i s eg l y c o p e p t i d eb l o c k s , o l i g o s a c c h a r i d e s , m o d i f i e d c a r b o h y d r a t e s ，s o m ei m p o r t a n ta n t i b i o t i c s , n u c l e o s i d e s ，n a t u r a lp r o d u c t - l i k ec o m p o u n d sa n dv a r i o u sn a t u r a l p r o d u c t s f e r r i cs u l f a t eh y d r a t ei sa no r d i n a r yc h e m i c a lr e a g e n ti nl a b o r a t o r y , w ef o u n df e 2 ( $ 0 4 ) 3 - x h 2 0w a sa l l e f f i c i e n lr e u s a b l e , o p e r a t i o n a l l ys i m p l e ，a n de n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nc a t a l y s tf o re s t e r i f l c a t i o n , t e w a h y d r o p y r a n y l a t i o na n dp r e p a r a t i o no f a c y l a l s h e r e i n , w ep r e s e n to u rp r e l i m i n a r yr e s u l t so nt h el n i l i t y o f f e 2 ( s 0 4 ) 3 】h 2 0a sa l le f f i c i e n tc a t a l y s tf o rs y n t h e s i so f 2 3 一u n s a t u r a t e dg l y c o p y r a n o s i d a sv i a t h ef e r r i e r r e a r r a n g e m e n t t h e e a c t i o l lb e 4 w e e ng l u c a l sa n dp i i i i l a r y o rs e c o n d a r ya l c o h o l sw a sc a r r i e do u t s u c c e s s f u l l yi nt h ep l e s e n c eo fac m l y t i ca m o u n to ff c 2 ( s 0 4 h x h 2 0a t6 0o co ru n d e rm i c r o w a v e i r r a d i a t i o n t h e “c 6 c o n d i t i o n s , m e c h a n i s ma n dc o n f i g u r a t i o n so fp r o d u c t sw e r ed i s c u s s e di nt h e 1 t h ea p p l i c a t i o no ff e r r i cs u l f a t eh y d r a t ea sh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s ti nt h ep r e p a r a t i o no f 2 ，3 一m 墩m l 隨t e dg l y c o s i d e sf r o m3 , 4 ，6 - t r i - o - a c e l y l d - g l u c a lu n d e r6 0 ，t h i sm e t h o di sap r a c t i c a la n d u s e f u lw a yt os y n t h e s i z e2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e si ne x c e l l e n ty i e i d sw i t h 口- s e i c c t i v i t y t h ec a t a l y s tw a s e a s i l yr e c o v e r e da n dr e u s e de f f i c i e n t l yw i t h o u ta c t i v a t i o n 2 t h ea p p f i c a f i o no ff e r r i cs u l f a t eh y d r a t e h e t e r o g e n e o u sc a t a l y s ti nt h ep f e p 嘶o no f 2 , 3 - u n s a t u r a 塒g l y c o s i d e sf r o m3 , 4 6 - 確o - b e n z y i - d - g l u c a lu n d e r6 0 t h e2 , 3 - u n s a t u r a t e dg l y c o s i d e s c a nb eg a m e di ne x c e l l e n ty i e l d sw i t ho 【- s c l e c t i v i t y ni st h ef i r s tr e p o r tt h a tp e r b e n z y lg l y c a le f f i c i e n t l y u n d e r g o e sf e r r i e rr e a c t i o nw i t h o u tf o r m a t i o no f 2 - d e o x yh e x o p y r a n o s i d e s 3 t h ea p p f i c a t i o no ff e r r i cs u l f a t e h y d r a t ea sh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s t i nt h e i n e p a r a t i o no f 2 , 3 - u n s a t u n t e dg l y c o s i d e sf r o mg l u c a l su n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n t h ef e r r i e rr e a r r a n g e m e n tu n d e r g o e s i nt h ed o m e s t i cm i c r o w a v eo v e na n dx h - 1 0 0 bm i c r o w a v eo v e n 2 3 - u n s a t u r a t e d - o - g l u c o s i d e sc 觚b e g a m e du n d e rt h e s ec o n d i t i o n si naf e wm i n u t e sw i t he x c e l l e n ts e l e c t i v i t yf o ra - a n o m 8 1 f o r m a t i o n k e yw o r d ：2 3 - u m a t u r a t e dg l y c o s i d e s , g l u c a l , f e r d e rr e a r r a n g e m e n t , f e r r i cs u l f a t eh y d r a t e l 獨(dú)創(chuàng)性聲明 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已 經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得河南師范大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確 的說明并表示了謝意。 繇辭滸蹴產(chǎn) 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解河南師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)河南師 范大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書) 簽名：鞘導(dǎo)師簽名 7 1 紕吼甲7 第一章綜述 前言 化學(xué)作為自然科學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域，在豐富人類的知識寶庫和滿足人們衣食住行等 各方面需求中曾經(jīng)發(fā)揮了積極的和不可替代的重要作用。然而無可諱言的是，在化學(xué)過 程中不適當(dāng)?shù)氖褂昧藢θ祟惤】岛蛯Νh(huán)境有害的原料和溶劑以及大量污染性廢物的摔 放，化學(xué)也給人類的健康和生存環(huán)境帶來了嚴(yán)重的不利影響。為此，化學(xué)家們已把注意 力集中到從根源上杜絕廢棄物的產(chǎn)生，致力于合成手段的戰(zhàn)略革新，力求使合成工藝簡 單、節(jié)能、高效、符合綠色生產(chǎn)的要求，在提升化學(xué)在人們生活中所占比重的同時(shí)，盡 可能把化學(xué)污染降到最低 在當(dāng)今的化學(xué)研究中，化學(xué)工作者所追求的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高選擇性、高效的化學(xué)反應(yīng)， 要求反應(yīng)副產(chǎn)物少，實(shí)現(xiàn)“零排放”，繼而達(dá)到高“原子經(jīng)濟(jì)性”。顯然，相對于化學(xué)當(dāng) 量的反應(yīng)，高選擇性、高效的催化反應(yīng)更符合綠色化學(xué)的基本要求。此外催化反應(yīng)在能 量利用方面亦具有巨大的優(yōu)點(diǎn)，催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，這不僅可以降低反應(yīng)發(fā) 生所需要的溫度，而且有益于對反應(yīng)的控制，降低事故發(fā)生的可能性，從而降低能耗和 對設(shè)備的損耗，這也正是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。因此，綠色催化劑以及綠色催 化反應(yīng)的研究正在成為當(dāng)今化學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 三價(jià)鐵試劑是有機(jī)合成中常用的一類試劑，它們在催化碳鏈的構(gòu)建和官能團(tuán)轉(zhuǎn)化方 面有著重要的應(yīng)用。但是大多數(shù)三價(jià)鐵鹽都溶于常見的有機(jī)溶劑，在反應(yīng)結(jié)束后，為了 除去三價(jià)鐵鹽得到純凈產(chǎn)品，需要進(jìn)行多次萃取和洗滌，這樣就大大增加了反應(yīng)中有機(jī) 溶劑的使用，而且催化劑難以回收和再利用，最終它們的排放還會引起環(huán)境的污染。因 此這個(gè)過程很難符合當(dāng)今社會對綠色化學(xué)的要求。為了解決這個(gè)問題，幾種固載三價(jià)鐵 鹽類催化劑已經(jīng)被開發(fā)應(yīng)用，雖然反應(yīng)結(jié)束后它們能夠被方便地分離出來，但是這類催 化劑煩瑣的制備和活化過程并不能令人滿意。鑒于此，我們試圖尋找一種能夠克服以上 缺點(diǎn)又能夠發(fā)揮f e ( 1 i ) 優(yōu)良催化性能的、簡單的三價(jià)鐵類多相催化劑。 水合硫酸鐵是實(shí)驗(yàn)室常見的一種化學(xué)試劑。我們在從事“三價(jià)鐵在有機(jī)合成中的應(yīng) 用”課題的研究過程中發(fā)現(xiàn)：在許多有機(jī)反應(yīng)中水合硫酸鐵都能以粉末狀分散于有機(jī)相， 非常便于回收和循環(huán)使用，同時(shí)它還具有安全、低毒和使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有“清 潔試劑”的應(yīng)用前景。我們在水合硫酸鐵的催化下，完成了一系列官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換。 第一章綜述 1 綜述 1 1f e ( h 1 ) 試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用 1 1 1 傳統(tǒng)的f e ( ) 試劑 傳統(tǒng)的三價(jià)鐵試劑一般有f e x 3 、f e ( n 0 3 ) 3 、f e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 、k 3 f e ( c n ) 6 ， n h 4 f e ( s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 等。這些三價(jià)鐵試劑可作路易士酸催化劑和氧化劑使用。 鹵化鐵是一種常見的l e w i s 酸，很早就有三氯化鐵催化f r i e d e l - c r a f l s 反應(yīng)機(jī)理的 報(bào)趔1 1 。三氯化鐵也可以用于多種酸催化的有機(jī)合成反應(yīng) 2 1 ，如用于促進(jìn)上的d - a 反 應(yīng) 0 + 等f e c l 3 近年來，十二水合硫酸鐵銨在合成一元羧酸酯口 1 孤、二元羧酸酯n 、羥基酸酯 2 3 - 2 6 、氯乙酸酯 2 7 - 2 8 、芳香酸酯 2 9 - 3 6 和催化合成醛酮d 7 - 3 8 方面得到了廣泛的應(yīng)用；此 外，十二水合硫酸鐵銨還可以作為氧化劑用來合成苯偶姻 3 9 1 。5 0 條件下2 萘酚在f e ( ) 水溶液中攪拌也可以得到b 聯(lián)萘酚【柏】。 水合硫酸鐵也可以用來催化各種各樣的酯化反應(yīng)，如* 萘乙酸甲酯的反應(yīng)f 4 1 1 ，最高 的產(chǎn)率可達(dá)8 0 6 。p 萘酚和醇在硫酸鐵的催化下，可以合成橙香素p 萘乙醚【4 2 】： o h 等 y 刪洲3 早期，我們實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了水合硫酸鐵催化下的各種酯化反應(yīng) 4 3 1 ，并取得了良好的效 果。如用水合硫酸鐵催化低沸點(diǎn)酯的合成，反應(yīng)中酸和醇的比例接近l ：1 ，反應(yīng)中避免 了帶水劑的使用，產(chǎn)物可以直接從反應(yīng)體系中分離出來。反應(yīng)結(jié)束后，催化劑回收且不 經(jīng)活化即可重復(fù)使用。 另外，我們實(shí)驗(yàn)室在水合硫酸鐵催化下也實(shí)現(xiàn)了合成簡單的四氫吡喃醚的反應(yīng)4 4 1 ， 在室溫或略高于室溫的條件下進(jìn)行了各種醇和酚的n 口反應(yīng)；在室溫的條件下，各種 取代芳香醛和酸酐在水合硫酸鐵的催化下合成偕二酸酯的反應(yīng)【4 5 】；偕二酸酯在水合硫酸 2 爺。 囪 第一章綜述 鐵的催化下也可以發(fā)生脫保護(hù)反應(yīng)嗍，該方法具有反應(yīng)時(shí)間短，收率高的特點(diǎn)。 1 1 2f e 皿) 試劑的新發(fā)展 目前，對三價(jià)鐵試劑的開發(fā)主要有以下幾個(gè)方面：開發(fā)傳統(tǒng)的鐵試劑在有機(jī)合成中 的新用途；對傳統(tǒng)的鐵試劑進(jìn)行修飾，發(fā)展新型的、高選擇性的，或者清潔的、使用方 便的新型鐵試劑。 以下我們按照均相三價(jià)鐵試劑和異相三價(jià)鐵試劑兩大類簡要介紹下三價(jià)鐵試劑 在有機(jī)合成中應(yīng)用的新發(fā)展。 ( ) 均相f c ( ) 試劑 ( 1 ) 簡單均相三價(jià)鐵試劑在有機(jī)合成中的新用途 使用三價(jià)鐵路易士酸催化劑優(yōu)化酸催化反應(yīng) 路軍等m 刀報(bào)道使用三氯化鐵在酸性條件下催化b i g i n e l l i 反應(yīng)，大大縮短了b i g i n e l l i 反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)問，而且操作簡便、收率較高，合成的1 5 種3 , 4 二氫嘧啶- 2 酮的收率較 經(jīng)典的b i n i n e l l i 反應(yīng)收率提高2 0 * 一5 0 ，特別是對脂肪醛，產(chǎn)率有明顯的提高。 n i l e s hb s h r i d a d i t 4 s l 使用f 礦k 1 0 體系，如下圖所示，此體系在催化芐醇的 f r i e d e l c r a f t s 反應(yīng)中，獲得了很好的產(chǎn)率。 c a t a l y s t a m o u n to f f el o a d e d ( ) k 1 0 - f e 2 0 3 k 1 0 - f e 3 0 4 k 1 0 吖- f e 2 0 3 k 1 0 - f e a a 5 5 0 k lo f e 0 0 5 5 0 1 1 4 9 5 1 0 6 1 6 2 9 使用三價(jià)鐵路易士酸催化劑促進(jìn)氧化劑的氧化能力 m a r e 7 n 等i 蜘報(bào)道了使用f e ( n 0 3 ) 3 - f e b r 3 作為催化體系催化空氣氧化硫醚到亞砜的過 程。該催化氧化體系有較廣的使用范圍，而且它使用空氣作為氧化劑，避免使用過渡金 屬氧化劑，在一定程度上更加綠色環(huán)保。最近，m a m n 等【5 0 】又報(bào)道了使用該催化氧化體 系氧化仲醇到酮的反應(yīng)。該氧化體系在室溫下使用，其突出的優(yōu)點(diǎn)是它能夠在伯醇存在 第一章綜述 r 退 o r 以h ( 二) 多相三價(jià)鐵試劑 較早的如c h o u d a r y 等嗽1 使用三價(jià)鐵交換的m o n l m o d l l o n i t e 作為方便的多相路易士 酸催化劑催化芳環(huán)上的磺?；磻?yīng)，得到了不錯的收率。d a n g 等嘟j(luò) 報(bào)道了硅膠吸附的 三氯化鐵催化5 氨基- 4 ，6 - - - - - 氯嘧啶和各種醛的環(huán)化反應(yīng)。 n h 2 r 2 - c h o - - - - - - - - - - - - n h - r 1 n 卜r 2 n r 1 最近，s h i | n i z t i 等州報(bào)道了f 礦一e x c h a n g e df l u o m t e t r a s i l i c i cm i c a 作為高效的可重復(fù)使 用的催化劑，在溫和的條件下催化無溶劑的m i c h a e l 反應(yīng)。該多相催化劑不僅使用方便而 且比均相三價(jià)鐵催化劑如硝酸鐵、氯化鐵有更好的催化活性。 v a s s 等【6 5 j 報(bào)道了以氧化鋁支持的f e c b 6 h 2 0 為多相催化劑，肼為還原劑在微波協(xié)助 下催化還原芳香硝基化合物到芳胺的反應(yīng)。該反應(yīng)具有快速、高效的優(yōu)點(diǎn)。 綜上所述，鐵試劑以其優(yōu)良的性能已在有機(jī)合成中有了廣泛的應(yīng)用。鑒于鐵試劑本 身毒性較低、比較符合綠色試劑的要求，所以在綠色化學(xué)迅速發(fā)展的今天，對鐵試劑的 研究必將更加深入，其發(fā)展必將更快，其應(yīng)用范圍必將更廣闊。 1 2f e r r i e r 重排反應(yīng) 碳水化合物也稱為糖，它是由碳、氫、氧三種元素組成的。碳水化合物廣泛存在于 自然界，它是生物的主要能量來源，植物細(xì)胞壁的“建筑材料”，也是工業(yè)原料之一。 在糖化學(xué)研究中，烯糖，如1 ，2 不飽和烯糖，作為戊糖和己糖的衍生物，是一種非常重 要的手性結(jié)構(gòu)單元，它的出現(xiàn)引起了糖化學(xué)研究學(xué)者的極大興趣。 在烯糖分子中，對其雙鍵進(jìn)行修飾，可以得到一系列衍生物，如2 脫氧糖苷或2 。3 不飽和糖苷等。烯糖的立體選擇性糖苷化反應(yīng)是制備糖苷的一種重要的、直接的、成熟 的方法。在糖化學(xué)中，2 ，3 - 不飽和糖苷嘲占有非常重要的地位，因?yàn)閏 - 2 和c - 3 的不飽 和鍵可以進(jìn)行各種各樣的官能團(tuán)轉(zhuǎn)化。1 9 6 9 年，f c r d e r 等【6 7 】使用烯糖與醇或酚在路易 6 a 赦 。頁 c ，h，i 石 菸 。 = 9 ：1 ) 2 0 0 1 年，j h i l h s y a d a v 等【j j 報(bào)道了使用四氫鋁鋰正r a n ) 做催化劑，烯丙基三甲基 硅烷和各種烯糖合成不飽和c 二糖苷的反應(yīng)。t a k h im 等 i t 0 等報(bào)道了y b ( o t f ) 3 催化下三 一d - 乙酰基- d 葡烯糖和三甲基硅烷基親核試劑在室溫條件下反應(yīng)合成了不飽和c 糖苷。 室溫離子液體( r t i l s ) 的出現(xiàn)，給我們提供了一種新的反應(yīng)介質(zhì)，并且也很有希望取 代普通的有機(jī)溶劑1 1 1 1 1 。離子液體本身的性質(zhì)決定了它可以作為一種廣泛的溶劑用于有 機(jī)合成1 1 1 2 ，1 1 3 1 、有機(jī)金屬催化f 1 1 4 t t s 、生物轉(zhuǎn)化作用等 1 1 6 ，1 1 7 1 。s i d d a m a n j a i a h 等1 1 8 1 使用 離子液體 b m i m b f 4 和 b m i m n t f 2 作溶劑，在y b ( o t f ) 3 催化下，也實(shí)現(xiàn)了葡烯糖的 c 糖苷化反應(yīng)。 糖基氰化物是c - 糖苷的一種非常重要的中間體，因?yàn)榍杌梢赃M(jìn)一步的進(jìn)行官能團(tuán) 轉(zhuǎn)化。糖基氰化物已經(jīng)用來合成c 核苷抗生素及其類似物i t 嘲。m a s a h i k oh a y a s h i 等【1 2 0 l 在p d ( o a c h 催化條件下，使用烯糖和氰基三甲基硅烷反應(yīng)，在加熱的條件下，合成了 不飽和糖基氰化物。之后，同樣是m a s a h i k oh a y a s h i 等【1 2 1 】報(bào)道了各種烯糖和氰基三甲 基硅烷在不使用催化劑條件下的糖苷化反應(yīng)。此外，p d ( o a c ) 2 1 捌也可用來催化合成芳 p | r 塒 第一章綜述 基化合物與乙?；┨堑闹嘏欧磻?yīng)，得到的產(chǎn)物均為伽構(gòu)型的2 , 3 不飽和糖苷。 壘璺皇竺 1 0m 0 1 ，p d ( o a c ) 2 m e c h ，r t a r = - p h ，4 - m e o p h 2 - m e p h 4 - c f 3 p h 4 - c i 碘除了可以用來催化合成o - 糖苷，也可以用來合成不飽和c - 糖苷。r u n g d 協(xié)p h a s a c c n g 掣1 2 3 1 用碘作催化劑，3 , 4 , 6 三凸乙酰基d 葡烯糖和炔基硅烷反應(yīng)來合成了c 不 飽和糖苷，產(chǎn)物均為a 構(gòu)型。j s y a d a v 等n 2 a , l z 5 報(bào)道了使用i n b r 3 做催化劑下各種烯糖 和取代硅烷的反應(yīng)，反應(yīng)在室溫條件下進(jìn)行，產(chǎn)率高，具有很好的選擇性。 + 一r 崠r 1 2 32 , 3 一不飽和譬糖苷的合成 硫苷是合成許多天然化合物的一種重要中間體，同樣有著非常重要的地位。人們已 經(jīng)使用s n c l 4 1 1 2 6 ，b f 3 - o e t 2 1 2 7 1 等催化劑來合成2 ，3 不飽和硫苷，近年來，b a b ub s 等【1 2 8 1 使用l i b f 4 作催化劑，在室溫條件下實(shí)現(xiàn)了從3 , 4 ，6 三凸乙?；鵧 葡烯糖和硫醇或硫酚 合成2 ，3 - 不飽和糖苷。s o m a kp a u l 等【1 2 9 報(bào)道了乙?；┨呛推S基烯糖在硝酸鈰銨的 催化下和硫代乙醇的反應(yīng)，在生成2 脫氧1 硫苷的同時(shí)，也有2 ，3 不飽和硫苷的生成， 但是2 , 3 - 不飽和硫苷的產(chǎn)率比較低，最高產(chǎn)率只有5 5 。 ! 些型! 旦出塑竺唑：璺苧坐 m e c n 0o d n ，1 5 h 臻r i 咄= a c , r r 2 2 ：= 撼滯 3 ：r 12b n ，r 2 = h r 3 = o b n 4 = r i = b n r 2 = o b n ，r 3 = h 蕊+ 籀r 4 1 2 ：r t 餓魯 他髻 住害 1 6 量 1 7 是 凡 a c , r 25 h r a 2 0 a c s e t r 5 = h a c 。r 2 = h 。r a = o a c h ，r 5 ；s e t a c r 2 = o a c r a = h s e tr 5 = h a c r 22 0 a c 。r a 2 h h ，r s = s e t b n r 2 = o b n r 3 = h s e t r 5 = h b n r 2 = o b n 。r 3 2 h h ，r s = s e t 訛呲洲螄咖州科 瓣攀一 =：， 凡凡凡艮凡凡r凡艮mrmr ， 霞t&裊 第一章綜述 1 2 42 , 3 不飽和- 糖苷的合成 和其他d ，c ，不飽和糖苷一樣，2 ，3 不飽和- 糖苷也是核苷中重要的糖苷元， 廣泛地存在于許多藥劑如抗生素、抗腫瘤或抗病毒藥物中n 3 0 l 。然而在眾多的糖苷化反 應(yīng)中，許多的f e f r i e r 重排反應(yīng)是關(guān)于d - ，c ，墨不飽和糖苷的合成，很少有關(guān)于2 3 不飽和糖苷的合成。2 0 0 4 年，s c h a n d r a l d l a r 等】報(bào)道了在b ( c 6 f 5 ) 3 催化下3 , 4 , 6 三d - 乙?；? d 葡烯糖和各種氮親核試劑的反應(yīng)。 + r - n h 2 一b ( c s f s ) 3 ( 0 5m 0 1 ) c h 3 c n l t o a c r = a r s 0 2 o r c b z o r b o c 叭0 、丫m 、r 腳- 綜上所述，f c r r i e r 重排反應(yīng)使用的催化劑包括路易士酸和氧化劑等。有些催化劑存 在價(jià)格昂貴、不穩(wěn)定、選擇性低，有些反應(yīng)條件苛刻等缺點(diǎn)。因此，我們力求尋找一種 低廉、有效、環(huán)保、選擇性好的催化劑，以適應(yīng)現(xiàn)代社會對綠色化學(xué)的要求。 1 4 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸鐵催化下的f e a x i e r 重捧反應(yīng) 2 乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f e r r i e r 重排反應(yīng) 2 1 前言 硯a c o 、 yv 器o a c 晉移v 2 2 實(shí)驗(yàn)部分 2 2 1 測試儀器及使用條件 ( 一) 核磁共振譜用b m k 盯a c4 0 0 核磁共振儀測定，t i v i s 為內(nèi)標(biāo)，c d c b 或d m s o - d 6 為溶劑； ( 二) 質(zhì)譜用i - 1 p 5 9 8 9 b 型質(zhì)譜儀測定。 2 2 2 有機(jī)溶劑中f e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 催化下的f e r r i e r 重排反應(yīng) 第二章乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f c n i c r 重捧反應(yīng) ( ) 反應(yīng)機(jī)理： + r j o h f e 2 ( s 0 4 ) 3 - x h 2 0 m e c n 6 0 o c 1 ( 二) 所用試劑： 所用試劑均為市售分析純試劑，使用前均經(jīng)無水處理；3 , 4 ，6 三d 乙酰基m 葡烯糖 為進(jìn)口試劑。2 ，3 - - o - 乙酰基尿苷根據(jù)文獻(xiàn)已有方法自己合成。 水合硫酸鐵為分析純試劑，f c ( ) 的含量為2 1 2 3 ； 乙腈 丸l 乙天津科密歐試劑公司 乙醇 a r 北京化工廠 丙醇 a i 乙 ， 北京化工廠 異丙醇 a i 乙天津科密歐試劑公司 丁醇 a &北京化工廠 異丁醇 a &上海試劑一廠 環(huán)己醇 a 1 乙 上海試劑一廠 苯甲醇 a 北京化工廠 烯丙醇 a &上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)站 2 氯乙醇a 北京化工廠 ( 三) 實(shí)驗(yàn)步驟： ( 1 ) 2 ，3 - 二d _ 乙?；蜍盏暮铣?在2 5m l 圓底燒瓶中加入尿苷4 8 8m g ( 2r e t 0 0 1 ) ，三苯基氯甲烷6 6 8m g ( 2 4 m m o o ，毗啶8m l ，在8 0 c 條件下攪拌回流過夜，然后粗分得到產(chǎn)品l ；然后將1 溶解在 8m l 吡啶中，加入過量醋酸酐，加入1 0t 0 0 1 4 - _ - q j 基氨基吡啶m a p ) ，室溫下反應(yīng) 2 4 h ，然后粗分得到2 ；將2 溶解在二氯甲烷中，使用水合氯化鐵作催化劑室溫?cái)嚢璺磻?yīng) 3 0 分鐘即可得到3 ，柱層析純化。 1 6 玻 第二章乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f c n i c r 重捧反應(yīng) lt 壘t ( a ) t r c i p y d d i n e , 8 0 c ；( b ) a c 2 0 d m a p p y r i d i n e ；( c ) f e c l 3 6 h 2 0 ，c h 2 c 1 2 ； ( 2 ) 3 , 4 ，6 - 三d 乙?；鵧 葡烯糖在水合硫酸鐵催化下的f e r r i e r = 重_ 排反應(yīng) 在5 m l 的圓底燒瓶中加入3 4 ，6 - 三凸乙酰基d 一葡烯糖1 0 0n a g ( o 3 7r e t 0 0 1 ) ，醇1 1 0 m m o l 和1 9n a g ( o 0 0 3 7m m 0 1 ) l 1 蚓的水合硫酸鐵粉末，最后加入乙腈2m l ，然后在6 0 1 2 條件下攪拌。整個(gè)反應(yīng)過程用t l c 檢測，使用高錳酸鉀溶液或磷鉬酸的乙醇溶液顯色。 當(dāng)反應(yīng)原料點(diǎn)完全消失時(shí)，停止反應(yīng)。濾出催化劑，并用干燥的丙酮洗滌，以備下次使 用。混合濾液，濾液經(jīng)飽和食鹽水洗滌后用無水硫酸鈉干燥過夜，過濾，濃縮后使用硅 膠柱色譜分離( 使用石油醚乙酸乙酯體系為展開劑) 。得到純品。 2 3 結(jié)果和討論 ( i 一) 我們以水合硫酸鐵為催化劑，在6 0 c 的條件下進(jìn)行了各種醇和3 , 4 ，6 - 三一d 乙?；?_ d 葡烯糖的f e r r i e r 重排反應(yīng)。制備了l o 種2 ，3 一不飽和糖苷，結(jié)果列于t a b l e1 中。 t a b l el 水合硫酸鐵催化下3 , 4 ，6 三一凸乙?；? d 一葡烯糖的糖苷化反應(yīng) c o n d i t i o n 。 e n t r y s u b s t r a t ea l c o h o lp r o d u c t t u n ey i e l d ( 呦6 2 3 h o 、 l a h o l b l e 囝 2 a 糊 丫d 、1 o 腳u 2 b 瑚、丫，o 、y 7 腳l 、l 2 e 29 l 28 4 1 7 第二章乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f c n i c t 重捧反應(yīng) 。a l lt h er e a c t i o n sw e r ep r o c e 越e da t6 0o c “i s o l a t e dy i e l d s , a l lp r o d u c t sw e r ec h a r a e t e r e db y1 hn m ra n do n l yao b s e r v e d 。t h ey i e l d s 黼b a s e do nt h e7 0 0 , 6c o n v e r s i o nr a t e so f n u c l e o s i d e 從實(shí)驗(yàn)過程和t a b l e1 的數(shù)據(jù)我們可以得出以下結(jié)論： ( 1 ) 在2 3 不飽和糖苷的制備過程中，由于水合硫酸鐵不溶于乙腈和醇的液相，其在反 應(yīng)過程中始終呈固態(tài)粉末狀分散于反應(yīng)體系中，所以水合硫酸鐵在該體系中是作為一種 多相催化劑使用，使催化劑的回收利用非常方便。 1 8 第二章乙酰化葡烯糖在水合硫酸鐵催化下的f e r d e r 重捧反應(yīng) ( 2 ) 水合硫酸鐵作為多相催化劑可以高效地催化2 ，3 不飽和糖苷的合成，反應(yīng)在6 0 條 件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)率良好，大多數(shù)反應(yīng)時(shí)間較短，并且具有很好的選擇性，所得到的2 ，3 一 不飽和糖苷均為m 構(gòu)型。 ( 3 ) 此反應(yīng)在該條件下有一定的化學(xué)選擇性。對于氧化基敏感的官能團(tuán)( 如雙鍵) 以及 鹵素等在該反應(yīng)條件下均可完好的保存下來。 ( 4 ) 相對于文獻(xiàn)報(bào)道的合成方法來說，在水合硫酸鐵催化下的f e r r i e r 重排反應(yīng)，我們得 到的是單一構(gòu)型的2 ，3 不飽和糖苷，所得的產(chǎn)物均為似構(gòu)型。 ( 5 ) 我們以水合硫酸鐵為催化劑，也嘗試了3 ，4 ，6 三o 乙?；鵧 葡烯糖和肛親核試劑或 酚在6 0 ( 2 條件下的反應(yīng)，但遺憾的是，對甲苯磺酰胺、磺胺或苯酚在乙腈中和3 , 4 ，6 - 三 d 乙?；鵧 葡烯糖既不發(fā)生重排反應(yīng)，也不發(fā)生加成反應(yīng)。 ( 二) 我們以0 1 8m m o l 葡烯糖、o 5 4m m o l 乙醇和0 0 0 1 8m m o l 水合硫酸鐵為原料，在6 0 1 2 條件下考查了溶劑對反應(yīng)的影響，結(jié)果列于t a b l e2 中。 t a b l e2 各種溶劑對合成2 ，3 不飽和糖苷反應(yīng)的影響 n o 溶劑 反應(yīng)時(shí)間( m i n )產(chǎn)率( ) l丙酮607 6 2二氯甲烷6 06 5 3m - 二甲基甲酰胺6 0 4 四氫呋喃 6 0 5乙腈 6 0 8 6 從t a b l e 2 可以看出，同樣的條件下，在反應(yīng)6 0 分鐘后，葡烯糖和乙醇在乙腈溶劑 取得了比較好的結(jié)果，最高產(chǎn)率達(dá)到8 6 。而在四氫呋喃和m - 二甲基甲酰胺中，此反 應(yīng)卻不能進(jìn)行。我們推測可能是由于四氫呋喃和m l 二甲基甲酰胺提供的弱堿性環(huán)境， 使催化劑水合硫酸鐵失效，致使該反應(yīng)不能進(jìn)行。 ( 三) 我們以0 3 6 7m m o l 的葡烯糖和1 1 0 1m m o l 的乙醇為原料，考察了催化劑的用量對 反應(yīng)的影響，結(jié)果列于t a b l e3 中。 t a b l e 3 水合硫酸鐵用量對乙?；舷┨翘擒栈磻?yīng)的影響 n o a l c o h o l f 咄驢囂 1 c h 3 c h 2 0 h 0 5 7 8 2 c h 3 c h 2 0 hl8 6 3 c 8 3 c h 2 0 h2 8 6 4 c h 3 c h 2 0 h 58 5 5 c h 3 c h 2 0 h 1 08 6 1 9 第二章乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f e r r i e r 重捧反應(yīng) 。r e a c t i o nw g l ep e r f o r m e du s i n g3 , 4 ，6 - t d - o - a c e t y l - d g l u c a l ( o 3 6 7m m 0 1 ) ，e t h a n o l ( 1 1 0 1 m m 0 1 ) a n df e 2 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0i na n h y d r o u sa c e t o n i t r i l ea t6 0o ca n dw e r eq u e n c h e da f t e r6 0 m h b i s o l a t e dy i e l d s 從t a b l e3 可以看出，催化劑水合硫酸鐵的用量相對較少。對于同樣數(shù)量的底物，l t 0 0 1 量的催化劑已經(jīng)可以高效的催化該反應(yīng)過程；經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0 5m 0 1 催化 劑量的水合硫酸鐵就可以催化該反應(yīng)并且得到很好的產(chǎn)率，但反應(yīng)時(shí)間需要適當(dāng)?shù)难?長。 ( 四) 同時(shí)，我們以0 3 6 7 m m o l 的葡烯糖和1 1 0 1m m o l 的乙醇為原料，在1 ( s 0 4 ) 3 x h 2 0 ( 1 9 m g ，lt 0 0 1 ) 催化下考察了溫度對反應(yīng)的影響，結(jié)果列于t a b l e 4 中。 t a b l e4 水合硫酸鐵催化下溫度對乙?；舷┨翘擒栈磻?yīng)的影響 n o a l c o h o l 肆菡游 l c h 3 c h 2 0 h 4 02 1 0 7 2 2 c h 3 c h 2 0 h 5 01 0 08 2 3 c h 3 c h 2 0 h 6 06 08 6 4 c h 3 c h 2 0 h 8 06 08 6 。i s o l a t e dy i e l d s 從t a b l e4 可以看出，反應(yīng)在6 0 0 c 進(jìn)行時(shí)，6 0 分鐘即可完成反應(yīng)，取得最好的收 率，但是如果降低反應(yīng)溫度，需相應(yīng)地延長反應(yīng)時(shí)間，并且得不到最好產(chǎn)率。同時(shí)，我 們也在室溫條件下進(jìn)行了該反應(yīng)，但是反應(yīng)時(shí)間長，并且有其他副產(chǎn)物的產(chǎn)生。 ( 五) 我們以乙?；舷┨呛鸵掖挤磻?yīng)為例考察了催化劑水合硫酸鐵重復(fù)使用情況。我們 對回收來的催化劑未進(jìn)行任何處理，直接用于下一輪反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列予t a b l e5 中。 t a b l e5 水合硫酸鐵的回收和再利用 r o u n ds u b s u a t e r e p 蛐o v e r o t l n l 尹l n器 t g liii 鈾j 1 c h 3 c h 2 0 h 0 0 3 2 86 08 6 2c h 3 c h 2 0 h0 0 3 2 66 08 5 3c h 3 c h 2 0 h0 0 3 2 57 08 5 4 c h 3 c h 2 0 h 0 0 3 2 28 0 8 4 t h er e a c t i o n sw e r ec a r r i e do u ta t6 0o c bi s o l a t e dy i e l d ：a l lt h e p r o d u c t sw e l ei d e n t i f i e db y1 hn m r 催化劑方便的回收和高效的重復(fù)使用是綠色化學(xué)倡導(dǎo)的一個(gè)方面。從實(shí)驗(yàn)過程和 t a b l e 5 的數(shù)據(jù)中可以看出，我們使用的催化劑水合硫酸鐵在反應(yīng)結(jié)束后很容易回收，而 且不需要任何活化就可高效地重復(fù)利用?；厥盏拇呋瘎┧狭蛩徼F在循環(huán)使用4 次時(shí)仍 然有很高的催化活性。 第二章乙?；舷┨窃谒狭蛩徼F催化下的f e r d e r 重拌反應(yīng) 綜合考慮催化劑的高效、廉價(jià)、低毒和方便回收利用等特點(diǎn)，溫和的反應(yīng)條件，簡 便的操作過程和較短的反應(yīng)時(shí)間以及好的收率，上述水合硫酸鐵催化合成2 ，3 不飽和糖 瞀的方法為這類化合物的制備提供了一個(gè)比較綠色的合成方法。 ( j ) 水合硫酸鐵催化的f e r r i e r 重排反應(yīng)機(jī)理推測和產(chǎn)物的構(gòu)型分析 警k 兩1 旦a e o 0 0 a r 乙酰化葡烯糖在路易士酸的催化下，c 3 上的- o a c 基團(tuán)離去，形成了一個(gè)離域的正 離子中間體，親核試劑進(jìn)攻c l ，由于熱力學(xué)控制和端基異構(gòu)效應(yīng)，形成穩(wěn)定的0 【構(gòu)型 2 ，3 不飽和產(chǎn)物。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，c x - 構(gòu)型的2 ，3 不飽和糖苷和d 構(gòu)型的2 , 3 不飽和糖苷可以 分別由o l l 5 和5 王l o 的構(gòu)象來確定。在1 h n m r 圖譜中，產(chǎn)物構(gòu)型可以由h - 4 和h - 5 的偶 合常數(shù)來確定。在我們的實(shí)驗(yàn)過程中，各種親核試劑和烯糖反應(yīng)得到的產(chǎn)物，其偶合常 數(shù) 5 均在9 6 1 0h z 之間，h - 4 和h 5 處在反式直立鍵位置，因此，我們確定得到的 2 。