銥催化亞胺導(dǎo)向的碳?xì)滏I胺化反應(yīng)研.doc

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1、銥催化亞胺導(dǎo)向的碳?xì)滏I胺化反應(yīng)研究化學(xué)學(xué)院13級吳斌摘要：我們使用了以銥為中心的有機(jī)金屬催化劑實現(xiàn)了芳基亞胺類化合物鄰位的分子間胺化，通過鹽酸水解亞胺可以高效地得到對應(yīng)的醛。實驗結(jié)果顯示，各種官能團(tuán)在反應(yīng)中都能得到良好的兼容，以不錯的收率得到胺化后的產(chǎn)物。含氮的基團(tuán)廣泛存在于天然產(chǎn)物和藥物分子中，因此碳氮鍵的構(gòu)建對于有機(jī)合成有著重大的意義。目前有機(jī)方法學(xué)發(fā)展出的Ullman–Goldberg胺化[1]和Buchwald–Hartwig[2]胺化反應(yīng)能夠高效可靠地構(gòu)建C(sp2)-N鍵，同時直接將碳?xì)滏I胺化有著原子和步驟經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢，也得到了廣泛的關(guān)注。碳?xì)滏I的胺

2、化反應(yīng)研究工作大致可以分為兩大類，第一類是通過高活性的氮賓等物種對于碳?xì)滏I的插入[3]，另一類是使用導(dǎo)向基先經(jīng)過碳?xì)滏I活化得到環(huán)金屬物種，然后和胺化試劑反應(yīng)構(gòu)建碳氮鍵。對于后者，sukbokchang[4]、焦寧[5]、Bolm[6]等人使用有機(jī)疊氮化合物作為胺化試劑做了許多漂亮的工作。醛類化合物是一類重要的有機(jī)原料，可以進(jìn)行各種反應(yīng)轉(zhuǎn)化。由于醛基本身的弱配位能力和產(chǎn)生的中間體的不穩(wěn)定性，醛類化合物相比于羧酸、酰胺類化合物其β位碳?xì)滏I的官能團(tuán)化報道相對較少，且底物局限性較大。我們想使用間接的策略將醛基轉(zhuǎn)化成亞胺基團(tuán)，從而實現(xiàn)碳?xì)滏I的官能團(tuán)化反應(yīng)，亞胺相比于肟醚和

3、腙類同樣有導(dǎo)向能力的物質(zhì)，其制備和水解都要相對要容易一些。目前，亞胺導(dǎo)向的C(sp2)-H鍵的芳基化、烷基化、炔基化等形成碳碳鍵的反應(yīng)都已經(jīng)得到了報道[7]，而我們成功地實現(xiàn)了亞胺導(dǎo)向的分子間胺化反應(yīng)。我使用鄰溴苯甲醛和對甲氧基苯胺反應(yīng)生成的亞胺作為底物,該亞胺鄰位有取代基避免了雙取代產(chǎn)物的生成，使用對甲基苯磺酰疊氮作為胺化試劑嘗試反應(yīng)條件。我高興地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用5mol%的[Cp*IrCl2]2作為反應(yīng)的催化劑，加入20mol%的AgPF6作為添加劑，加入兩個當(dāng)量的疊氮試劑，在二氯乙烷中一百攝氏度下反應(yīng)十二個小時，再用鹽酸水解亞胺，能以91%的產(chǎn)率得到對應(yīng)的醛。

4、而醛在該反應(yīng)體系中并不會發(fā)生反應(yīng)，這說明了亞胺基團(tuán)的必要性。繼續(xù)優(yōu)化條件發(fā)現(xiàn)催化劑、銀鹽、疊氮試劑的量可以降低一些。當(dāng)把對甲氧基苯胺上的甲氧基換成其他基團(tuán)如氫和氯時，反應(yīng)效率會降低。最終反應(yīng)條件如圖1所示，所有催化反應(yīng)亞胺的投料量都為0.2mmol。圖1：催化反應(yīng)式得到最優(yōu)的反應(yīng)條件以后，我合成了一系列的亞胺類化合物，合成方法如圖2所示，醛和苯胺在無水硫酸鎂的存在下室溫反應(yīng)約3h，后經(jīng)過重結(jié)晶或者蒸餾提純，只有鄰位是酯基的亞胺是通過柱色譜純化的，當(dāng)R2為硝基時，苯胺的親核性較弱，反應(yīng)需要加熱。最終合成的亞胺分子式如圖3所示。圖2：合成亞胺反應(yīng)式圖3：合成亞胺的分

5、子式我以TsN3為胺化試劑，使用了合成的部分亞胺進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果如下圖4所示?？梢钥闯鲈摲磻?yīng)無法發(fā)生在C(sp3)-H鍵上(1a)，當(dāng)?shù)孜锊荒芊磻?yīng)形成穩(wěn)定的五元環(huán)金屬物種時該反應(yīng)也不能進(jìn)行(1b)，各種不同的鹵素基團(tuán)(F、Cl、Br、I)在反應(yīng)中都能夠得到很好地兼容。該反應(yīng)對于三氟甲基、甲基、酯基也是兼容的，各種單取代和雙取代的亞胺都能得到中等到較好的收率。當(dāng)酯基位于鄰位時，反應(yīng)效率較低，可能是由于酯基上的氧原子和亞胺的氮原子與銥金屬中心螯合配位抑制了碳?xì)滏I活化的發(fā)生。1-萘甲醛得到的亞胺是不能發(fā)生反應(yīng)的，而2-萘甲醛生成的亞胺是可以反應(yīng)的(TLC結(jié)果)，

6、對于1-萘甲醛增大催化劑和銀鹽的用量該反應(yīng)還是無法發(fā)生。對于對位甲基取代的亞胺，TLC結(jié)果顯示始終存在單取代和雙取代的胺化產(chǎn)物，而對于間碘取代的亞胺(1f)，反應(yīng)完成后在核磁譜圖上并未發(fā)現(xiàn)有在醛基和碘取代基之間胺化的產(chǎn)物。圖4：亞胺的底物拓展接著，我又對疊氮試劑的底物范圍進(jìn)行了拓展，我合成了一系列疊氮化合物，合成方法如圖5所示，羰基疊氮化合物合成條件相同，芳基疊氮試劑是利用疊氮化鈉和合成的芳基重氮鹽反應(yīng)得到的，所有疊氮化合物均通過柱色譜純化。合成得到的疊氮化合物的分子式如圖6所示。圖5：合成疊氮化合物反應(yīng)式圖6：合成疊氮化合物的分子式我以2，4-二氯苯甲醛和對甲

7、氧基苯胺反應(yīng)得到的亞胺為底物，以合成的部分有機(jī)疊氮化合物作為胺化試劑進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果如圖7所示。圖7：疊氮化合物的底物拓展可以看出不論磺?；B氮試劑的苯環(huán)上是連有給電子基團(tuán)還是吸電子基團(tuán)該反應(yīng)均能得到較好的收率。而芳基疊氮和?；B氮試劑由于自身不夠穩(wěn)定在反應(yīng)條件下容易分解，反應(yīng)效果很差。我們成功地以亞胺為導(dǎo)向基實現(xiàn)了醛類化合物的鄰位高效胺化，反應(yīng)有著較好的官能團(tuán)兼容性。為了簡化反應(yīng)步驟，一鍋法的相關(guān)研究仍在進(jìn)行中。致謝首先要感謝學(xué)校和學(xué)院提供了這樣一個本科生科研資助項目，然后十分感謝施章杰教授提供實驗條件給我開展本研項目，感謝他對于我實驗內(nèi)容中的指導(dǎo)。其次

8、感謝張云飛師兄在實驗操作