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摘要：炔烃是药物和天然产物结构中的一种非常重要的骨架，其炔基可以与多种化合物反应转化为其他官能团的产物，所以其合成一直是有机化学家研究的重点。近些年，C—H活化反应被广泛研究，可以直接被官能团化，而不需要事先进行活化。因此，用金属直接催化进行C—H炔化反应已成为一种非常有前景的合成炔烃的方法，以获得炔类化合物。文章旨在[RuCl2(p-cymene)]2催化剂的催化作用下，在导向基团硫代酰胺的导向下，使二茂铁环与炔基化试剂进行反应生成一种高产率的双炔基化的二茂铁硫代酰胺化合物。
关键词：钌催化；C—H炔基化；硫代酰胺
1研究背景
C—H键在有机化学中是一个非常普遍且广泛存在的化学键，C—H键的键能相较于其他类型的化学键非常高，然而碳和氢元素的电负性却又很接近，这又导致C—H键的极性很低，从而使得它的惰性很高[1]。含有炔基的化合物在医药化学和化学工业中是一种非常重要且受欢迎的中间体。合成化学家目前十分关注炔烃的合成和其功能化修饰。近年来，由于对交叉偶合反应的高度关注与研究完善，使得经典交叉偶合[2]反应得到了更好的发展和更加广泛的应用，不仅应用于有机化学合成领域、化学材料合成工艺，而且对于医药产品的构建同样也十分重要。故本文致力于在金属催化剂钌的催化下，以硫代酰胺为导向基团，在二茂铁环上引入炔基，使二茂铁环更加活泼，然后在模板反应的基础上，筛选出可获得更高产率的条件与反应环境。
2反应条件的筛选
2.1模板反应的构建
通过实验的预反应探索，以N,N-二乙基二茂铁甲硫代酰甲胺(0.1 mmol、30.1 mg)作为反应物，以三异丙基硅基乙炔基溴(4 eq、104 mg)作为炔基的来源，在[RuCl2(p-cymene)]2[3]的催化下，二氯甲烷作为反应溶剂，在100℃的反应温度下对反应展开研究。在初步确定实验条件的基础上，通过向其中加入不同的添加剂、筛选不同的催化剂、筛选不同的溶剂以及改变反应物的用量等方面来提高目标产物的产率，从而使反应条件最优化。
2.2探究溶剂对反应的影响
经过对温度的初步筛选，发现在100℃时反应可以很大程度地向着生成双炔基产物发生，于是在100℃的温度下探究反应在各种不同溶剂中进行时双炔基化产物的产率，如表1所示。经过对不同溶剂中目标产物产率的计算与比较，发现反应只有在二氯甲烷中进行时，可以得到较高的目标产物收率，在氯苯、甲醇、三氯甲苯等溶剂中的反应效果不明显，在六氟乙醇、乙二醇二甲醚、乙腈等溶剂中并未发生双炔基化的反应。因此在二氯甲烷的反应环境中展开研究。
2.3探究不同催化剂对反应的影响
在实验的预反应中，催化剂是促使反应发生的关键因素，如若没有催化剂的催化作用，反应很难发生，对不同的反应，催化剂的催化效能也不相同。因此，在确定二氯甲烷为反应的溶剂之后，对几种不同的过渡金属催化剂催化该反应的催化性能进行了探索，如表2所示。本文主要筛选了铱、钴、钯、钌四种过渡金属盐催化剂，分别将四种催化剂加入同一类型添加物的反应管中进行反应，对产物进行产率计算与分析，发现钯、铱、钴的金属盐作为催化剂时未发生双炔基化，在[RuCl2(p-cymene)]2作为催化剂进行反应时，二茂铁硫酰胺的双炔基化效果最好，且副反应较少。
2.4控制实验
在该反应中，需要加入不同的氧化剂和其他添加物，确定了在反应温度为100℃、反应溶剂为二氯甲烷、[RuCl2(p-cymene)]2作为催化剂的条件下，又对反应中的几种添加物进行了必要性的探究，应用控制变量的研究方法计算产率后，比较分析得出结论，如表3所示。通过控制实验可以得出以下结论：在去掉碱性添加剂、配体之后会有微量的底物进行双炔基化反应；去掉氧化剂、催化剂之后，该反应不发生，产率为0；没有氩气的保护下，双炔基化也不发生，由此，可以确定在反应中加入的添加剂都是必要存在的，氩气的保护也是不可缺少的。
2.5探究硫酰胺用量对反应的影响
在确定了以上反应条件后，还探究了二茂铁硫酰胺的不同使用量对双炔基化产物产率的影响，如表4所示，通过对产率的计算与分析，发现0.1 mmol的二茂铁硫酰胺生成双炔基化的产率最高。
在以上确定的最佳反应条件下，二茂铁硫酰胺双炔基化的产率能达到79%。
2.6底物扩展
通过模板反应，确定此反应的最佳反应条件后，在该条件下对模板反应的底物进行了简单扩展，如图1所示，在底物扩展中，部分取得了比较不错的产率。
3实验部分
3.1实验仪器
实验仪器如表5所示。
3.2原料和试剂
原料和试剂如表6所示。
3.3原料的合成与表征
(1)三异丙基硅基乙炔溴的合成
在N2置换的条件下，在250 mL的圆底烧瓶中加入三异丙基硅基乙炔(6.15 mL，27.4 mmol)、N-溴代丁二酰亚胺(5.61 g，27.4 mmol)、AgNO3(4.65 g，27.4 mmol)和丙酮(100 mL)。在22℃下反应，搅拌2 h，反应结束后，向瓶内加入30 mL H2O使反应淬灭，再用10 mL正己烷对反应进行稀释。分离出有机相，剩余水相使用正己烷萃取3次，每次使用25 mL正己烷，萃取液与有机相进行合并，然后用20 mL盐水清洗2次。之后用硫酸镁干燥、过滤、减压浓缩，得到清澈的油状物——三异丙基硅基乙炔溴(7.29 g)。
(2)N,N-二乙基二茂铁甲硫酰胺的合成
步骤1：在圆底烧瓶中加入二茂铁甲酸(20 mmol，4.6 g)、DMF(10滴)和CH2 Cl 2(60 mL)，然后在室温下搅拌得到混合物(溶液)，将此溶液放置于冰水浴中(0℃)中逐滴滴加草酰氯(30 mmol，2.6 mL)(毒性大，在通风橱进行)，滴加结束后，混合物移至室温下搅拌3 h，得到的产物(溶液)真空旋蒸除去多余的COD2与DCM，得到油状粗产物。然后将粗产品溶于60 mL DCM中并移到冰水浴中，使用注射器向该混合液中加入二乙胺(30 mmol，3 mL)和NEt3(40 mol，5.5 mL)，添加完成后，从冰水浴中取出该反应，并在室温(25℃)下搅拌、过夜。过夜后，通过注射器向其中加入1 mol/L HCl(40 mL)淬灭反应，并用DCM(50 mL×2)萃取有机相和水相，使有机相合并，之后用饱和食盐水清洗，用Na2 SO4干燥、过滤、真空旋蒸，得到第一步粗混合物。粗产物(混合物)通过柱层析分离纯化(PE：EA=5：1至1：1)，梯度洗脱，收集溶液，真空旋蒸后可得到黄色的固体N,N-二乙基二茂铁酰胺(73%,4.3 g)。
步骤2：将N,N-二乙基二茂铁酰胺(10 mmol，2.85 g)和劳森试剂(6 mol，2.4 g)抽真空充氮气3次后溶解入30 mL甲苯中。然后将反应置于预热油浴120℃反应6 h，反应结束后冷却至室温，真空旋蒸。通过硅胶柱层析使产物纯化(PE：EA=20：1至10：1)，可得到黄色或红色固体的N,N-二乙基二茂铁甲硫酰胺(80%，2.4 g)。
3.4产物的合成及表征
将反应管用乙酸乙酯溶剂清洗干净，然后在烘箱中烘干，待反应管冷却后反应，依次在反应管中加入30.1 mg N,N-二乙基二茂铁甲硫酰胺(0.1 mmol)、104 mg三异丙基硅基乙炔溴(4 eq)、3.1 mg[RuCl2(p-cymene)]2、13.8 mg六氟锑酸银、55.1 mg碳酸银、27.6 mg碳酸钾、3 mL二氯甲烷，在100℃下搅拌加热仪上反应13 h，然后使用薄层色谱对产物进行确定与追踪，通过硅胶柱分离得到目标产物。用氘代氯仿作为溶剂，使用核磁共振仪测定产物的H谱、C谱，然后使用MestReNova进行产物的表征、分析。反应产物如图2～图4所示。
4.结语
通过本实验的研究，在硫酰胺导向的二茂铁环上引入了两个炔基，生成了二茂铁硫酰胺双炔基化的产物，得出了一种以[RuCl，(p-cymene)]为催化剂进行C—H炔基化的方法，该反应的应用范围很广，所得目标产物的产率也较高，可以进行多种产物的扩展，且可以将此反应应用于合成抗抑郁等药物。
此反应是30.1mg N，N-二乙基二茂铁甲硫酰胺和104mg三异丙基硅基乙炔基溴在100℃下，在3mL的二氯甲烷溶剂中，加入3.1 mg[RuCl，(p-cymene)]：催化剂，在氩气的保护下，搅拌反应13h生成双炔基化的二茂铁衍生物。此反应还需要加入55.1mg氧化剂碳酸银、13.8mg配体六氟锑酸银、27.6mg碱性物质碳酸钾。在此反应条件下，产率为79%。
参考文献：
[1]李丙文.钯催化多组分合成五.六元环化合物反应的理论研究[D].长春：吉林大学，2020.
[2]SONOGASHIRA K，TOHDA Y，HAGIHARAN.A convenient synthesis of acetylenes：catalyticsubstitutions of acetylenic hydrogen with bromoalkenes，iodoarenes and bromopyridines[J].Tetrahedron letters，1975，16(50)：4467-4470
[3]]王明明，王子潇，商明，等.过渡金属催化的C-H炔基化反应[J].有机化学，2015，35(3)：570-577.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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催化弱配位基团参与的C—H炔基化反应研究论文
人参与 2024-11-25 11:32:29 分类 : 管理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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