（有机化学专业论文）镓试剂催化的cn成键反应研究.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 渊坩螋y 17 3 1 6 8 z 人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文口 论文作者签名：錾垒生 日 导师签名：日期：2 , ol o 二蟹 t_；j1， l p n m 的加入可使三氟甲磺酸盐催化的付克反应效率显著提升，但迄今为止该体 系的应用仅停留在付克反应上。高氯酸镓作为有机反应催化剂的应用尚未报道， 我们的研究表明它能有效催化c - n 键的形成。 本论文分为三个部分：第一部分介绍了三氟甲磺酸镓催化的邻苯二胺与炔酮 的成环反应，高产率合成了二氮杂卓类衍生物。该反应在9 5 乙醇中进行，催化 剂用量少，并且可以反复使用1 0 次以上而产率没有明显降低。第二部分介绍了 l p n m 体系促进的c - n 成键反应，研究发现可选择性的得到n 烷基化、单分子付 克反应和双分子付克反应产物。该过程先后经历了c - n 键的形成、付克反应、c - n 键的断裂和新的c c 键的形成。第三部分介绍了高氯酸镓催化的c - n 成键反应。 所有产物的结构得到了核磁共振谱、质谱等的证实。 关键词：三氟甲磺酸镓；炔酮；二氮杂卓；l p n m ；高氯酸镓 作者：茅海峰 指导老师：邹建平教授 a b s t r a c ts t u d yo nt h ec - nf o r m a t i o nr e a c t i o nc a t a l y z e db yg a l l i u mr e a g e n t s s t u d y o nt h ec - - nf o r m a t i o nr e a c t i o nc a t a l y z e db y g a l l i u mr e a g e n t s a b s t r a c t g a l l i u mt r i f l a t ei sas t a b l er e u s a b l el e w i sa c i dc a t a l y s tw h i c hc a l le a s i l yd i s s o l v ei n p o l a rs o l v e n t ss u c ha sw a t e r , e t o h ，m e o h ，c h 3 c n 。i ti s av e r s a t i l ec a t a l y s t a sa c o - c a t a l y s tc o m m o n l ya c c o m p a n i e d 埘t l lm e t a lt r i f l a t e s ，a p p l i c a t i o n o fl p n m ( l i c l 0 4 一c h 3 n 0 2 ) f o rc a t a l y s i se f f e c tm a i n l yl i e di nt h ef r i d e l - c r a f t sr e a c t i o nc u r r e n t l y g a l l i u mp e r c h l o r a t ei sn e v e rr e p o r t e df o ro r g a n i cr e a c t i o n s ，b u to u rs t u d yc o n f i r m si t s u s a g ei nc - nf o r m a t i o nw h i c hr e f l e c t si t sc a t a l y t i c a lp o w e r t h i st h e s i sc o n t a i n st h r e ep a r t s f i r s t l y , w es t u d i e dt h ec a t a l y t i cp r o p e r t i e so f g a l l i u mt r i f l a t e ， w h i c hc o u l d e f f i c i e n t l yc a t a l y z e t h ec o n d e n s a t i o no f o - p h e n y l e n e d i a m i n e sa n dy n o n e st of o r mb i o a c t i v e1 ，5 - b e n z o d i a z e p i n e si ng o o dy i e l d s t h i sr e a c t i o nw a sc o n d u c t e du n d e r9 5 e t h a n o la tr o o mt e m p e r a t u r ea n dt h eg m l i u m c a t a l y s tc o u l db er e c o v e r e df o r 10t i m e sw i t h o u tad r a s t i c a l l yd i m i n i s h m e n to f c a t a l y t i c a le f f e c tw h i c hh i g h l i g h t e d0 1 1 1 c a t a l y s ta sag r e e nc a t a l y s t s e c o n d l y , ad i r e c t w a y t ob u i l du pc - nb o n di nl p n mm e d i u mw a si n t r o d u c e da n dc h e m o s e l e c t i v i t yw a s s u c c e s s f u l l ya c h i e v e dt oa t t a i nn - a l k y l a t e do rm o n oa n d d o u b l ef r i e d e l c r a f t s p r o d u c t s t h e w h o l ep r o c e s s p r o c e e d e dt h r o u g h t h ef o r m a t i o no fc - nb o n d ， f r i d e l - c r a f t sr e a c t i o n ，b r e a ko fc - nb o n da n dt h es e q u e n tc cb o n df o r m a t i o n f i n a l l y , w ed i dal u t h e rs t u d yi nc - nb o n df o r m a t i o nc a t a l y z e db yg a l l i u mp e r c h l o r a t e a l lt h ep r o d u c t sw e r ec o n f i r m e db y1 hn m r ，1 3 cn m ra n dh r m sa n a l y s i s k e y w o r d s ：g a l l i u mt r i f l a t e ；y n o n e s ；d i a z e p i n e ；l p n m ；g a l l i u mp e r c h l o r a t e w r i t t e nb yh a l - f e n gm a o s u p e r v i s e db yp r o f j i a n p i n gz o u n 目录 第一章引言1 1 1 镓金属及其衍生物在化学中的最新应用综述1 1 2 三氟甲磺酸镓催化的有机反应综述4 1 2 1f r i e d e l c r a f t s 反应5 1 2 2a d o l 反应和s t r e c k e r 反应8 1 2 3 成环和开环反应1o 1 2 4 重排反应1 3 1 3l p n m 体系的应用综述1 4 1 3 1f r i e d e l c r a f t s 反应1 4 1 3 2d i e l s 。a l d e r 反j 立“15 1 3 3m i c h a e l 加成和a d o l 反应15 1 4 参考文献1 6 第二章三氟甲磺酸镓催化生成1 ，5 一苯并二氮杂卓类衍生物“1 9 2 1 文献小结1 9 2 2 结果与讨论1 9 2 2 1 条件优化1 9 2 2 2 底物拓展2 2 2 2 3 产物结构鉴定2 5 2 2 4 机理讨论2 6 2 3 实验部分2 7 2 3 1 三氟甲磺酸镓的合成2 7 2 3 2 邻苯二胺类原料的合成2 7 2 3 3l ，3 二芳基炔酮类化合物的合成2 8 2 3 4 邻苯二胺与1 ，3 二芳基取代炔酮的反应2 8 2 4 谱学数据2 9 2 5 参考文献 第三章l p n m 体系促进的连续c - n 键形成、双分子付克反应研究 3 1 文献小结 3 2 结果与讨论” 3 2 1 条件优化一 3 2 2 底物拓展一 3 2 3 条件优化二 3 2 4 底物拓展二 3 2 5 产物结构鉴定4 4 3 2 6 机理讨论4 7 3 3 实验部分5 0 3 3 1 二苯甲醇原料的制备5 0 3 3 2 苯胺与二苯甲醇合成n 烷基化合物的反应5 2 3 3 3 苯胺与二苯甲醇合成n ，2 二取代( 二苯甲基) 苯胺类衍生物的反应 5 2 3 3 4 苯胺与二苯甲醇合成双分子付克反应产物5 3 3 4 谱学数据“5 3 3 5 参考文献“5 8 第四章高氯酸镓催化的c - n 成键反应研究6 l 4 1 文献小结6 1 4 2 结果与讨论”6 1 4 2 1 条件优化6 l 4 2 2 底物拓展6 3 4 2 3 产物结构鉴定6 7 4 2 4 机理讨论6 8 4 3 实验部分6 9 4 3 1 高氯酸镓的制备”6 9 4 3 2 苯胺与炔醇的亲核反应6 9 4 3 3 苯胺与对羟基苯甲醇的反应6 9 。4 4 谱学数据7 0 4 5 参考文献”7 4 第五章总结7 5 硕士期间发表及待发表文章7 7 附录7 8 1 原料及试剂7 8 i i 仪器和设备7 9 i i i 缩写字母英文对照表7 9 i v 目标化合物一览表8 1 v 部分化合物谱图”8 9 致谢10 1 镓试剂催化的c - n 成键反应研究第一章 第一章引言 镓，原子序数3 1 ，原子量6 9 7 2 3 。熔点2 9 7 8o c ，沸点2 4 0 3o c ，密度5 9 0 4 g c m 3 。固体镓为蓝灰色，液体镓为银白色。1 8 7 5 年法国化学家布瓦博德朗在闪锌 矿的提取物中发现了几克性质与门捷列夫预言的“类铝 相同的元素，并命名为 镓。因此镓是化学史上第一个经理论预言，后在自然界中被发现验证的化学元素。 其纯液体有显著的过冷的趋势，可以放在冰浴内几天不结晶。室温下镓金属质地 柔软，在空气中理化性质稳定。加热可溶于酸和碱。高温时能与大多数金属作用。 由液态转化为固态时，膨胀率为3 1 ，宜存放于塑料容器中。镓在高温下能与硫、 硒、碲、磷、砷、锑反应，生成的化合物都有半导体性质，因而其常应用于半导 体工业，制造发光二极管和激光二极管。 1 1 镓金属及其衍生物在化学中的最新应用综述 最新镓金属在化学应用中的文献大多集中在金属有机化学1 2 和纳米技术领域3 。 而在有机合成领域也报道了一些很优秀的工作。， m a s a k a t s u ，s 课题组在2 0 0 9 年报道了g a ( o i p r ) 3 与y b ( o t f ) 3 以双核金属 催化剂形式共同催化的异氰与醛的不对称加成反应，该反应能够得到很高的e e 值4 。反应 的相关机理还在研究中( s c h e m e1 ) 。 r凡o+脚。、ga(o-者ipr)3yb(otf)3r 1 懈r 3 温州职业技术大学r o n g ，x 课题组也在2 0 0 9 年报道了g a c l 3 催化的吲哚 与查儿酮的共轭加成反应，该反应能在水相中进行，并且具有很高的反应产率5 第一章镓试剂催化的c - n 成键反应研究 + p h 妙o ph蔚10 m 0 1 g a c l 3 同年我们课题组报道了另一个水相反应。在g a ( o t f ) 3 催化下醛，胺和酮的三 组份m a n n i c h 反应能高产率的进行。该反应在水相中进行，产率较高，对各种反 应底物具有普适性，并且该反应在超声波的促进下真正实现了高效绿色化6 ( s c h e m e3 ) 。 10m 0 1 g a ( o t t ) 3 h 2 0 。u l t r a s o n i c s c h e m e3 囝 咖+ 拶b 同样考虑到g a ( o t f ) 3 对于不饱和体系的活化作用，我们课题组尝试了在 g a ( o t 0 3 存在下邻苯二胺与炔酯类底物反应的可能性7 ( s c h e m e4 ) 。实验证实在此 反应中一分子邻苯二胺能与两分子炔酯反应，最终实现了【4 + 2 + 1 】反应。该反应 在超声波无溶剂条件下进行，反应产率较高，是一种形成3 ，4 - = 取代1 ，5 二氮杂 卓类化合物的好方法。 o 1 q 一n h 2 2 + 咀 咧。砥q s c h e m e 4 e e t 2 0 0 9 年s u ，w k 课题组发现了g a ( o t f ) 3 能够与二胺，二酮类化合物发生高 效的成环反应。作者对各类三氟甲磺酸盐催化剂做了筛选，确定g a ( o t f ) 3 在无溶 剂条件下能高效的催化氨基与羰基的加成，并在合适的反应中使该结构成环。该 2 。0艿 o】 眯由 镓试剂催化的c - n 成键反应研究第一章 反应催化剂用量少至0 5t 0 0 1 ，并且实现了无溶剂绿色化反应8 ( s c h e m e5 ) 。 ，j 王、r + h ：n ri05 t 0 0 1 g a ( o t f ) 3 n r 一一+ h z n r _ 戛i 了：二： 一r o ， o o 少k + 0 5m 0 1 g a ( o t f ) 3 h z n 、伶n h 2 三：i ：二i 鬲夏蕊 oh n m n ho 少k 少v k n = 1 。y i e l d = 9 2 n = 2 。y i e l d = 8 9 2 0 0 9 年s a n t i a g o ，gr 课题组报道了一种新型双核金属配合物的合成。该双 核金属镓配合物结构由g a m e 3 与邻苯二甲酰胺衍生物反应制备而来，其结构中含 有的邻苯二甲酰结构使其在癌症的早期检测和治疗中具有重要意义9 ( s c h e m e6 ) 。 o g a m e 3 + r 丫c o o h q t h f | h e x a n e， - c h 4 毁辩 s c h e m e6 2 0 0 9 年s e i f e a ，a 课题组报道了各类不l 司极性的氢化物对镓金属配合物的氧 化加成反应。该反应使镓金属配合物中心金属原子能与各类有机小分子基团成键， 并使镓金属配合物底物得到了全面的拓展1 0 ( s c h e m e7 ) 。 d i p p 甄 n g a n 帅詈邮取ii i 忡。“、d i p p + h 而一d i p p n g i n d i p p d i p p = 2 , 6 p r 2 c 6 h 3 x ：s n p h 3 ，o 虽，n x e t 2 ，p p h 2 ，o h ，h 2 0 1 0 年j u b i ，j 课题组报道了一种全新的开环反应。该反应在有机g a 试剂 和p d 催化剂的作用下能高产率的得到立体选择性开环产物。这类烯丙基溴参与 的开环反应在有机合成中是一类重要的中间步骤因而使得该反应具有重要意义 ( s c h e m e8 ) 。 第一章 镓试剂催化的c - n 成键反应研究 小批n - c 溅o o e 。t + ，e a 番c ，n _ n , c o o e t 2 0 1 0 年k e n s u k e ，k 课题组报道了g a c l 3 催化的卤代烷参与的自由基反应。 该反应中还第一次用核磁和晶体衍射的手段证实了烯基镓中间体的存在，该反应 具有良好的产率1 2 ( s c h e m e9 ) 。 吼s 厂吟+ r 蚓 g a c & r1 【n aj 2 0 1 0 年浙江大学z h o u ，h w 课题组报道了一种全新的g a ( o t f ) 3 催化的 4 + 2 1 串联反应。该反应需要在碱的作用下进行，但这一反应提供了一种直接将前 一反应产物转变为后一反应起始物，并最终实现烯烃与炔烃环加成的串联反应方 法”( s c h e m el o ) 。 e 、 恰 r g a ( o t f ) 3 e t 3 n t o l u e n e s c h e m e1 0 1 2 三氟甲磺酸镓催化的有机反应综述 “超酸”一词于1 9 2 3 年首次被c o n a n t 等用来描述比传统无机酸还强的酸类 物质，尤其是当1 9 5 4 年h a s z e l d i n e 和k i d d 发现了三氟甲磺酸( h o t f ，t f = s 0 2 c f 3 ) ，即所谓的全氟氧超酸后1 4 ，超酸化学迅速发展起来。由于这类超酸可以 和大多数金属化合生成大体积、弱配位的金属盐，因而大量三氟甲磺酸的金属盐 被合成出来并应用于有机反应中。 三氟甲磺酸镓是由三氟甲磺酸和镓金属结合而成。它是一个稳定的超强路易 4 镓试剂催化的c - n 成键反应研究 第一章 斯酸催化剂，易溶于水、乙醇、甲醇、乙腈等极性溶剂，在水相中能够稳定存在 ( 可以解离出一定的质子) ，加热至2 8 0 0 c 不分解。近年来三氟甲磺酸镓( g a l l i u m t r i f l a t e ，g a ( o t f ) 3 ) 作为一个主族金属盐和高效路易斯酸催化剂，其催化的反应有 很多优点，比如反应条件温和、催化效率高、用量小、回收利用简单方便、安全 且对环境友好。 通过查阅文献，我们发现g a ( o t 0 3 可以催化以下一些反应： 1 2 1f r i e d e l c r a f t s 反应 付克反应是一种重要的合成碳碳键的方法，g a ( o t f ) 3 作为强路易斯酸催化剂， 在付克反应中有着自己的优势。 1 9 8 8 年o l a h ，ga 等人首先发现三氟甲磺酸硼、铝、镓盐能够很好的催化付 克烷基化、酰基化以及重排反应1 5 ，1 6 ( s c h e m e11 ) 。与三氯化铝和三氟化硼相比，三 氟甲磺酸镓挥发性低，比较稳定，所以在付克反应方面有重大的应用前景。 r 员r - x x + 6 一 m ( o t f ) 3 。m = b ，a i ，g am ( o t f ) 3 m = b a l ，g a o l a h ，qa 课题组进一步探索了三氟甲磺酸盐催化的溴代金刚烷和甲苯的付 克反应1 7 。结果表明c a ( o z 0 3 催化的反应所需温度低、反应时间短，主产物为间 位产物，伴有二取代产物的生成。说明g a ( o t f ) 3 具有很强的催化活性( s c h e m e 1 2 ) 。 g 洲3 + 脬b ， m ( o t f ) 3 s c h e m e1 2 凰+ 9 吼 由毕 r 众r 莎 第章镓试剂催化的c - n 成键反应研究 同时作者又用g a ( o t f ) 3 催化了异丙醇和取代苯的付克反应1 7 ( s c h e m e1 3 ) 。实 验发现对于一些小位阻的底物如苯、甲苯、苯甲醚，可以得到二取代或三取代产 物，这进一步说明g a ( o t f ) 3 具有很强的催化活性。 r d + 犬 g a ( o t f ) 3 r = h ，m e 。e t ，d i m e ( o ，m p ) ，o m e f c i n = 1 - 4 s c h e m e1 3 2 0 0 3 年o l a h ，qa 等人应用o a ( o t f ) 3 催化了氟代a 酮酸酯对芳( 杂芳) 环 的羟烷基化反应，反应产率高，且具有很好的区域选择性，开拓了一条有效合成 m o s h e r s a c i d 衍生物的新方法”( s c h e m e1 4 ) 。 o a r h+ f 3 c 八c o o e t g a ( o t f ) 3 f h 。c o a 。r 。日 s c h e m e1 4 1 o - m e t h y i a t i o nf 3 c 入c o o h m e 义、a r 2 h y d r o l y s i s + 3 陀s o i u t i o n m e q ，户a r f 3 c c o o h k o b a y a s h i ，s 等人在g a ( o t f ) 3 催化付克反应上也做了很多的工作。他们发现 在不加添加剂的前提下，g a ( o t f ) 3 可以催化酰氯对苯环的付克反应，产率可达8 5 1 9 ( s c h e m e1 5 ) 。 r 囝+ c ， o c a t a l y s t ( 5m 0 1 ) - - _ _ _ _ - _ _ i _ _ - _ _ - - r e f l u x 2 4 h r s c h e m e1 5 o 2 0 0 2 年k o b a y a s h i ，s 课题组又用g a ( o t f ) 3 在硝基甲烷中催化了杂芳环的付 克反应，其中g a ( o t 0 3 对于n 苯磺酰基保护的吲哚和吡咯活性较好，反应产率 高，区域选择性好2 0 ( s c h e m e1 6 ) 。 6 n ，_i-ij 镓试剂催化的c - n 成键反应研究 第一章 + 邺等等等 s 0 2 p h xm 0 1 g a ( o t f ) 3 c h 3 n 0 2 9 3 s 0 2 p h 伞洲e + 移洲e s 0 2 p h s i0 2 p h x = 1 0 ，r t ，1 0 m i n ，y i e l d = 9 9 x = l 。0 0 c ，18 h 。y i e l d = 9 7 s c h e m e1 6 2 0 0 0 年他们研究了在硝基甲烷溶剂中催化量的g a ( o t i ) 3 催化的醋酸酐对2 - 甲氧基萘的反应，发现在没有添加其他试剂的前提下，以动力学产物为主。但在 添加了l i c l 0 4 后，专一性得到了热力学加成产物，产率达到9 2 2 1 ( s c h e m e1 7 ) 。 m 剀 c o +a c 2 0 l e w i sa c i d ( 5m o l ) + a d d i t i v e ( 6 0 0m 0 1 ) m s o l v e n t 。t e m p 。4 he o 瓷+ 煳1i 8 0 + o k i n e t i c sp r o d u c t t h e r m o d y n a m i c sp r o d u c t 由于苯胺类化合物具有碱性，用路易斯酸催化苯胺类化合物的付克反应活性 很低，k o b a y a s h i ，s 等人又用m ( o t f ) x l i c l 0 4 - m e n 0 2 催化体系第一次实现了苯 胺类化合物的付克反应2 2 ( s c h e m e1 8 ) 。他们发现l i c l 0 4 的添加可以大大提高反 应产率，作者对路易斯酸催化剂进行了筛选，发现在g a ( o t f ) 3 催化下可以得到专 一的热力学稳定的对位产物，产率达到9 3 。而同样条件下，即使加入5 1 当量 的a 1 c 1 3 ，也几乎不反应。 r p m c + a 眨o ! ! 竺兰竺婴- v 扩v n h 触 k m e n 0 2 一l i c l 0 4 ( 6 m ) = = 5 0o c 2 4 h s c h e m e1 8 同时g a ( o t f ) 3 也可被应用于分子内的付克反应，h i g e r u ，s 等人用各种强路 7 o a ob 第一章 一塑剂催! 垦盟c 型堕堡垦堕婴壅 易斯酸催化4 芳基丁酸的分子内环化反应，其中g a ( o t f ) 3 的产率中等以上2 3 ( s c h e m e1 9 ) 。 q y 厂洲磊1m 0 1 g 丽a ( o t f ) 3 o y = h 。7 h ，s o l v e n t = p - x y l e n e ，y i e l d = 5 7 y = o ，4 h 。s o l v e n t = p h c i y i e l d = 6 4 y = o 9 h s o l v e n t = p h c l ，y i e l d = 5 8 g a ( o t f ) 3 参与的付克反应在工业上也具有很好的利用价值。b o n r a t h ，w 等人 用三氟甲磺酸镓以极低的催化剂用量( s c = 1 0 0 0 0 ) ，高产率、高选择性地合成了 v i t a m i ne ，反应绿色高效，污染小。反应的第一步是发生付克反应，然后关环得 到v i t a m i ne2 4 , 2 5 ( s c h e m e2 0 ) 。 o h t m h q a g a ( o t t ) a _ - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - + s c h e m e2 0 1 2 2a d o l 反应和s t r e c k e r 反应 三氟甲磺酸镓作为了一个强路易斯酸，可以有效活化一些特定基团从而催化 一些经典的亲核加成反应例如a l d o l 反应和s t r e c k e r 反应。 1 2 2 1 水相不对称m u k a i y a m a - a l d o l 反应 m u k a i y a m a a l d o l 反应是一类重要的合成碳碳键的方法，但由于催化剂对水汽 敏感，所以该反应需在无水、非质子性溶剂中进行。2 0 0 2 年l i ，c j 等人用三氟 镓试剂催化的c - n 成键反应研究第一章 甲磺酸镓结合手性配体，成功催化了水相中不对称的m u k a i y a m a - a l d o l 反应2 6 2 7 ( s c h e m e2 1 ) 。他们发现水的存在对于e e 值的提高是必须的，该反应产物的e e 值 达到了8 7 。 l i g a n d g a ( o t f ) 3 + c h i r a ll i g a n d oo h p h 足3 百翳p h v 旷p h 人y + p h c h 0 1 丽i 磊矿p h 7 丫、p h + 0 0 c 。r t s y n s c h e m e2 1 p h 蚁卅儿p h u p h + p h j j 、 此外，l i ，c j 等人在2 0 0 3 年报道了在纯水相中用手性阳离子与三氟甲磺酸 盐催化的m u k a i y a m a - a l d o l 反应2 8 ( s c h e m e2 2 ) 。他们发现在所筛选的路易斯酸中， 除了c u ( o t f ) 2 外，g a ( o t f ) 3 催化的反应，其选择性比其他的三氟甲磺酸过渡金属 盐好。 o h o h r b r o ，r o - r c i s 0 3 h o l s i m e 3 l e w i sa c i dc a t ( 1om 0 1 ) p h + a r c h o 百而两而而而瓦丁一 n a 0 3 s n a 0 3 s r r c h i r a ls u r f a c t a n t r = c h 3 ，c 4 h g ，c 8 h 1 7 。c 1 2 h 2 5 o ho 1 2 2 2s t r e c k e r 反应 s t r e c k e r 反应是合成a - 氨基腈的重要反应。至今成功催化酮与氟代酮参与的 s t r e c k e r 反应报道很少。2 0 0 7 年o l a h ，ga 用g a ( o t f ) 3 高效催化了酮或氟代酮 9 第一章 镓试剂催化的c - n 成键反应研究 的s t r e c k e r 反应2 9 ( s c h e m e2 3 ) 。与已报道的催化剂相比，反应产率大幅提高、反 应条件更加温和，在室温下就可以进行反应。作者同时对比了一些三氟甲磺酸金 属盐的催化效果，发现g a ( o t f ) 3 的效果最好，产率达到9 8 。 r ，儿or 2 + 2 s c n 导r r 2 掣 n ，r 1 儿r 2 + a r - n h 2 + t m s c n j m ，a r r 1 = a r y l 。a l k y l ；r 2 = a l k y l h 星爷0 + a r - n h 2 + t m s c n 意等a r 、n ：c 答 1 2 3 成环和开环反应 g a ( o t f h 可以催化多官能团底物的反应，高效合成各种杂环化合物。2 0 0 8 年 s t u a r t ，j c 将g a ( o t f ) 3 用于催化酮、氨和氢氰酸的反应，“一锅 合成了乙内酰 脲，产率最高达到9 8 3 0 ( s c h e m e2 4 ) 。 1 g a ( o t f ) 3 c h 2 c 1 2 n h 3 ( 1 ) ，- 7 8o c 3 h o | i r i - r 2 2 h c n ，一7 8o c 3 0 m i n t h e nr t 1 7 - 2 4 h 3 h u n i g 。sb a s e c h 2 c 1 2 c 0 2 ( g ) r t ，3 1 4 h o n e - p o t s c h e m e2 4 o | | h 叩八n h 略r 2 2 0 0 7 年o l a h ，ga 报道了g a ( o t f ) 3 可以成功地催化邻苯二胺、邻氨基苯酚、 邻氨基苯硫酚、邻氨基苯甲酸与氟代酮的反应，生成五元或六元环衍生物3 1 ( s c h e m e2 5 ) 。 l o 第一章 我们课题组也在2 0 0 8 年报道了g a ( o t f ) 3 可以有效催化酮、查尔酮与邻苯二 胺、邻氨基苯硫酚的成环反应3 2 ( s c h e m e2 6 ) 。我们发现在羰基的d 位引入一个羟 基后，反应时间缩短，反应产率大大提高，其原因可能是底物更好的与g a ( o t f ) 3 配 位，从而促进反应的进行。 时1 双一n h 2 + 炒o 百1 0 t 0 0 1 r g a ( o t f ) 3 r ，q 鼍r - - - h f j c 2 ，r 3 x 1 1 h h 2 + x = n h x = s 10m 0 1 g a ( o t f ) 3 s c h e m e2 6 为了进一步推广g a ( o t f ) 3 在绿色化学领域的应用，我们课题组蔡晶晶等于 2 0 0 8 年报道了在乙醇溶剂中高效、高产率、绿色合成喹喔啉衍生物的方法3 3 ( s c h e m e2 7 ) 。该反应催化剂用量少，反应时间5 分钟左右，催化剂经1 0 次循环使用 仍然保持催化活性不变。 第一章镓试剂催化的c - n 成键反应研究 q 5m 0 1 g a ( o t f ) 3 _ _ _ - _ - - - _ - - - _ _ _ - _ _ - - _ - - i - _ - _ s o l v e n t s u ，w k 课题组在2 0 0 8 年也报道过g a ( o t f ) 3 催化的成环反应。他们发现 g a ( o t f ) 3 可以高效催化三组分反应合成二氢喹唑啉酮与喹唑啉酮3 4 ( s c h e m e2 8 ) 。 反应中g a ( o t f ) 3 用量低至1t 0 0 1 ，催化剂可回收利用三次而产率保持不变。 r o + r 2 c h o + o n h 4 0 r a c r 3 n h 2 1m 0 1 g a ( o t f ) 3r s c h e m e2 8 e t o h o 2 0 0 7 年f u k u z a w a ，s i 课题组用g a ( o t f ) 3 催化苯胺、芳醛、丙炔酸乙酯三 组分反应得到了喹啉衍生物，色谱产率最高达到8 3 。反应可能是经过了丙炔酸 乙酯与芳基亚胺的类似d a 反应的历程。尽管反应机理还不清楚，但反应有着较 好的区域选择性3 5 ( s c h e m e2 9 ) 。 中+ 臼+ 一c 啡t 1 0mo旷1ga(otf)3 m 叛麓 s c h e m e2 9 除了以上成环反应，g a ( o t f ) 3 也可以成功催化环氧化合物的开环反应。s u ，w k 等人在2 0 0 7 年报道了在g a ( o t f ) 3 催化下苯硫酚或硫醇可以对环氧化合物发 生区域选择性的加成开环，反应的产率和e e 值都很高3 6 ( s c h e m e3 0 ) 。 1 2 第一章 o c i 舻二h s 电钟+ 弋) 1m 0 1 g a ( o t f ) 3 s o l v e n t - f r e e 1m 0 1 g a ( o t f ) 3 3 0 h 2 0 2 s o l v e n t - f r e e c i 儿s n m e 孙g 国 1 2 4 重排反应 g a ( o t f ) 3 对于重排反应也有很好的效果。o a h ，ga 课题组在2 0 0 5 年报道了 g a ( o t f ) 3 在乙腈中可以有效催化酮肟发生b e c k m a n n 重排反应，绝大多数情况 下，得到了单一的产物。此反应体系对底物局限性小，产率最高达到9 8 3 7 ( s c h e m e31 ) 。 r 乒r 2 一r 疋竺舯0 ， g a ( o t f ) 3 也被用于2 一取代乙烯基环氧的区域选择性开环重排反应，反应具有 很好的化学选择性和区域选择性。2 0 0 5 年t a n g ，y 课题组报道了当环氧乙烷上连 有烷基时，高选择性得到反式的局产不饱和酮；而当连有芳基时，则高选择性的 得到反式的，) ，不饱和醛3 8 ( s c h e m e3 2 ) 。而t i ( o p r i ) 4 、l i o t f 以及m g ( o t f ) 2 对 该反应没有催化活性。 5m 0 1 g a ( o t f ) 3 r a 电吁万 r 2 、3 lc h 2 c i z 。一1 0o c 1m 0 1 g a ( o t f ) 3 r 2 弋忒r 3 囊蠕町m s r 1 r 1 = h ：r 3 = t m s r 2 = a r y l 第一章镓试剂催化的c - n 成键反应研究 1 3l p n m 体系的应用综述 高氯酸锂与硝基甲烷( l p n m ) 体系常作为一种助催化剂出现在三氟甲磺酸盐 的催化反应中，且迄今为止运用该体系催化的反应仅仅停留在付克反应上。在加 入l p n m 助催化剂后能使三氟甲磺酸盐催化的付克反应效率显著提升。至今， l p n m 主要用于促进c c 成键反应，尚未有促进c - n 成键反应的报道。 经过文献调研，我们发现l p n m 体系促进的反应主要有f r i e d e l c r a f t s 反应、 d i e l s a l d e r 反应、m i c h a e l 加成反应以及a d o l 反应。 1 3 1f r i e d e l c r a f t s 反应 k o b a y a s h i ，s 等人在运用g a ( o t 0 3 催化付克反应上做了很多的工作。他们研 究了硝基甲烷中三氟甲磺酸盐催化的醋酸酐和2 甲氧基萘的反应，发现在没有添 加剂的情况下，以动力学产物为主。但在l p n m 体系中o a ( o t f ) 3 催化下，专一性 得到热力学加成产物，产率达到9 2 2 1 ( s c h e m e3 4 ) 。 m 。0 c o + + l e w i sa c i d ( 5m 0 1 ) + a d d i t i v e ( 6 0 0t 0 0 1 ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - s o l v e n t t e m p ，4 h k i n e t i c sp r o d u c t t h e r m o d y n a m i c sp r o d u c t 由于苯胺类化合物具有碱性，用路易斯酸催化苯胺类化合物的付克反应活性 很低， k o b a y a s h i ，s 等人用m ( o t f ) x - l p n m 催化体系第一次实现了苯胺类化合 物的付克反应。他们发现l p n m 体系可以将反应产率提高到9 7 。而同样条件 下，没有l p n m 存在时产率则很低2 2 ( s c h e m e3 5 ) 。 r 9 ：+ 酽儿or 5 画( 1 0t o 面0 1 ) 兰吣 9 0 如。葡1 0 m 0 1 g a ( o t f ) 3 弛 s c h e m e3 5 1 4 镓试剂催化的c - n 成键反应研究 第一章 1 3 2d i e l s - a l d e r 反厘 1 9 9 0 年o l a h , ga 课题组发现，在5m o l l 高氯酸n - z , 醚( l p d e ) 体系中3 9 ， 能显著提高热力学环加