（有机化学专业论文）由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法.pdf

an o v e lm e t h o dt os y n t h e t i z ea r o m a t i ca m i d e sf r o ma r o m a t i cb e n z a l d e h y d e s a n da m i n e s g u o q i n gh u b s ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e l n o r g a n i cc h e m i s t r y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rg u o c a n c h e n g j u n e ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：寺广清虎日期：翻1 年占月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：却清 导师鹳幼么专 日期：弘1 1 年易月多日 日期：砌1 年z 月岁日 。一一 硕士学位论文 摘要 酰胺化合物在生活和生产中具有重要价值，被广泛用于医药、农药、化学试剂、染 料、合成橡胶、精细化工产品中。本文找到了一种由芳醛和胺类化合物制备酰胺化合物 的新方法，不采用目前文献报道过的偶联、氧化方法，也不使用金属催化的方法，而是 使用碱催化的方法，并且反应条件比较温和，本论文的主要内容包括： 1 发现了碱催化下的芳醛与酰胺或脂肪胺反应生成酰胺化合物的新方法，并进行 了系统的研究。脂肪醛与酰胺无法反应生成对应的酰胺化合物，芳醛与伯胺虽说能得到 少量对应的酰胺化合物，但大部分都是亚胺化合物，芳醛与叔胺根本无法进行反应，芳 醛与苯胺反应只得到了亚胺产物，只有芳醛与d m f 、n ，n 二乙基甲酰胺及仲胺能够反 应生成对应的酰胺产物。 2 对碱进行筛选，包括无机碱( n a o h 、n a h ) 和有机碱( m e o n a 、e t o n a 、t b u o k ) 。 在使用n a o h 和m e o n a 时未能得到预期的酰胺产物，其产物与c a n n i z z a r o 及t i s h c h e n k o 的反应产物一致，而当使用n a h 、e t o n a 、t - b u o k 为碱都得到了对应的酰胺产物，且 随着碱性的减弱，产率逐渐升高，当使用t - b u o k 为碱时产率最高。还考查了反应条件 ( 温度、溶剂、时间、浓度及投料比) 对反应的影响，且分别优化了它们的反应条件。 芳醛与d m f 及n ，n 二乙基甲酰胺的最佳反应条件为：醛胺t b u o k = i ：1 5 ：1 5 ，溶剂 为t h f ，5 0 ，2 h ；芳醛与仲胺的最佳反应条件为：醛胺t b u o k = i ：1 5 ：1 5 ，溶剂为t h f ， 5 0 ，1 5 h ；跟其它文献报道合成酰胺化合物的反应条件相比，我们的反应条件比较温 和，文献报道的反应温度通常为7 0 及以上，而我们的反应甚至在室温下即可达到3 0 的产率；文献报道的反应时间一般为3 5 h ，有的甚至需要过夜，而我们的反应在0 5 h 以后产率即可达到2 5 ，2 h 后反应就结束了，并且我们的反应体系无需昂贵的金属、 强氧化剂及其它添加剂，最后我们进行了底物拓展，并对反应产物进行了表征。 3 对芳醛与d m 、n ，n 二乙基甲酰胺及仲胺的反应分别进行了机理探讨，并提 出了可能的反应机理，发现二者的反应机理不一样。 关键词：芳醛；胺；酰胺；叔丁醇钾 i l 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 a b s t r a c t a m i d ec o m p o u n d sa r eo fg r e a tv a l u ei no r rl i f ea n di n d u s t r yp r o d u c t i o n , t h e yw e r e w i d e l yu s e di np r o d u c i n gm e d i c i n e ，p e s t i c i d e ，c h e m i c a lr e a g e n t s ，d y e s ，s y n t h e t i cr u b b e r ，f i n e c h e m i c a lp r o d u c t s w ew o r k e do u tan e wm e t h o dt os y n t h e s i z ea m i d ec o m p o u n d sf r o m a r o m a t i ca l d e h y d e sa n da m i n e si nm i l dr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，n o tu s i n gt h ec o u p l i n gm e t h o d s ， o x i d a t i o nm e t h o d sa n dm e t a l c a t a l y z e dm e t h o d s ，b u tu s i n gt h eb a s e sa sc a t a l y s t t h em a i n c o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 w ef o u n dan e ww a yt os y n t h e s i z ea m i d ec o m p o u n d sf r o ma l d e h y d e sa n da m i n e s u n d e rt h eb a s e s c a t a l y z e di nt h es a m et i m e ，w ef u l lt h er e a c t i o nb e t w e e na l i p h a t i ca l d e h y d e s a n da m i d e s ，a sw e l la sb e n z a l d e h y d e sa n da m i d e s ，a l i p h a t i ca n l i n e so ra r o m a t i ca m i n e s c a t a l y z e db yt - b u o k , i nt h er e s u l t ，w ef o u n dn or e a c t i o nh a p p e n e de i t h e rb e t w e e na l i p h a t i c a l d e h y d e sa n da m i d e s ，n o ra r o m a t i cb e n z a l d e h y d e sa n da m i n e s ，t e r t i a r ya m i n e sa n da r o m a t i c a m i n e s w ec o u l do b t a i n et h ec o r r e s p o n d i n ga m i d e sf r o mt h er e a c t i o nb e t w e e na r o m a t i c b e n z a l d e h y d e sa n dd m f ，n ，n d i e t h y l f o r m a m i d ea n dt h es e c o n d a r ya m i n e 2 s c r e e n i n go v e rm a n yb a s e s ，i n c l u d i n gi n o r g a n i cb a s e ( n a o h ，n a h ) a n do r g a n i cb a s e ( m e o n a , e t o n a , t - b u o k ) w h e nu s i n gn a o ha n dm e o n a , w ed i d n to b t a i na m i d e sa s e x p e c t e d ，t h ep r o d u c t sa r et h es a m ea sc a n n i z z a r or e a c t i o n s w h i l eu s i n gn a h ，e t o n aa n d t - b u o k ，w ec o u l dg e tt h ec o r r e s p o n d i n ga m i d e s ，a n dw h e nt h es t r e n g t ho fa l k a l i sb e c o m e w e a k e ra n dw e a k e r , t h ey i e l do fa m i d e sb e c o m eh i g h e ra n dh i g h e r t h ey i e l dr e a c h e dt h e h i g h e s tp o i n tw h e nu s i n gt - b u o ka st h eb a s e w ea l s oe x a m i n e dt h er e a c t i o nc o n d i t i o n s ( t e m p e r a t u r e ，s o l v e n t ，r e a c t i o nt i m e ，c o n c e n t r a t i o na n ds u b s t r a t er a t i o ) t h eo p t i m a lr e a c t i o n c o n d i t i o n sb e t w e e na r o m a t i cb e n z a l d e h y d e sa n dt h ea m i d e sw eh a v ew o r k e do u tw a s a l d e h y d e a m i n e t b u o k = 1 ：1 5 ：1 5 ，m fa ss o l v e n t ，5 0 。c ，2 h ；a n da l s ot h eo p t i m a lr e a c t i o n c o n d i t i o no fa r o m a t i cb e n z a l d e h y d e sa n ds e c o n d a r ya m i n e sw a s ：a l d e h y d e a m i n e t - b u o k = 1 ：1 5 ：1 5 ，t h fa ss o l v e n t ，5 0 c ，1 5 h c o m p a r e dt om e t h o d sr e p o r t e db yo t h e rl i t e r a t u r e s ，t h e c o n d i t i o n su s e di no u rm e t h o di sm i l d e rb e c a u s et h et e m p e r a t u r ea n dr e a c t i o nt i m ea r eo n l y2 5 a n do 5 hi n s t e a do fa b o v e7 0 ca n d3 5 hr e s p e c t i v e l y m o r e o v e r , n os t r o n go x i d a n t s ， e x p e n s i v em e t a l sa n do t h e ra d d i t i v e sa r en e e d e di no u rs y s t e m f i n a l l y ，w ee x p a n d e dt h e r a n g eo f t h es u b s t r a t e s ，a n dc h a r a c t e r i z e dt h ep r o d u c t s 3 w ep r o p o s e dt h ep o s s i b l em e c h a n i s mo ft h er e a c t i o nb e t w e e na r o m a t i cb e n z a l d e h y d e s a n dd m f ，n ，n d i e t h y l f o r m a m i d e ，a sw e l la st h er e a c t i o nb e t w e e na r o m a t i cb e n z a l d e h y d e s a n dt h es e c o n d a r ya m i n e s ，f o u n dt h a tt h e yw e r en o tt h es a m e k e yw o r d s ：a r o m a t i cb e n z a l d e h y d e s ；a m i n e s ；a m i d e s ；p o t a s s i u mt e r t - b u t o x i d e m 硕上学位论文 目录 学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 酰胺化合物的制备1 1 1 1 由羧酸与胺的酰基化反应制备1 1 1 2 由硫代化合物与叠氮化合物制备2 1 1 3 由卤代芳烃的氧化胺化反应制备3 1 1 4 由烯烃的氧化胺化反应制备4 1 1 5 由芳香胺的氧化胺化制备8 1 1 6 由芳醛和胺的氧化胺化制备8 1 2 本课题的意义及内容1 1 第2 章实验部分12 2 1 仪器和试剂1 2 2 1 1 主要使用的仪器1 2 2 1 2 主要使用的化学试剂1 2 2 2 芳醛与酰胺的反应1 3 2 2 1 芳醛与n j 二甲基甲酰胺的反应1 3 2 2 2 芳醛与n ，n 二乙基甲酰胺的反应16 2 3 芳醛与脂肪胺的反应1 8 2 3 1 芳醛与二乙胺的反应1 8 2 3 2 芳醛与哌啶的反应2 0 2 3 3 苯甲醛与正丙胺的反应2 2 2 3 4 苯甲醛与正丁胺的反应2 3 第3 章芳醛与酰胺的反应2 5 3 1 引言2 5 3 2 反应条件优化及讨论2 6 3 2 1 碱的筛选2 6 3 2 2t - b u o k 催化的芳醛与酰胺的反应2 6 3 3 反应机理的研究3l 3 4 本章小结3 5 i v 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 第4 章芳醛与脂肪胺的反应3 6 4 1 引言3 6 4 2 反应条件优化及讨论3 6 4 2 1 碱的筛选3 6 4 2 2t - b u o k 催化的芳醛与脂肪胺的反应3 7 4 3 反应机理的研究4 2 4 4 本章小结4 4 结论4 6 参考文献。4 7 致 射。5 5 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文5 6 附录b 部分化合物的谱图5 7 v 硕十学位论文 第1 章绪论 酰胺化合物在生活和生产中具有重要的价值，它的应用十分广泛，在医药、农药、 工业、有机合成以至香料、染料、塑料、轻纺等行业都有广泛的应用【l 】。近几十年，全 世界的科学工作者们对酰胺化合物的合成进行了大量的研究，经过不断的探索，人们发 现了很多有效的合成酰胺化合物的方法，并不断进行改进和创新，下面简要介绍一下酰 胺化合物的合成研究进展。 1 1 酰胺化合物的制备 1 1 1 由羧酸与胺的酰基化反应制备 传统的酰胺化合物的合成方法是利用碳二亚胺及其它偶联剂将胺与含有游离羧基 的羧酸偶联生成，主要用于肽键的合成【l 】。而后经过发展，酰胺化合物主要由羧酸衍生 物经偶联得到2 ，最经典的方法是取代n 甲基苯胺与取代苯甲酸在d c c 、h o b t 等偶 联剂的作用下生成酰胺化合物【8 。1 1 】，但是该方法的产率不太高，即使使用了数倍当量的 偶联剂反应也无法进行完全，此外反应产物的提纯也比较困难。 2 0 0 3 年i s a oa z u m a y a 的课题组对该方法进行了改进，他们用p h 3 p c i 2 作为偶联剂将 取代n 甲基苯胺与取代苯甲酸偶联在一起，并得到了较好的产率，同时分离提纯也相 对比较容易【1 2 1 。 o r l r 2 h n 。 c o o h + p h l p c i ， 石丢五孟r 。 在反应过程中，取代n 甲基苯胺与取代苯甲酸其实是分别进行反应的，取代苯甲 酸生成1 的步骤是决速步骤，然后取代n 甲基苯胺与1 生成对应的酰胺化合物，这一 步为快速反应，在取代n 甲基苯胺与1 反应的同时，化合物l 跟取代苯甲酸也会发生 副反应，不过反应速率比较慢，而且产物极性跟目标酰胺化合物相比很小，在分离提纯 的时候很容易就被除掉了。 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 一u 4 - r 3 一e l h c l 讯彬u 台憾o m 1 扩憾 r 。吝攀r 砖0 1 1 2 由硫代化合物与叠氮化合物制备 不使用羧酸与胺合成酰胺化合物的文献报道比较少，其中最为突出的方法是由 s t a u d i n g e r 反应演变而来，该方法使用硫代酸或硫代酯及叠氮化合物为原料【b - 1 4 i 。该方 法在合成天然产4 勿：d - 面起着很重要的作用，2 0 0 0 年n i l s o n 等人利用该方法使用各种硫 代酯和叠氮化合物合成了多种缩氨酸【1 3 1 。 j 涮立 i 心。 曰 肿八碍触+ 经过几年的研究，2 0 0 3 年，n i n gs h a n g g u a n 课题组在该方法的基础之上发现了一种 新的反应机制，即利用硫羰酸和叠氮化合物直接合成酰胺化合物【1 5 1 。他们尝试了三种体 系：极性溶剂( 甲醇) 、非极性溶剂( 三氯甲烷) 和水，并分别都做了条件优化及底物 拓展其可能机理如下图。 墨专0 9 r 1 恻s 1 n x x n 一吖o s a s e 。 该方法不仅适用于简单的酰胺化合物的合成，而且在含酰胺的天然产物合成中具备 更大的优势。然而该方法还是有缺陷的，因为大部分酰胺化合物的合成都不适用于这三 种体系，因为在这几种体系下胺的亲核性会大大降低，而且生成的酯会容易分解。 2 0 0 5 年，r e m c om e r k x 等人依据该方法又发现了一种新的反应体系，他们将硫羰酸 和b 取代的氨基乙烷硫酰基叠氮化合物高效的偶联在一起i l6 1 ，此方法对大部分酰胺化 合物的合成不太适合，仅仅对于含酰胺的并且含硫的天然产物具有更重要的价值。 s h9 八 。 硕十学位论文 一謦嫂 璐叉衅 州一科姒r 1 0 o o 斟姒_ r oo j 人9 彤 随后，2 0 0 7 年y a ol e i 等人发现酸催化的s c h m i d t 反应可以将叠氮烷基化合物或叠 氮酸类似物和酮偶联成酰胺化合物，同时他们还发现了一个有趣的反应，首先将叠氮烷 基化合物连接到取代环己酮上生成取代环己酮的叠氮化合物( 1 a - d ) ，然后用偶联剂使其 发生分子内的偶联，生成桥连双环内酰胺化合物【1 7 - 1 8 。 铽晋 1 、3 r l 3 a - d 1 1 3 由卤代芳烃的氧化胺化反应制备 钯催化的反应一直是研究热点，在酰胺化合物的合成方面也不例外，对卤代芳烃的 氧化胺化也有很多人研究【l 蛇o 】，因为卤代芳烃的苯环被活化，相对比较容易发生亲核反 应。人们使用的催化剂有零价的钯，也有二价的钯，同时需要加碱，其中做的比较突出 的是j 0 1 1 i lf h a r t w i g 课题组，1 9 9 6 年他们将碘和溴代的芳烃和伯胺在钯的催化下，同时 加叔丁醇钠，进行氧化胺化，生成氨基化合物【2 l 】。 r 5 m m o l ( d p p f ) p d c l ， x+ h 2 n r + n a o 。t - b u 1 面 纩n h r d p p f r 愚 1 0 0 3 h 一 该方法对于大部分简单的氨基化合物的合成有很重要的价值，但是对于合成酰胺化 合物就没有太大的用处了，而酰胺化合物在生活和工业生产中具有重要的价值，所以科 学工作者们便尝试着将该体系改进来合成酰胺化合物，终于在2 0 0 1 年t o s h i h i r ow a t a n a b e 等人发现了一种新的体系【2 2 1 ，基本框架跟以前的方法一样，但是为了得到酰胺产物，也 就是加一个羰基，所以他们想到了用一氧化碳来作为羰基的供体。 坝一如 贮攀刚 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 1 r 刨+ + r 价一 f a ：r = h b ：r = 4 - o c h 3 c ：r = c h 3d ：r = 3 - c h 3 e ：r = 2 - c h 3 f r = 3 - c i g ：r = 4 - c f 3 ， 该方法获得了成功，并被大家所认可，但是对其机理的研究还不是很透彻，所以科 学工作者们对于钯催化卤代芳烃和胺合成酰胺化合物的反应机理进行了很多研究【2 9 。o 】， 其中做的比较突出的还是j o h nf h a rt w i g 课题组，2 0 0 1 年他们对钯催化的氯代芳烃的 氧化胺化机理进行了研究，发现由于碱的存在，其实存在两个并行反应，一方面是卤代 芳烃首先与钯进行加成，然后在碱的作用下，胺取代卤素，最后生成酰胺化合物；另一 方面是在碱的作用下烷基钠跟钯形成钠盐，然后脱去卤代烃的氯，最后跟胺加成生成酰 胺化合物，在文章中作者对其反应速率也进行了计算1 2 3 1 。 之后人们对该体系进行了大量的研究，并尝试着改进，也获得了很多成功，其中比 较显著的一个工作是2 0 0 2 年j o h nl e o n a r d 课题组发现了一种更加简单的方法，他们直 接让氯代芳烃氧化加成到钯的n 杂环卡宾配合物上进行氧化胺化【2 4 1 ，最后生成酰胺化 合物。经过大量的研究，他们筛选出了两种比较好的配合物( 1 和2 ) ，并得到了比较 高的产率。 娘取嚼p p p p 呻( 叼 喃杪。b 瞻l o i s o l a t e da m i n a t i o np r e e a t a l y s t s 发现该方法后，于2 0 0 3 年该课题组对该反应进行了更加深入的研究，进行了底物 拓展，包括配体也进行了拓展，并对产物做了单晶表征，最后提出了可能机理，发现该 反应是接触型的氧化胺化反应【2 5 1 。 1 1 4 由烯烃的氧化胺化反应制备 1 1 4 1 由钯催化的烯烃的氧化胺化反应制备 卤代芳烃和胺在钯的催化下，有的加碱或者氧化剂，比较容易就被氧化胺化了，而 烯烃的氧化胺化相对比较困难，因为在对其进行氧化胺化的同时，烯烃的双键也被破坏 了，为了保护烯烃的双键，科学家们进行了大量的尝试，最后2 0 0 3 年s h a n n o ns s t a h l 带领的课题组发现了钯和分子氧体系，在该体系下他们做到了在对烯烃进行氧化胺化的 同时也保留了双键。他们利用钯做催化剂，分子氧为氧化剂，将苯乙烯及其衍生物和胺 酽 硕士学位论文 进行氧化胺化合成酰胺化合物【2 6 】。 r e g i o s e l e c t i v eo x i d a t i v ea m i n a t i o no fs t y r e n e ，5 ( c h 3 c n ) 2 p d c i 2 ( + 3 ) p h , n r r ( a ) ，。p 曰 5 c u c l 2 ，2 0 h ， 7 7 八+ + 尼0 2 型5 訾c u c l 2 2 0 h p 心 6 9 9 。, 6 l j 、 ， 1 、 旧 l25 ( c h 3 c n ) 2 p d c l 2 ( 3 ) n 赋 a l lr e a c t i i o n sc o n d u ( c m t e d u 型5 必c u c l l 2 箬3 h 卜p h 太9 6 ( c )， i 、一， i n d m ea t6 0 c o 他们在研究中发现使用各种取代基的苯乙烯得到的氨基化合物的产率差别很大，其 中无取代基的苯乙烯的产率最高，因为在反应中位阻效应有很大的影响，所以三氟甲烷 取代基的苯乙烯产率最低，同时苯环的钝化也是有利于反应的进行的，所以吸电子基比 供电子基苯乙烯的产率要高。同样，各种取代基的胺的产率也受位阻效应及电子效应的 共同影响。随后，该课题组对该体系进行拓展，又发现不仅苯乙烯及其衍生物符合该反 应体系，其它的一些不活泼烯烃也可在该反应体系下被氧化胺化，比如说脂肪族烯烃、 环戊烯、环己烯、环辛烯等【2 7 1 。 由于催化剂和反应条件的不一样，不同的胺和端基烯烃的反应产物有多种，比如说 烷基胺经过的是加氢胺化过程( 等式1 ) ，亚胺和烯胺经过的是氧化胺化过程( 等式2 和3 ) ，怎样选择性的得到某种产物取决于特定的条件【2 8 1 。 八+ r 2 n h r x l h 钟v n r 2 ( 1 ) 八+ r n h 2 蒜lko r o h 2 r jr ：夕删( 2 ) - r_v ”7 r - , 弋+ 删昔r 尺凹 ( 3 ) 为了解决选择性的问题，s h a n n o ns s t a h l 的课题组发现了一种用碱调控的方法，确 切的说是用( c h 3 c n ) 2 p d c l 2 和( e t s n ) 2 p d c l 2 做催化剂，可以选择性的得到不同的氧化 胺化产物( 等式4 ) 【2 9 】。在该文章中，作者还进行了动力学的研究，然后根据动力学实 验数据提出了可能机理。 + 6 吼 5 ( c h 3 c n ) 2 p d c l 2 5 c u c l 2 眦+ h 2 0 ( 4 a ) n r z 月 前面所讲的都是分子间的氧化胺化反应，如果一个底物上同时含有烯烃和胺的官能 团，那么是否能发生分子内的氧化胺化反应呢，许多科研工作者都对此进行了研究 3 0 - 3 4 ， 比较突出的还是s h a n n o ns s t a h l 的课题组，他们发现了钯的n h c 配合物和分子氧体系 可使烯烃发生分子内的氧化胺化反应 3 4 1 。 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 萼辩q y 瑚纠脚n 何勺 磨n i 弧 在文章中，作者对用不同溶剂、不同钯的n h c 配合物及不同的烯烃时得到的产物 的产率都做了研究，并对不同钯的n h c 配合物做了单晶表征，还提出了可能的反应机理， 另外作者还发现使用空气作为氧气的来源也可发生反应，前提是需要2 0 的醋酸盐作为 助催化剂，跟纯氧相比反应时间比较长一些，但是最后的产率几乎是一样的，如果没有 醋酸盐做助催化剂，产率会很低。 近几年，s h a n n o ns s t a h l 及其他课题组对他们发现的反应体系作了一些改进，包 括分子内和分子间的氧化胺化反应【3 5 4 5 1 。2 0 0 9 年上海有机研究所的g u o s h e n gl i u 等人 发现钯可催化烯丙基的c h 键的胺化，并利用碱来调控区域选择性，可形成七元环氨基 化合物，并利用同位素标记验证了在还原消除过程中烯丙基的c h 键的活化是决速步骤 【4 5 1 。 p d ( o a c ) 2 r = h m e ( 1 0 t 0 0 1 ) 一 d m a , 0 2 r = h 钯催化是人们研究的比较多，比较全面的，但是还有其它一些金属催化反应，包括 许多过渡金属5 3 1 和镧系金属【5 禾5 7 】催化制备酰胺化合物的反应，相比钯催化来说是人们 研究的比较少的，但是在合成某些特殊的化合物方面就体现出了它们的优势。 1 1 4 2 由钌催化的烯烃的氧化胺化反应制备 金属复合催化是很重要的方法，特别是把氨基炔烃形成环状亚胺和烯胺、吡咯、吲 哚等不饱和含氮杂环化合物【5 黏5 9 】( p a t ha ) ，还有许多催化氨基烯烃形成吡咯烷和哌啶 的工作也有报道( p a t hb ) ，但是氨基烯烃的环化比氨基炔烃更加困难，而且只有少数 几个反应是真正经过了烯烃的直接氧化胺化( p a t hc ) 。为了直接将氨基烯烃环化而不 使用昂贵的氨基炔烃，今年来人们做了大量的工作，开始人们想到的是使用活泼的或缺 电子体系的烯烃，比如说苯乙烯 6 0 - 6 5 1 ，乙烯基吡啶【删和丙烯酯化合物 6 7 - 6 9 】，但是也几乎 没有直接将氨基烯烃进行分子内氧化胺化的报道。 硕士学位论文 t a k e a k im i t s u d o 及其课题组经过很多尝试，于2 0 0 2 年终于发现了一种新体系【7 0 】，经 过摸索和优化，发现最佳的体系是 r u c l 2 ( c o ) 3 】2 d p p p ，同时使用k 2 c 0 3 和烯丙基醋酸酯， 溶剂为n 甲基哌啶，并用该体系进行了底物拓展。 p hp h n f l 2 c a t a l y s t , l i g a n d s o l v e n t , 1 7 0 8 h k 2 c 0 3 ，分，o a c 1 i 1 4 3 由铑催化的烯烃的氧化胺化反应制备 金属铑复合物催化的氧化胺化，只有少数报道【7 1 刁4 】，做的比较好的是j d ub o i s 课题 组，他们前面所做的工作就不详细介绍了，最近做了一个比较成功的课题，2 0 0 4 年他们成 功的运用铑的复合物进行了分子内的c h 键的氧化胺化【7 l 】。 冷i 萄3 为 e o n d i t i o n s ：o 5 - 5m 0 1 p - h 2 ( 0 2 c r ) 4 p h i ( o a t ) 2 m g o 1 1 4 4 由金催化的烯烃的氧化胺化反应制备 金属催化简单烯烃的分子内和分子间的氧化胺化已经研究很多了，但是对于不活泼 烯烃的氧化胺化的报道就比较少了，前面我们讲到的钯和钼共催化，也只是将简单烯烃 进行氧化胺化，2 0 0 6 年，c h u a nh e 带领的课题组就发现了一种新的催化体系【7 5 7 6 1 ，他们 利用金的复合物进行催化，以甲苯做溶剂，反应温度为9 5 ，在该体系下不活泼烯烃和 胺反应生成酰胺化合物。 + n m 号筹 l a r l - h r 2 = - h 2 a , r 1 _ h r 2 = m e 3 a , r 1 = m e r 2 = m e 上面列举的是比较特殊的不活泼的二烯烃化合物与胺进行分子间的氧化胺化反应， 当然对于其它的不活泼简单烯烃也是可以进行反应的，比如说环己烯、环辛烯和苯乙烯 等烯烃及其衍生物。对于不活泼烯烃分子内的氧化胺化反应，他们也做了一些工作，下 四帮 f ! o 产嘉告 m 一峨一 团 聪 一 蛙 x 甲b 筘 义 瞪弧 妒 啦 由芳醛与胺类化合物合成芳香酰胺的新方法 面举个例子。 确忝詈肋文 r o 是k 利用一价金的复合物可将不活泼烯烃进行分子间和分子内的氧化胺化，有科学工作 者就考虑能否利用零价的金进行催化反应，经过不断的探索和研究，终于在2 0 0 6 年， r o b e r tj a n g e l i c i 的课题组发现了一种新的体系，利用零价的金催化一氧化碳和胺形成 酰胺化合物，而且无需纳米级的金，只要粉末状( 1 0 3 r i m ) 就可做到，不过同时需要分子 氧进行氧化【7 7 1 。 c 三o + h 2 n r + 1 20 2 垫i _ 卜o - - - c - - n r + h 2 0 。= c 呷埘：生堕二垦 i 1 1 5 由芳香胺的氧化胺化制备 含有c - n 键的芳香化合物普遍存在于有机化合物中，其中二芳基胺类化合物尤为重 要，在生活和工业生产中具有重要的作用，所以促进了新型胺化方法的研究，传统的合 成二芳基胺类化合物的方法是利用铜催化卤代芳烃和苯胺7 8 8 1 】。 但是该方法条件比较苛刻，而且不适用于比较复杂的化合物的合成，经过发展， b u c h w a l d 和h a r t w i g 及其课题组发现了一种新的体系，他们利用零价钯和一价铜共同 催化，该方法的发现又让很多复杂的二芳基胺类化合物很容易就能合成出来 s 2 - s $ 】，但 是他们的方法都存在一个问题，c - n 键形成后都比较容易断裂，因此2 0 0 8 年m a t t h e wj g a u n t 等人发现在室温下利用二价钯催化分子内的c h 键的胺化可形成咔唑类化合物【8 引， 而且形成的c - n 键很牢固，因为咔唑类化合物普遍存在于天然产物中，所以该方法对与合 成含有咔唑的天然产物特别有用。 i n t r a m o l e c u l ac hb o n da m i n a t i o nt oc a r b a z o l e s c a t p d ( o a c ) ， h p h i ( o a c ) ，p 简e n 、r r - r o o 删mt e ，m b c p 吼e r a t u 删r e r 1 1 6 由芳醛和胺的氧化胺化制备 早在1 9 6 6 年，n a k a g a w a 及其课题组就发现了一种全新的方法，他们发现芳醛在氨 水和当量的过氧化镍的作用下可以直接转变成酰胺化合物【8 9 】。但是该方法需要在乙醚的 氨水溶液中进行，而且温度必须控制在2 0 c ，因为当温度升高的时候，腈类物质就变 硕士学位论文 成了主要产物，他们提出的可能反应机理如下： r c l i o _ 丝kr 一6 一伽土gr c ：n h lh 卜卜 r i 一瑚2 r c 量n 跟前面的游离羧酸的酰胺化的方法相比，该方法最重要的优势在于c - n 键的形成和 氧化可以一步到位。尽管该氧化胺化的方法原料非常简单，而且比传统方法更加经济， 直到今天也只有少数几例报道。 ， 1 1 6 1 由钯催化的氧化胺化反应制备 钯催化的反应一直是研究热点，在酰胺化合物的合成方面也不例外，最早使用钯催 化醛和胺制备酰胺化合物的应该是y o s h i d a 等人，他们于1 9 8 3 年发现利用钯作催化剂、 溴苯作氧化剂可将醛和吗啡啉转化成酰胺化合物 9 0 l 。 r i - - 。c ，一o + n 鐾星望- r ，一址八 h _ “。1 u 在进行底物拓展时，发现取代芳醛比烷基醛的转化率及产率都要高，那是因为有苯 环的存在，跟羰基发生共轭，更有利于跟吗啡啉进行亲核加成反应，而烷基的存在使羰 基的电子云密度增大，从而不利于亲核加成反应的进行。 金属催化制备酰胺化合物的反应各方面都相对比较好，唯一不足之处在于反应中使 用的金属通常都比较昂贵，为了降低反应成本，人们做了很多尝试，但是根据现有文献 报道来看，只有c h r i s t i a nw o l f 及其课题组发现了一种无需金属催化的体系，而且他们 的发现还是比较偶然的，2 0 0 7 年c h r i s t i a nw o l f 等人1 9 1 】在做钯催化的取代苯甲醛的氧 化胺化实验时，他们用到了4 ( 二甲胺) 硅烷和3 ( 二甲胺) 硼烷，在反应中它不仅作 为二甲胺的来源，还是氢的接受体，也就是充当氧化剂，于是他们尝试性的加入叔丁基 过氧化氢( t b h p ) 来加快氧化胺化的速率，果然产率得到了比较大的提高。 r 人h 寺r 人甲 s i ( n m e 2 h i 获得成功之后，他们就想单独用t b h p 作氧化剂使取代苯甲醛和3 ( - - 甲胺) 硼烷 形成氨基化合物，于是他们做了一些实验，而且产率较高。 0 0 少h i而b(而nm函e2)3han jr i 赢丽面r 人 l 由于4 - ( 二甲胺) 硅烷和3 一( 二甲胺) 硼烷都比较昂贵，所以他们想用廉价的胺来 由芳醛与胺类化含物合成芳香酰胺的新方法 代替，因此他们做了一些尝试，并获得了成功，而且给出了可能的机理，首先芳醛与胺加 成，然后在t b h p 的氧化下脱去一分子水，最后形成酰胺化合物。 h + r 2 n h ；旨 r k 2 m e ，f , c i , b r , n 0 2 ，m e o , c n h 。 r 2 r n h = c c n h ”- - x o t 一。( ：! ) 舯坤“ 根据现有的文献报道来看，c h r i s t i a nw o l f 等人是第一个做到了无需金属催化的取代 芳醛的氧化胺化，之后再无报道。他们发现的反应体系不需要昂贵的过渡金属、碱及各 种添加剂，不需要大大过量的胺或者醛，而且反应条件比较温和。 1 1 6 2 由铜催化的氧化胺化反应制备 铜的催化也有报道【9 2 删，比较突出的是c h a o j u nl i 及其课题组，他们于2 0 0 6 年发 现了铜催化的醛与b 二羰基化合物的氧化酯化反应，用t b h p ( 叔丁基过氧化氢) 做氧 化剂，生成的产物烯醇酯的产率都在8 7 以上，而且可操控反应条件使其达到很好的立 体选择性瞰】。 少oh + r 从o o 昔r 八r 从oo 铜催化的醛与b 二羰基化合物生成烯醇酯的反应获得成功后，该课题组又将目标转 向了简单的醛和胺的氧化胺化反应，在同一年他们发现了c u i 催化醛与胺的盐酸盐生成 氨基化合物的反应，不过需要a g l 0 3 作添加剂以及t b h p 作氧化剂【矧。 少oh + e t o o c n h ：n c - 蒜拦未。斟八c t e m p e r a t u r e ，t i m e， 他们首先对溶剂和碱做了筛选，并做了反应条件优化实验，最后在最佳反应条件下 对底物也进行了拓展，并提出了可能机理，发现反应过程是首先在碱的作用下胺的盐酸 盐变成胺，然后跟醛加成，最后被氧化成酰胺化合物9 3 1 。 少h + r 一面高糍焉只n ，r t 硕士学位论文 1 2 本课题的意义及内容 酰胺化合物在生活和生产中具有重要价值，被广泛用于医药、农药、化学试剂、染 料、合成橡胶、精细化工产品中