第2章 三员杂环化合物.pdf

最新精品资料推荐 最新精品资料推荐1 第二章 三员杂环化合物 1、含一个杂原子的饱和三员杂环化合物 一、结构和物理性质 表 21 三员杂环的基本性质 名称 状态 沸点/()溶解性 偶极矩 共振能(KJ/mol)第一次合成年代 合成人 环氧乙烷 无色气体 10.7 1.88D 114.03 1959 Wurtz 硫杂环丙烷 无色液体 55-56 不溶与水易溶于有机溶剂 1.66D 82.69 1920 Delepine 环乙亚胺 无色液体 56 与水混溶 1.89D 112.32 1888 Gabriel 二、一般合成方法 1.分子中的环化法 A 为杂原子；L 为各种离去基团，如卤素，OSO3R 等 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐2 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐3 对于各种不同取代的三元杂环化合物的制备，要充分考虑到它们的顺反取向、光学活性和构象。因此，恰当的选择环化反应的前体化合物是至关重要的，就这一点来说，由分子内的环化反应来制备三元杂环恰恰是最理想的方法。如：CH3HOClabCH3OHClOCH3()()环乙亚胺衍生物的制备：用异氰酸碘与烯反应，再与甲醇反应，然后接着用醇碱处理。HO-CN 氰酸,O=C=NH 异氰酸,O=C=NI+异氰酸碘 IKOHCH3CH2OHNHNH COOCH3INCO+-I+NCO-N=C=OICH3OH 2.在碳碳双键中插入杂原子的方法 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐4 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐5 过酸的环氧化反应是亲电加成反应。表 2-3 烯烃的结构与环氧化反应的速率的关系 烯烃 速率 烯烃 速率 H2CCH2 1 R2CCH2 500 RHC=CH2 24 R2CCHR 6500 RHCCHR 500 R2CCR2 极快 如果烯烃双键碳原子连有羰基、硝基和氰基等吸电子基团时，用过酸进行环氧化就变得十分困难，甚至根本不能发生环氧化反应。用双氧水或过氧醇作为氧化剂，即使是烯烃双键碳原子连有吸电子基，也能得到较好产率的环氧化合物。双氧水与烯键的反应是通过 Micheal 加成反应实现的。最新精品资料推荐 最新精品资料推荐6 环乙亚胺及其衍生物，也可将氮直接引入双键的办法来制得。最新精品资料推荐 最新精品资料推荐7 3亚甲基插入法（1）利用硫伊利德的亲核加成反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐8 高度活泼的亚甲硫烷有时甚至能与，不饱和酮反应形成环氧化合物；但是，氧硫烷和，不饱和酮或其他共轭烯烃的反应，生成的主要产物常常是相应的环丙基酮。(CH3)3SCH2O烷亚甲基氧硫烷(CH3)2SCH2烷亚甲基硫烷C6H5CH=CHCHCOC6H5C6H5CH=CHCHCCH2OC6H587%CHCH2COC6H5C6H5CH95%这个反应通常被认为包括硫伊利德对不饱和体系进行的初共轭加成反应，接着再发生关环反应，这是所有类型的硫伊利德和，不饱和羰基化合物之间较普遍的反应。美 H.O.House 著,花文廷,李书润,王定基.现代合成反应,北京:北京大学出版社,1985:567 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐9 （2）利用重氮甲烷及其衍生物在 C=X 之间插入亚甲基 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐10 4缩合反应 C6H5CHO(R2N)3P2(R2N)3POC6H5COCHC6H5H（顺、反）可能的反应途径：最新精品资料推荐 最新精品资料推荐11 5.Sharpless 不对称环氧化反应 烯烃的环氧化 20世纪 60 年代，人们试图采用手性过酸对烯烃进行对映选择性环氧化，但 ee 值均不能达到满意的程度。1980 年，Sharpless研究组报道酒石酸酯、四异丙氧基钛、过氧叔丁醇（TBHP）体系能对各类烯丙醇进行高对映选择性环氧化，而且产物的绝对构型与底物无关，仅与配体绝对构型相对应并能预测。通过选择具有合适手性的起始酒石酸酯以及选择烯丙醇的 Z-或 E-几何异构体,可以构建产物的手性和/或构建产物的相对构型(图 1.5)。图 1.5 烯丙醇的 Sharpless 环氧化反应在不对称合成中已成为标准的经典方法。用 TBHP(t-BuOOH)为氧供体,四异丙氧基钛和酒石酸二乙酯(DET)为催化剂,可使各种烯丙基伯醇环氧化.光学产率和化学产率分别大于90、7090 Sharpless 环氧化的机理到目前为止还没有能够得到完整的阐述，但Sharpless 等认为活性催化剂具有如下的络合结构:最新精品资料推荐 最新精品资料推荐12 而且过渡金属被认为参与了反应动力学的决速步骤.*林国强，陈耀全，陈新滋，李月明著.手性合成-不对称反应及其应用，北京：科学出版社，2000 6.用 salen 锰络合物催化简单烯烃的对映选择性环氧化反应 烯烃用手 salen-锰络合物的不对称环氧化(AE)反应由Jacobsen(J.Am.Chem.Soc.,1990,112,2801)和 Katsuki(Tetrahedron Lett.,1990,31,7345)首次分别报道.salen-锰络合物 首先发现这个反应对于顺式二取代烯烃最为有效。最新精品资料推荐 最新精品资料推荐13 对映选择性的原因可用底物向活性的氧合锰(V)中间体的侧向接近来解释。为了达到高对映选择性，在 salen 络合物的 C3 和 C3位有必要由占据较大空间的叔丁基取代.它们与不对称烯烃的空间位阻较大的一侧的相互作用，在底物向金属-氧键接近时决定了底物的取向，因而决定了随后发生的对映面选择性的氧转移。.7.卟啉络合物催化的简单烯烃的对映选择环氧化反应 卟啉-金属络合物是天然物的仿生物质，在最近十多年受到越来越多的注意.由卟啉络合物引起的烯烃的环氧化反应进行得很好，但迄今还只达到中等程度的对映选择性，这个领域的研究尚在发展。8.手性酮催化的非官能化烯烃的不对称环氧化反应 如从碳水化合物制得的手性酮 123。PCC：Pyridinium chloro chromate 123 与 OxoneTM(一种过氧硫酸氢钾制剂的商品名)反应，在酮的原位生成二氧杂环丙烷（dioxirane）。二氧杂环丙烷是很好的氧化剂，它能快速地实现反应，且后处理简单。最新精品资料推荐 最新精品资料推荐14 对反式非官能烯烃不对称环氧化有较高对映选择性。关于烯烃的不对称环氧化研究进展近况请参考：张治国,王歆燕,孙川,石鸿昌.烯烃的有机催化不对称环氧化研究进展及催化剂设计,有机化学,2004,24(1):7-14 本文介绍了用氧杂氮杂环丙烷、手性亚胺盐、手性酮、手性胺为催化剂的烯烃有机催化不对称环氧化反应，对各种体系催化机理进行介绍，并就手性催化剂的设计提出了构想。三、化学性质和反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐15 1.成盐反应 2.开环反应 （1）在碱性条件下的亲核开环反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐16 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐17 （2）.酸催化开环反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐18 （3）应用实例 例 1 可能的反应机理：最新精品资料推荐 最新精品资料推荐19 例 2 例 3 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐20 3.重排反应（1）立体选择重排 （2）扩环重排反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐21 可能机理：4.消除反应 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐22 这个消除反应的机制,可能是通过下列方式进行的:SRRHH+RX顺式CCRRHH顺式2 反应机理:SRRHH+RXX-RXRRHHSR2XCCRRHH顺式顺式SRRHHRRRHHSRX最新精品资料推荐 最新精品资料推荐23 5.聚合反应 2 含两个杂原子的三员杂环化合物 1956 年 W.D.Emmons利用过氧乙酸，在二氯甲烷中氧化 Schiff 碱的方法，在碳氮双键中插入了一个氧原子，得噁吖啶(Oxaziridine)衍生物:最新精品资料推荐 最新精品资料推荐24 另一方法是：上述反应的实质是通过两步反应完成的，先是对羰基的加成，第二步是消除掉 X-,并同时关环生成噁吖啶。在 Shiff碱的碳氮双键上再插入一个氮原子则生成二氮丙啶（Diaziridine）在用酮与硫酸单羟氨酯反应时，加入氨，产物是二氮丙啶，而不是噁吖啶，如：最新精品资料推荐 最新精品资料推荐25 请给出合理的反应机理 羰基化合物和氨、氯气反应即可得到二氮杂环丙烷族化合物。反应在气相中进行。CH3CCH3 NH3Cl2+NHNHCH3CH3O 二氮丙啶是一个具有很大环张力的分子,这种分子中氮原子失去了自由翻转的能力,而且它的 N-N 键键长也变长了（1.468A）（肼分子的N-N键长 1.449A）.二氮丙啶在氧化剂 CrO3、Hg2O 等作用下，生成相应的不饱和三元环 Diazirene.最新精品资料推荐 最新精品资料推荐26 这些含两个杂原子的三元环化合物，都是碱性的，在酸的作用下，都会分解成相应的羰基化合物和胺。在酸的水溶液中，在加热条件下，会使二氮杂环丙烷水解开环，水解产物为肼。CH3CCH3 +NHNHCH3CH3H3O+ONH2NH2 工业上利用这个反应，从丙酮、氨、氯气合成肼。这个方法，丙酮能循环使用。在一般情况下，这些三元分子对于碱是稳定的，但在某些无水强碱（如醇钠等）作用下也能发生分解反应：最新精品资料推荐 最新精品资料推荐27 在加热或光照下，这些分子能发生分子内的重排反应：E.Oliveros 等研究了噁吖啶的反应历程指出21,在光解反应中,分子中的N-O 键是以均裂方式进行的,即生成双自由基过渡态,如:对于各种不同结构的三元环化合物,能够生成不同结构的双自由基过渡态,从而得到不同的产物.二氮杂环丙烯光照时生成卡宾和生成三元环自由基。RAMoss 等（1978）利用烯来捕获卡宾并得到了环丙烷衍生物，最新精品资料推荐 最新精品资料推荐28 从而证实了卡宾的生成。即：Y.Maeda 等(1979 年)利用顺磁共振方法证实,卤代Diazirene 光解时生成下列的自由基23:CNNRXhNNR(n-Bu3Sn)2 式中 R烷基、芳基、烷氧基等。同时还测定了 HCN2.和 CH3CN2.这两个自由基的键参数值。在 A 自由基中,N-N键和 C-N 键的键长与相应的非自由基分子中相比N-N键变长，C-N键变短(共轭的结果)。3 天然存在的一些三元杂环化合物 最新精品资料推荐 最新精品资料推荐29 一、含氧三元杂环化合物 烟曲霉素（fumagillin）是在环己烷的侧链上含有两个 1，2-环氧基团的一种抗生素，其结构式：黄色针状结晶，熔点 194195，25D=26.6(C=1)是从发霉的曲徽烟菌中分离出来的,是一个有强烈作用的抗生素抗原虫菌素，但是同时也有致癌的性质，所以一般不用。二、含氮三元杂环化合物 天然存在的,具有生理活性的环乙亚胺衍生物是非常多的,有的是疗效很好的药物.丝裂霉素是有一类含有环乙亚胺结构的新的抗生素,它们是与链霉素丛生的.Hata 等从土壤中分离得到了三种丝裂霉素(1956),即丝裂霉素 A,丝裂霉素 B,丝裂霉素 C,它们具有类似的基本骨架,性质也比较相近.其主要物理性质如下表所示:最新精品资料推荐 最新精品资料推荐30 OONNCH3R3CH2OCONH2OR1R2 表 2-4 丝裂霉素 名称 结构 状态 熔点 溶解性 生理活性 毒性mg/kg R1 R2 R3 丝-A CH3 H OCH3 紫红色结晶 159-161 水和多种有机溶剂 有抗肿瘤作用 LDsu2 丝-B H CH3 OCH3 紫色结晶 182-184 同上 LDsu10 丝-C CH3 H NH2 蓝紫色结晶 360 同上 抗癌 LDsu5 相关的同系化合物还有三环乙亚胺醌（Triaziquone），癌抑散，Notably等多种。TriaziquoneOONNN熔点：162.5(具有抗肿瘤活性）OONNCH3OCH2CH2OOCH2CH2OCH3熔点：77-78癌抑散OONNCH3OCH2CH2CH2CH2OCH3（有抗血癌药效）Notably 根据环乙亚胺的抗癌作用机理，人们合成了许多含多个环乙亚胺的化合物，其中一类较新的抗癌药物是将环乙亚胺基接到磷酰基化合物上32：最新精品资料推荐 最新精品资料推荐31 PNNOX X 为 NH-R，R 可以是各种基团。它们的一般合成方法为：NH+POCl3(C2H5)3NTHFPNNOClHN R1R2(C2H5)3NTHFPNNNOR1R22 NNNNNN 特里塔明（Tretamine）三嗪的环乙亚胺的衍生物，又称特里塔明（Tretamine），粒状结晶，熔点 139 度（分解），临床上用做抗白血病药和治疗某些癌症。还可以用做昆虫不育剂，能杀死昆虫的生殖细胞，效果比较好，而且不会污染环境。近年来，还从自然界发现含氮杂三元环的氨基酸。它们大都具有明显的生理活性，有的还有重要的药物价值，例如氮丝氨酸，6-重氮-5-羰基正亮氨酸等。氮丝氨酸具有明显的抗肿瘤活性。最新精品资料推荐 最新精品资料推荐32 参 考 文 献 1 A.Hassner et al.,J.Org.Chem.,29,3640(1964).2 W.D.Marss et al.,Ger.Offen 2704119;C.A.89.163381,(1978)3 P.N.Dyen,Ger.Offen;2746812;C.A.89.43091,(978)4 a.N.Shimizu et al.,J.Am.Chem.Soc.,98,4193(1976)b.P.D.Bartlett et al.,Tetrahedron Letters.,No.33,2983(1978)5 G.Rauleder et al.,Ger.Offen 2734242;C.A.168429(1979)6 J.P.Schirmann et al.,ibid.2752626,2803791;C.A.59832,163380.(1978)7 T Itoh et al.,J.Chem.Soc.Chem.Commun.,421(1975)8 D.W.Jones,J.Chem.Soc.Chem.Commun.,404(1978)9 M.Hedayatullah et al.,J.Heterocyclic chem.,16,201(1979)10 E.J.Corey et al.,J.Am.Soc.,87,1345,1353(1965)11 C.D.Gutsche;Org.React.,8,364(1954)12 F.Roelants et al.,Terlahedron.,34,2229(1978)13 a.V.Mark,J.Am.Chem.Soc.,85,18884(1963)14 P.A.B.artlet et al.,J.Org.Chem.,44,1625(1979)15 A.Padwa et al.,Tetrahedron Letters.,No.5.433(1978)16 a.H.Alper et al.,J.Am.Chem.Soc.,99,4330(1977)b.A.Padwa et al.,J.Chem.Soc.,Chem.Commum.,789(1975)17 Maret Znidlewicz,Synthesis.,No.1,62(1979)18 M.Begucka-Ledochowska et al.,Tetrahedron Lett.,13,1025(1976)19 R.F.R.Church et al.,J.Am.Chem.Soc.,87,2665(1965)20 a.E.Schmitz.Adc.Heterocycl.Chem.,2,83(1963)b.Angew.Chem.Int.,Ed.,8,333(1964)21 J.P.Malricu et al.,J.Am.Chem.Soc.,101,318,(1979)22 R.A.Moss et al.,ibid.100,6788(1978)23 Y.Marda et al.,ibid.101,837(1979)24 A.Holm ,J.Chem.Soc.,Perkin Trans.,1,746(1978)25 J.W.Daly et al.,Experientic.,28,1129,(1972)26 D.B.Borders et al.,J.Org.Chem.,89,435,(1974)27 S.T.Yong et al.,ibid.28,928(1963)28 Von N.Linde and Meyer;Help.Chem.Acta.,42,807,(1959)29 T.Hata.et al.,J.Antibion.,9A,141(1956)30 a.Herr et al.,Antimicrob.Ag.Ann.,23,(1960)b.C.Lewis et al.,ibid.27(1960)最新精品资料推荐 最新精品资料推荐33 31 S.Pegtroon,Angew.Chem.,67,226(1955)32 J.E.Macdiarmid et al.,J.Med.Chem.,28,1685-1691(1985)33 a.Q.R.Bartz et al.,Nature.,173,72,(1954)34 Henry W.Dion et al.,J.Am.Chem.Soc.,78,3075(1956)初三化学方程式按元素归类总结 与氧有关的化学方程式：单质与氧气的反应：1.镁在氧气中燃烧：2Mg+O2点燃=2MgO 现象：燃烧、放出大量的热、同时放出耀眼的白光 2.铁在氧气中燃烧：3Fe+2O2点燃=Fe3O4 现象：剧烈燃烧、火星四射、生成黑色的固体 3.铜在氧气中受热：2Cu+O2=2CuO 4.铝在空气中燃烧：4Al+3O2 点燃=2Al2O3 5.氢气中氧气中燃烧：2H2+O2点燃=2H2O 现象：淡蓝色的火焰 6.红磷在空气中燃烧：4P+5O2点燃=2P2O5 现象:：生成白烟 7.硫粉在氧气中燃烧：S+O2 点燃=SO2 现象：空气中是淡蓝色的火焰；纯氧中是蓝紫色的火焰；同时生成有刺激性气味的气体。8.碳在氧气中充分燃烧：C+O2点燃=CO2 现象：生成能够让澄清石灰水浑浊的气体 9.碳在氧气中不充分燃烧：2C+O2点燃=2CO 现象：燃烧 10.汞（水银）在氧气中燃烧：2Hg+O2点燃=2HgO 化合物与氧气的反应：11.一氧化碳在氧气中燃烧：2CO+O2点燃=2CO2 12.甲烷在空气中燃烧：CH4+2O2点燃=CO2+2H2O 13.酒精在空气中燃烧：C2H5OH+3O2 点燃=2CO2+3H2O 几个分解反应：14.双氧水催化制氧气：2H2O2MnO2=2H2O+O2 现象：溶液里冒出大量的气泡 15.水在直流电的作用下分解：2H2O通电=2H2+O2 16.加热碱式碳酸铜：Cu2(OH)2CO3=2CuO+H2O+CO2