第2章 三员杂环化合物(10页).doc

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1、-第2章 三员杂环化合物-第 10 页第二章 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10.71.88D114.031959Wurtz硫杂环丙烷无色液体55-56不溶与水易溶于有机溶剂1.66D82.691920Delepine环乙亚胺无色液体56与水混溶1.89D112.321888Gabriel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

2、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：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2. 在碳碳双键中插入杂原子的方法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H2CCH21R2CCH2500RHC=CH224R2CCHR6500RHCCHR500R2CCR2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

3、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。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。 3亚甲基插入法（1）利用硫伊利德的亲核加成反应 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。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。.现代合成反应,北京:北京大学出

4、版社,1985:567（2）利用重氮甲烷及其衍生物在C=X之间插入亚甲基4缩合反应可能的反应途径：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

5、 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、7090Sharpless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: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，20006. 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(112

6、,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。 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

7、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 chlorochromate123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。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):

8、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1.成盐反应2.开环反应（1）在碱性条件下的亲核开环反应（2）.酸催化开环反应（3）应用实例例1可能的反应机理：例2例33.重排反应（1）立体选择重排（2）扩环重排反应可能机理：4.消除反应这个消除反应的机制,可能是通过下列方式进行的:反应机理:5.聚合反应2 含两个杂原子的三员杂环化合物1956年 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

9、生物: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：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。 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Diazire

10、ne.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。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：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

11、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，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: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

12、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: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/kgR1R2R3丝-ACH3HOCH3紫红色结晶159

13、-161水和多种有机溶剂有抗肿瘤作用LDsu2丝-BHCH3OCH3紫色结晶182-184同上LDsu10丝-CCH3HNH2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。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：X为NH-R，R可以是各种基团。它们的一般合成方法为：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

14、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。参 考 文 献 1 A.Hassner et al., J. Org. Chem., 29,3640(1964). 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. Ba

15、rtlett 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)

16、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.

17、, 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

18、(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

19、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)31 S. Pegtroon, Angew. Chem.,67,226(1955)32 J. E. Macdiarmid et al., J. Med. Chem., 28,1685-1691(1985)Nature.,173,72,(1954)34 Henry W. Dion et al., J. Am. Chem. Soc.,78,3075(1956)