光催化下空气直接氧化烯烃构建β羰基膦酸酯类衍生物的合成研究(附件)
含磷有机化合物在医药、农业和有机材料领域具有广泛应用，其中，β-羰基膦酸酯衍生物作为一类重要的含磷化合物，通常具有不错的生物活性。因此，如何高效绿色的合成此类化合物具有重要意义。目前已有一些方法用于β-羰基膦酸酯衍生物的合成，但是这些方法仍有一些不足，例如需要贵重且有毒的过渡金属、化学计量的氧化剂、反应条件剧烈和较长的反应时间等。在本论文中，我们以烯烃和二芳基膦氧为底物，空气作为氧源，有机染料作为光催化剂，合成了一系列β-羰基膦酸酯衍生物。此方法原料廉价易得，具有较好的底物适用范围，条件简单温和，能以中等到优秀的收率得到相应的产物。反应中没有涉及过渡金属的使用，且以绿色的空气作为氧源，可见这一合成方法符合绿色化学的理念。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
1 引言4
1.1含磷有机化合物的重要性4
1.2β羰基膦酸酯类衍生物的合成方法4
1.2.1以芳香酯为原料4
1.2.2以炔酸为原料5
1.2.3以肉桂酸酯为原料5
1.2.4以肉桂酸为原料5
1.2.5 以烯烃为原料5
2课题的提出与设计7
3 材料与方法7
3.1仪器与试剂7
3.2原料的制备方法8
4 结果与讨论8
4.1反应条件的优化8
4.2底物范围9
4.3代表性化合物的相关表征数据10
5 论文小结与展望11
致谢12
参考文献13
附录15
光催化下空气直接氧化烯烃构建β羰基膦酸酯类
衍生物的合成研究
引言
1 引言
1.1 含磷有机化合物的重要性
含磷有机化合物在有机合成、生化、材料、农药和医药等领域具有重要的作用[16]。其中，β羰基膦酸酯是一类具有羰基的含磷化合物，它们通常具有重要的生物活性，例如图1中的四个β羰基膦酸酯类化合物是β内酰胺酶抑制剂[7]（图1）。
图1 具有重要生物活性的β羰基膦酸酯类化合物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.2 β羰基膦酸酯类衍生物的合成方法
目前，有机磷化学已经发展成为现代化学中的一个重要研究领域，开发更加高效、便捷且绿色环保的合成有机磷化合物方法成为近年来研究的热点。由于β羰基膦酸酯类化合物的重要性以及它们在合成上的广泛应用，化学工作者们一直在探索它们的合成方法[813]。
过渡金属催化的反应是传统有机合成的重要策略和工具，此类反应被广泛应用于天然产物、生物活性分子、农药、医药和材料等的合成中。近年来，关于制备β羰基膦酸酯化合物的研究相对较多，但大多是以昂贵或者有毒的过渡金属作为催化剂，反应条件大多较为苛刻复杂，有些反应需要高温，反应时间较长。下面根据采用底物的不同，对这些方法进行简要的介绍。
1.2.1 以芳香酯为原料
2009年，Milburn等人[14]报道了一种以芳香酯作为原料，甲基膦酸二甲酯为有机磷试剂，在强碱双三甲基硅基胺基锂（LiHMDS）的存在下进行反应，得到一系列的β羰基膦酸酯产物（图2）。他们发现甲基膦酸二烷基酯与LiHMDS形成的混合物在高温下很稳定，因而甲基膦酸二烷基酯可以与芳香酯顺利的发生反应但无需低温条件。然而对于膦酸二芳基酯和膦酸二（三氟乙基）酯底物，则需要在低温（0oC）下进行反应，从而避免其中间体的分解。该反应需要使用价格较贵且对空气和水敏感的锂试剂，因而成本较高，操作复杂，且对强碱敏感的芳香酯原料不适用。
图2 以芳香酯为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.2 以炔酸为原料
2015年，厦门大学赵玉芬教授课题组[15]以炔酸作为反应底物，硫酸铜作为催化剂，叔丁基过氧化氢（TBHP）作为氧化剂，乙腈（MeCN）作作为溶剂，60oC在氨水存在的条件下反应(图3)，得到相应的β羰基膦酸酯衍生物。此方法使用了过渡金属催化剂，采用化学计量的叔丁基过氧化氢作为氧化剂，一定程度上限制了此方法的应用。另外该反应的底物范围也有一定的局限性，烷基取代的炔酸底物不能发生反应。
图3 以炔酸为底物合成β羰基膦酸酯类衍生物
1.2.3 以肉桂酸酯为原料
2015年，宋秋玲课题组[16]报道了一例铁/铜共催化下不饱和羧酸酯合成β羰基膦酸酯的方法（图4）。该方法以肉桂酸酯作为反应底物，氧气为氧化剂，三氯化铁（FeCl3）和三氟甲烷磺酸亚铜（CuOTf）为催化剂，90oC下在二甲亚砜（DMSO）中反应24小时，以中等到较好的收率（4884%）得到相应的目标产物。他们对反应的机理做了初步的研究，并通过同位素标记实验，得出产物β羰基膦酸酯中的羰基氧原子来自于氧气，可见氧气既充当氧化剂，又作为反应试剂。此方法使用了两种过渡金属催化剂，需要在90oC的高温下进行反应，并以氧气作为氧源，氧气遇热具有潜在的危险性。
图4 以肉桂酸酯为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.4 以肉桂酸为原料
2015年，宋秋玲课题组[17]报道了一例利用三氯化铁（FeCl3）/三氟甲烷磺酸亚铜（CuOTf）催化体系，在70oC下实现了烯基酸的脱羧氧膦化反应，以较好的收率（2880%）合成了一系列β羰基膦酸酯类衍生物（图5）。他们做了初步的机理研究，研究表明，产物β羰基膦酸酯中羰基氧原子来自于氧气。
图5 以肉桂酸为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.5 以烯烃为原料
烯烃是一类简单且廉价易得的化工原料，它们通常能够发生多种化学反应。其中，烯烃的双官能团化反应一直以来备受关注，是研究的热点之一。从烯烃出发合成β羰基膦酸酯毫无疑问具有步骤经济性和原子经济性。2011年，姬建新等人[18]报道了首例烯烃的氧膦化反应，他们利用氧气作为氧化剂和氧源，在过渡金属的催化下，实现了从烯烃一步高效直接合成β羰基膦酸酯的方法（图6）。该反应底物范围广，有较高的原子经济性并且没有使用含卤中间体。但该反应使用了Cu/Fe两种过渡金属共催化反应，并且需要控制反应条件在55oC下进行，反应条件较为苛刻，另外，氧气钢瓶的运输和存放不方便，且在加热下使用氧气具有潜在的危险性。
图6 以烯烃为底物合成β羰基膦酸酯
2015年，Radivoy等人[19]报道了以烯烃为底物，铜纳米材料/氧化锌 (CuNPs/ZnO) 为催化剂，在乙腈（CH3CN）中于70oC下反应610小时，以5293%的收率合成了一系列β羰基膦酸酯（图7）。该方法涉及复杂的铜纳米材料的制备，且反应需要在加热下进行。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
1 引言4
1.1含磷有机化合物的重要性4
1.2β羰基膦酸酯类衍生物的合成方法4
1.2.1以芳香酯为原料4
1.2.2以炔酸为原料5
1.2.3以肉桂酸酯为原料5
1.2.4以肉桂酸为原料5
1.2.5 以烯烃为原料5
2课题的提出与设计7
3 材料与方法7
3.1仪器与试剂7
3.2原料的制备方法8
4 结果与讨论8
4.1反应条件的优化8
4.2底物范围9
4.3代表性化合物的相关表征数据10
5 论文小结与展望11
致谢12
参考文献13
附录15
光催化下空气直接氧化烯烃构建β羰基膦酸酯类
衍生物的合成研究
引言
1 引言
1.1 含磷有机化合物的重要性
含磷有机化合物在有机合成、生化、材料、农药和医药等领域具有重要的作用[16]。其中，β羰基膦酸酯是一类具有羰基的含磷化合物，它们通常具有重要的生物活性，例如图1中的四个β羰基膦酸酯类化合物是β内酰胺酶抑制剂[7]（图1）。
图1 具有重要生物活性的β羰基膦酸酯类化合物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.2 β羰基膦酸酯类衍生物的合成方法
目前，有机磷化学已经发展成为现代化学中的一个重要研究领域，开发更加高效、便捷且绿色环保的合成有机磷化合物方法成为近年来研究的热点。由于β羰基膦酸酯类化合物的重要性以及它们在合成上的广泛应用，化学工作者们一直在探索它们的合成方法[813]。
过渡金属催化的反应是传统有机合成的重要策略和工具，此类反应被广泛应用于天然产物、生物活性分子、农药、医药和材料等的合成中。近年来，关于制备β羰基膦酸酯化合物的研究相对较多，但大多是以昂贵或者有毒的过渡金属作为催化剂，反应条件大多较为苛刻复杂，有些反应需要高温，反应时间较长。下面根据采用底物的不同，对这些方法进行简要的介绍。
1.2.1 以芳香酯为原料
2009年，Milburn等人[14]报道了一种以芳香酯作为原料，甲基膦酸二甲酯为有机磷试剂，在强碱双三甲基硅基胺基锂（LiHMDS）的存在下进行反应，得到一系列的β羰基膦酸酯产物（图2）。他们发现甲基膦酸二烷基酯与LiHMDS形成的混合物在高温下很稳定，因而甲基膦酸二烷基酯可以与芳香酯顺利的发生反应但无需低温条件。然而对于膦酸二芳基酯和膦酸二（三氟乙基）酯底物，则需要在低温（0oC）下进行反应，从而避免其中间体的分解。该反应需要使用价格较贵且对空气和水敏感的锂试剂，因而成本较高，操作复杂，且对强碱敏感的芳香酯原料不适用。
图2 以芳香酯为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.2 以炔酸为原料
2015年，厦门大学赵玉芬教授课题组[15]以炔酸作为反应底物，硫酸铜作为催化剂，叔丁基过氧化氢（TBHP）作为氧化剂，乙腈（MeCN）作作为溶剂，60oC在氨水存在的条件下反应(图3)，得到相应的β羰基膦酸酯衍生物。此方法使用了过渡金属催化剂，采用化学计量的叔丁基过氧化氢作为氧化剂，一定程度上限制了此方法的应用。另外该反应的底物范围也有一定的局限性，烷基取代的炔酸底物不能发生反应。
图3 以炔酸为底物合成β羰基膦酸酯类衍生物
1.2.3 以肉桂酸酯为原料
2015年，宋秋玲课题组[16]报道了一例铁/铜共催化下不饱和羧酸酯合成β羰基膦酸酯的方法（图4）。该方法以肉桂酸酯作为反应底物，氧气为氧化剂，三氯化铁（FeCl3）和三氟甲烷磺酸亚铜（CuOTf）为催化剂，90oC下在二甲亚砜（DMSO）中反应24小时，以中等到较好的收率（4884%）得到相应的目标产物。他们对反应的机理做了初步的研究，并通过同位素标记实验，得出产物β羰基膦酸酯中的羰基氧原子来自于氧气，可见氧气既充当氧化剂，又作为反应试剂。此方法使用了两种过渡金属催化剂，需要在90oC的高温下进行反应，并以氧气作为氧源，氧气遇热具有潜在的危险性。
图4 以肉桂酸酯为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.4 以肉桂酸为原料
2015年，宋秋玲课题组[17]报道了一例利用三氯化铁（FeCl3）/三氟甲烷磺酸亚铜（CuOTf）催化体系，在70oC下实现了烯基酸的脱羧氧膦化反应，以较好的收率（2880%）合成了一系列β羰基膦酸酯类衍生物（图5）。他们做了初步的机理研究，研究表明，产物β羰基膦酸酯中羰基氧原子来自于氧气。
图5 以肉桂酸为底物合成β羰基膦酸酯
1.2.5 以烯烃为原料
烯烃是一类简单且廉价易得的化工原料，它们通常能够发生多种化学反应。其中，烯烃的双官能团化反应一直以来备受关注，是研究的热点之一。从烯烃出发合成β羰基膦酸酯毫无疑问具有步骤经济性和原子经济性。2011年，姬建新等人[18]报道了首例烯烃的氧膦化反应，他们利用氧气作为氧化剂和氧源，在过渡金属的催化下，实现了从烯烃一步高效直接合成β羰基膦酸酯的方法（图6）。该反应底物范围广，有较高的原子经济性并且没有使用含卤中间体。但该反应使用了Cu/Fe两种过渡金属共催化反应，并且需要控制反应条件在55oC下进行，反应条件较为苛刻，另外，氧气钢瓶的运输和存放不方便，且在加热下使用氧气具有潜在的危险性。
图6 以烯烃为底物合成β羰基膦酸酯
2015年，Radivoy等人[19]报道了以烯烃为底物，铜纳米材料/氧化锌 (CuNPs/ZnO) 为催化剂，在乙腈（CH3CN）中于70oC下反应610小时，以5293%的收率合成了一系列β羰基膦酸酯（图7）。该方法涉及复杂的铜纳米材料的制备，且反应需要在加热下进行。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/634.html
