一种苯炔前体的设计合成
摘 要苯炔广泛应用于有机化学的合成中，是有机化学合成中重要的中间体。但因为苯炔的制备条件苛刻，所以在合成中受到很大的限制。本文主要讲述了有关苯炔前体制备的各种方法，并对苯炔参与的有机反应进行了概括总结，详细的总结出苯炔参与的有机反应及其分类，其反应主要是苯炔与其它化合物发生周环、亲核加成和过渡金属催化。在此基础上，研究一种苯炔前体的简便制备方法。本文是采用D-A反应，以香豆灵酸甲酯（2）为原料，首先与双（三甲基硅基）乙炔发生反应，得到3,4-二（三甲基硅基）苯甲酸甲酯（3），然后与碘苯二乙酸反应，再与三氟甲烷磺酸成盐得到目标化合物[5-（甲氧羰基）-2-（三甲基硅）苯基]（苯基）碘鎓三氟甲烷磺酸盐。通过对两步反应条件进行研究，确定最佳反应，在最佳反映条件下，两步反应总收率59.8%。对于目标化合物的应用进行了研究，目标化合物与呋喃在正丁基氟化铵作用下发生Diels-Alder反应得到1,4-二氢-1,4-环氧萘-6-甲酸甲酯，收率为78.5%。产物及中间体结构经1HNMR和ESI-MS确证。
目 录
1 绪论 1
1.1 苯炔的综述 1
1.2 苯炔的制备 2
1.3 苯炔参与的有机反应 4
1.3.1 周环反应 5
1.3.1.1 DielsAlder反应 5
1.3.1.2 [2+2]环加成反应 7
1.3.1.3 1,3偶极环加成反应 9
1.3.1.4 1,4偶极环加成反应 9
1.3.1.5 苯炔参与的Ene反应 9
1.3.2 亲核加成反应 10
1.3.2.1 与氮亲核试剂的反应 10
1.3.2.2 与腈类碳负离子的亲核加成 10
1.3.2.3 与烯醇碳负离子的亲核加成 10
1.3.3 过渡金属催化的反应 11
1.4 总结 12
1.5 课题的提出 12
2 实验部分 15
2.1 合成路线 15
2.2 实验设计 15
2.2.1 实验仪器及试剂 15
2.2.2 合成方法 16
2.3 结果与讨论 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
2.3.1 化合物3的合成讨论 17
2.3.1.1 反应溶剂对化合物3收率的影响 17
2.3.1.2 反应温度（℃）和时间（h）对化合物3收率的影响 18
2.3.2 化合物1的合成讨论 18
2.3.2.1 物料比对化合物1收率的影响 18
2.3.2.2 反应溶剂对化合物1收率的影响 19
2.3.2.3 反应温度和时间对化合物1收率的影响 19
2.3.2.4 后处理条件对化合物1收率的影响 20
2.3.3 化合物1作为苯炔前体在合成方面的应用 20
结论 23
参考文献 25
致谢 29
附图 31
1 绪论
1.1 苯炔的综述
苯炔又称为去氢苯，因其反应活性十分高，所以深受化学家们的喜爱[12]。其实人们在很早就发现苯炔及其衍生物的特殊结构和反应活性[35]。正是因为它在有机合成中独特的结构以及独特的反应活性，所以在合成有机化学和物理有机化学等方面有着广泛的应用[67]。但是，由于当时实验条件苛刻无法满足，所以一直无法证实苯炔前体的存在。
一直以来，化学家们对苯炔的合成和应用的关注度很高，因为作为有机中间体它的性质特别活泼。苯炔是指缺失两个氢原子的去氢苯，它主要包括三种结构，分别为l,2去氢苯、l,3去氢苯、l,4去氢苯（如图1.1所示），但一般情况下仅指1,2去氢苯及其杂环类似物。
图1.1
1942年，Witting小组对苯炔中间体进行实验探究，通过实验发现有一种中间体的存在，但无法确定是什么，因此对该中间体的提出了假设。1953年，Robert教授等人将氯苯被氯取代的碳原子进行标记，标记为14C，然后将其与氨化钾反应，最后生成了带有标记的苯胺，并对其反应进行研究[8]（如图1.2所示），此反应的研究为苯炔活泼中间体存在的假设提供了有力的依据，从此为苯炔的研究揭开了新的篇章。1956年，Witting等将被卤素取代的苯发生DA反应（如图1.3所示），在该反应下成功的捕获到苯炔活泼中间体，并且证实了苯炔中间体是真实存在的，这为之前苯炔中间体存在的假设提供了强有力的证据[9]。苯炔性质活泼，是因为两个sp2杂化距离相对较远，重叠比较少，形成微弱的π键，张力大，容易断裂，因此具有很好的活性[10]（如图1.4）。
图1.2
图1.3
图1.4
1.2 苯炔的制备
苯炔是一种很不稳定的有机化合物，在常温常压条件下几乎不存在。目前，文献报道的关于苯炔参与的化学反应特别多，但是大部分都无法将苯炔从化学反应中分离出来，因此如何简单、方便的制得苯炔是许多科学家关注的问题。对于苯炔如何制备，多年来，科学家们研究出了很多方法（如图1.5所示），但不管是哪种方法，反应机理都是相同的，都是在苯取代基的邻位与取代基发生消除反应，最后生成还有不饱和键的苯炔化合物。在各种反应的制备过程中，不同的反应试剂也会造成反应条件和操作方法大不相同，有的反应要在强酸或强碱条件下进行，有的反应要在高温或较低温度条件下进行，有的苯炔前体很难制备出来，有的操作方法十分复杂，甚至有的方法会有发生爆炸的可能，比如通过加热分解重氮盐来制备苯炔，此方法虽然简单，但是反应产生的重氮盐不能发生碰撞，不然会发生爆炸。也正是因为这些因素的影响，使苯炔的应用受到限制。1983年，Kobayashi[1112]等找到一种制备苯炔的方法，该方法不仅条件温和，而且安全性也好。该方法就是，在氟离子的作用下将2（三甲基硅基）三氟甲烷磺酸苯酯，通过邻位的消除，然后得到苯炔。这种在温和条件下制备苯炔的方法深受研究者的喜爱，并且为苯炔的制备及其在有机合成中的应用做出了巨大的贡献。
图1.5
卤素单取代芳烃制备苯炔是在与卤素相邻的位置上消除卤化氢。生成苯炔的难易程度与卤素有关，卤素不同，难易程度不同，从卤素的电负性来看，氟化物更容易得到苯炔，是因为氟原子具有很强的电负性，会增强碳原子上邻位氢的酸性，可以使其作为质子离去[13]。在整个反应过程中，起决定性作用的是碱消除质子，而不是卤素的离去（如图1.6所示）。
图1.6
邻氨基苯甲酸与亚硝酸在常温条件下反应会生成重氮盐，但是重氮盐在加热的条件下，会分解产生二氧化碳、氮气和苯炔，容易发生爆炸，因此该方法反应得到的重氮盐不能受到撞击，否则会发生爆炸，若是在乙腈，二氯甲烷中加热就不会发生爆炸，只是生成苯炔[14]（如图1.7所示）。
图1.7
目 录
1 绪论 1
1.1 苯炔的综述 1
1.2 苯炔的制备 2
1.3 苯炔参与的有机反应 4
1.3.1 周环反应 5
1.3.1.1 DielsAlder反应 5
1.3.1.2 [2+2]环加成反应 7
1.3.1.3 1,3偶极环加成反应 9
1.3.1.4 1,4偶极环加成反应 9
1.3.1.5 苯炔参与的Ene反应 9
1.3.2 亲核加成反应 10
1.3.2.1 与氮亲核试剂的反应 10
1.3.2.2 与腈类碳负离子的亲核加成 10
1.3.2.3 与烯醇碳负离子的亲核加成 10
1.3.3 过渡金属催化的反应 11
1.4 总结 12
1.5 课题的提出 12
2 实验部分 15
2.1 合成路线 15
2.2 实验设计 15
2.2.1 实验仪器及试剂 15
2.2.2 合成方法 16
2.3 结果与讨论 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
2.3.1 化合物3的合成讨论 17
2.3.1.1 反应溶剂对化合物3收率的影响 17
2.3.1.2 反应温度（℃）和时间（h）对化合物3收率的影响 18
2.3.2 化合物1的合成讨论 18
2.3.2.1 物料比对化合物1收率的影响 18
2.3.2.2 反应溶剂对化合物1收率的影响 19
2.3.2.3 反应温度和时间对化合物1收率的影响 19
2.3.2.4 后处理条件对化合物1收率的影响 20
2.3.3 化合物1作为苯炔前体在合成方面的应用 20
结论 23
参考文献 25
致谢 29
附图 31
1 绪论
1.1 苯炔的综述
苯炔又称为去氢苯，因其反应活性十分高，所以深受化学家们的喜爱[12]。其实人们在很早就发现苯炔及其衍生物的特殊结构和反应活性[35]。正是因为它在有机合成中独特的结构以及独特的反应活性，所以在合成有机化学和物理有机化学等方面有着广泛的应用[67]。但是，由于当时实验条件苛刻无法满足，所以一直无法证实苯炔前体的存在。
一直以来，化学家们对苯炔的合成和应用的关注度很高，因为作为有机中间体它的性质特别活泼。苯炔是指缺失两个氢原子的去氢苯，它主要包括三种结构，分别为l,2去氢苯、l,3去氢苯、l,4去氢苯（如图1.1所示），但一般情况下仅指1,2去氢苯及其杂环类似物。
图1.1
1942年，Witting小组对苯炔中间体进行实验探究，通过实验发现有一种中间体的存在，但无法确定是什么，因此对该中间体的提出了假设。1953年，Robert教授等人将氯苯被氯取代的碳原子进行标记，标记为14C，然后将其与氨化钾反应，最后生成了带有标记的苯胺，并对其反应进行研究[8]（如图1.2所示），此反应的研究为苯炔活泼中间体存在的假设提供了有力的依据，从此为苯炔的研究揭开了新的篇章。1956年，Witting等将被卤素取代的苯发生DA反应（如图1.3所示），在该反应下成功的捕获到苯炔活泼中间体，并且证实了苯炔中间体是真实存在的，这为之前苯炔中间体存在的假设提供了强有力的证据[9]。苯炔性质活泼，是因为两个sp2杂化距离相对较远，重叠比较少，形成微弱的π键，张力大，容易断裂，因此具有很好的活性[10]（如图1.4）。
图1.2
图1.3
图1.4
1.2 苯炔的制备
苯炔是一种很不稳定的有机化合物，在常温常压条件下几乎不存在。目前，文献报道的关于苯炔参与的化学反应特别多，但是大部分都无法将苯炔从化学反应中分离出来，因此如何简单、方便的制得苯炔是许多科学家关注的问题。对于苯炔如何制备，多年来，科学家们研究出了很多方法（如图1.5所示），但不管是哪种方法，反应机理都是相同的，都是在苯取代基的邻位与取代基发生消除反应，最后生成还有不饱和键的苯炔化合物。在各种反应的制备过程中，不同的反应试剂也会造成反应条件和操作方法大不相同，有的反应要在强酸或强碱条件下进行，有的反应要在高温或较低温度条件下进行，有的苯炔前体很难制备出来，有的操作方法十分复杂，甚至有的方法会有发生爆炸的可能，比如通过加热分解重氮盐来制备苯炔，此方法虽然简单，但是反应产生的重氮盐不能发生碰撞，不然会发生爆炸。也正是因为这些因素的影响，使苯炔的应用受到限制。1983年，Kobayashi[1112]等找到一种制备苯炔的方法，该方法不仅条件温和，而且安全性也好。该方法就是，在氟离子的作用下将2（三甲基硅基）三氟甲烷磺酸苯酯，通过邻位的消除，然后得到苯炔。这种在温和条件下制备苯炔的方法深受研究者的喜爱，并且为苯炔的制备及其在有机合成中的应用做出了巨大的贡献。
图1.5
卤素单取代芳烃制备苯炔是在与卤素相邻的位置上消除卤化氢。生成苯炔的难易程度与卤素有关，卤素不同，难易程度不同，从卤素的电负性来看，氟化物更容易得到苯炔，是因为氟原子具有很强的电负性，会增强碳原子上邻位氢的酸性，可以使其作为质子离去[13]。在整个反应过程中，起决定性作用的是碱消除质子，而不是卤素的离去（如图1.6所示）。
图1.6
邻氨基苯甲酸与亚硝酸在常温条件下反应会生成重氮盐，但是重氮盐在加热的条件下，会分解产生二氧化碳、氮气和苯炔，容易发生爆炸，因此该方法反应得到的重氮盐不能受到撞击，否则会发生爆炸，若是在乙腈，二氯甲烷中加热就不会发生爆炸，只是生成苯炔[14]（如图1.7所示）。
图1.7
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