碘在有機(jī)合成中的應(yīng)用研究進(jìn)展

1、中國(guó) 科技論文在線 碘在有機(jī)合成中的應(yīng)用研究進(jìn)展何莉蘋 1,許柱 2,周敏 1,蔡佩君 1作者簡(jiǎn)介:何莉蘋(1987-,女,化工專業(yè)大四本科在讀通信聯(lián)系人:蔡佩君,男,副教授,研究方向?yàn)楦∵x藥劑合成及應(yīng)用 . E-mail: pjcai(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州 221116;2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇徐州 221116摘要:碘作為一種有機(jī)催化劑被廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域。 按反應(yīng)類型研究碘作為催化劑在 有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用,主要反應(yīng)有去保護(hù)基、催化含氮化合物、烯丙基化反應(yīng)及其它反應(yīng)。研 究表明,它作為一種催化劑具有收率高、反應(yīng)時(shí)間短、選擇性高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此碘 可為綠

2、色有機(jī)合成、藥物合成、新型催化反應(yīng)開(kāi)辟新途徑,具有良好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞: I; Catalysts ; Organic Reaction; Appliance; Research progress中圖分類號(hào):O621.3Research Progress on the Application of I2 in OrganicSynthesisHE Liping1, XU Zhu2, ZHOU Min1, CAI Peijun1(1. School of Chemical Engineering & Technology, China University of Mining &am

3、p; Technology,Xuzhou 221116, P. R. China;2. School of Environmental and Spatial Informatics, China University of Mining & Technology,Xuzhou 221116, P. R. ChinaAbstract: As an organic catalyst, iodine finds an important role in organic reactions. Many studies are focused on its application, such

4、as group protection, catalytic nitrogen, allylation reaction, and so on. The results show that it has many advantages in organic reactions, including high yield, short reaction time, convenient operation and high selectivity. It has opened a new avenue for green organic synthesis, drug synthesis, ne

5、w catalytic reaction, which leads to promising applications.Key words: I; Catalysts ; Organic Reaction; Appliance; Research progress0 引言隨著人類科學(xué)的迅速發(fā)展,碘被人們廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 單質(zhì)碘(I2是紫黑色有 金屬光澤的鱗片狀晶體,微溶于水、易溶于有機(jī)溶劑、易升華。 碘是制造各種無(wú)機(jī)及有機(jī) 碘化合物的重要原料, 也是人體和動(dòng)植物不可缺少的元素之一。 它處于元素周期表第A 族的最下端, 具有較大的原子半徑和多層電子結(jié)構(gòu), 使它除具有該族元素的通性外, 還 具

6、有一定的特殊性質(zhì), 如能催化有機(jī)化學(xué)反應(yīng), 因而受到有機(jī)化學(xué)界的重視。 碘催化的 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)具有收率高、反應(yīng)時(shí)間短、選擇性高等優(yōu)點(diǎn), 成為迄今最為活躍的研究領(lǐng)域 之一。碘作為催化劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)中, 引起人們的極大關(guān)注。 因?yàn)樵诒姸嗟乃?性催化劑中, 質(zhì)子酸催化有機(jī)反應(yīng)具有副反應(yīng)多、 后處理工藝復(fù)雜、 對(duì)反應(yīng)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、 對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。 而某些固體酸和 Lewis 酸催化劑具有原料難得、催化效率低、反 應(yīng)溫度高等不足。 除了被當(dāng)作氧化劑 【1,2】 外, 研究表明, 碘還作為一種催化劑具有易得、 高效、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 碘可以發(fā)生去保護(hù)基反應(yīng)、催化含氮化合物發(fā)生反應(yīng)、烯丙

7、基化反 中國(guó) 科技論文在線應(yīng)及其它反應(yīng)。 因此已被廣泛用于有機(jī)合成, 具有很好的應(yīng)用前景。1去保護(hù)基有機(jī)合成中的保護(hù)基團(tuán)法不僅在實(shí)驗(yàn)室有廣泛應(yīng)用, 而且在今天的藥物合成工業(yè)中也被頻繁地應(yīng)用著。合成上保護(hù)基的問(wèn)題往往容易解決的, 而去保護(hù)基步驟常是整個(gè)合成的壓軸戲, 許多的合成工作因不能順利除去保護(hù)基而失敗。 在多種保護(hù)基的選擇性脫除時(shí),一個(gè)保護(hù)基的脫除不影響另外的保護(hù)基顯得十分重要。 I2催化劑可以選擇性的脫除不同醚的保護(hù)基。Ren 課題組 3報(bào)道了使用 1% 碘的甲醇溶液能夠?qū)⒂?D-核糖核苷及 2-脫氧-D-核糖核苷上的低級(jí)醇衍生而得的醋酸酯基進(jìn)行脫去(Scheme 1。Gogoi 等 4

8、報(bào)道了催化量的碘在含有表面活性劑(十二烷基磺酸鈉的水中能夠?qū)﹄炕騺啺愤M(jìn)行脫除反應(yīng)而生成相應(yīng)的酮或醛。對(duì)于烷基醚和烷氧基烷基醚, I2為催化劑,在不同溶劑中可以選擇性去除對(duì)甲氧基芐基醚(PMB5, 三苯甲基醚(Tr, 二對(duì)甲氧苯基苯甲基醚(DMTr6, 2-甲基-2-丁烯醚(Pre7,四氫吡喃醚(THP8,9, 苯乙酮的鄰位甲氧基甲基醚(MOM和鄰位 PMB 10。 所有這些反應(yīng)均在溫和條件下進(jìn)行, 產(chǎn)率高。對(duì)于硅醚, I2為催化劑, 在 MeOH 溶劑中可以選擇性去除 t-BuMe2Si(TBDMS或 TBS 11,該法產(chǎn)率高, 條件溫和, 操作簡(jiǎn)便。 在室溫時(shí), 只去除烷基 TBS, 而芳基

9、 TBS 不受影響 12(Scheme 1。 1% (w/vIMeOH 98%100%Scheme 1另外, 縮醛或縮酮在 I 2催化下, 也可高產(chǎn)率的去除保護(hù)基(Eq.113。 Kalita 等 14報(bào)道在碘催化下, 在微波照射下醛或環(huán)酮與 1,2-乙二醇反應(yīng)得到 1,3-二氧戊環(huán), 脂肪酮不反應(yīng)。Karimi 等 15發(fā)展了另一種使羰基縮醛化的方法, 用 1,3-二(三甲基硅氧丙烷(BTSP1在碘催化下在二氯甲烷中與羰基化合物 2反應(yīng), 高產(chǎn)率制備 1,3-二氧雜環(huán)己烷 3(式 1。 位阻大的酮如二苯甲酮和樟腦延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間也能得到中等收率的產(chǎn)物。 該方法條件溫和, 酸敏感的基團(tuán)如酚酯、TH

10、P 和 TBDMS 醚不被裂解。2催化含氮化合物碘被廣泛地用于合成一些重要的含氮化合物。 在乙醇中, 碘能催化氨基二烯酮發(fā)生環(huán)化并脫水生成 2,3,6-三取代吡啶 16。 氮雜環(huán)丙烷不僅是有機(jī)合成中的有用中間體, 而且它們具有重要的生物活性。 以 I 2為催化劑, 可以方便、高效地合成氮雜環(huán)丙烷類化合物。Banik 等 17用釤和碘作催化劑將亞胺還原合成了胺類衍生物。 在這里, Sm- I2還原 中國(guó) 科技論文在線 體系并不是以 Sm I2存在, 而實(shí)際上是 Sm I3。 此反應(yīng)用甲醇作溶劑, 各種亞胺都可以 與釤和碘反應(yīng)并具有很高的選擇性。 實(shí)驗(yàn)證明, 目標(biāo)產(chǎn)物取決于起始亞胺的結(jié)構(gòu)。 盡 管

11、釤和碘相互作用生成何種物質(zhì)目前還不能證實(shí), 通過(guò)假設(shè)兩種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)途徑從而導(dǎo)致 了還原產(chǎn)物或則二聚產(chǎn)物的生成, 這些就合理地解釋了最終的產(chǎn)物分布。 Qin 等 18用碘催化 N-叔丁基亞砜基亞胺與吲哚室溫偶聯(lián)制備雙吲哚甲烷(Scheme 2,產(chǎn)率一般高于 90%, 僅當(dāng)亞胺碳上帶 2-呋喃基時(shí)產(chǎn)率(51%較低, 認(rèn)為碘對(duì)亞胺進(jìn)攻導(dǎo)致 其親電性增強(qiáng)是催化作用的原因。 Scheme 2Liu 等 19用碘催化含烯烴基的乙酸酯對(duì) N-烴基化吲哚環(huán)烴基化, 反應(yīng)的區(qū)域選擇性很 好, 主要為 3-烴基化產(chǎn)物。 認(rèn)為碘是通過(guò)與酯結(jié)構(gòu)中的烯丙基形成碘鎓而起作用(Scheme 3, 苯環(huán)上的取代基對(duì)該反應(yīng)沒(méi)明顯

12、影響, 氮上含吸電子基時(shí), 反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。 B rPh B BScheme 33 烯丙基化反應(yīng)Lewis 酸促進(jìn)下烯丙基三甲基硅烷與羰基合物之間的烯丙基化反應(yīng)(Sakurai-Hosomi反應(yīng)形成碳-碳鍵的重要方法之一。 用碘作催化劑, 各脂肪和芳香醛與烯丙基三甲基硅烷 反應(yīng), 碘與烯丙基三甲基硅烷形成的碘化三甲基硅烷可能是該反應(yīng)有效的進(jìn)劑。 碘還可以 有效地催化醛、芐氨基酸酯和烯丙基三甲基硅烷三化合物的反應(yīng)生成保護(hù)的高烯基胺 【20】 。 Phukan 20用苯甲醛、 氨基甲酸芐酯和烯丙基三甲基硅烷在碘催化下一鍋法合成了均烯丙基胺。 該法操作簡(jiǎn)單、快速,在室溫下反應(yīng)即可發(fā)生, 同時(shí)可得到很好

13、的產(chǎn)率20。 碘用 量的增加會(huì)使產(chǎn)率下降, 溶劑對(duì)產(chǎn)率也有影響, 并且碘比目前報(bào)道的任何催化劑的催化活 性都好。Yadav 等 21用碘催化環(huán)狀烯丙基乙酸酯與烯丙基或炔基三甲基硅烷反應(yīng)(Scheme 4, 取代環(huán)烯烴的產(chǎn)率 70%90%, 而非環(huán)狀烯丙基乙酸酯及環(huán)烷基乙酸酯不能反應(yīng)。 碘催化下 1-芳基炔丙醇也能與炔基三甲基硅烷進(jìn)行22類似的親核取代形成二炔類化合物。 Sri-hari等 23用碘催化 1-芳基炔丙醇與醇、酚及吲哚親核取代, 1-芳基炔丙醇的芳環(huán)含給電子基有利 于反應(yīng)。 A c A cScheme 4Yadav 等 24用碘催化烯丙基三甲基硅烷對(duì) N-?；诔叵颅h(huán)烯丙基化

14、, 反應(yīng)的化學(xué)及區(qū)域選擇性很好。 Rao等 25用碘催化取代烯丙醇對(duì) 1,3-二羰基化合物的 2-位烯丙基化(Scheme 5, 產(chǎn)物以反式為主, 產(chǎn)率達(dá) 99%。 二氯甲烷為反應(yīng)的最佳溶劑, 在苯、甲苯、 THF、乙腈、水等試劑中產(chǎn)率降低。R 24R OH 5mol%I,r.t. 22R 24RScheme 54 其它反應(yīng)4.1 合成炔酮,-不飽和炔羰基化合物是合成雜環(huán)化合物的重要前體和合成核苷、非蛋白氨基 酸、信息素及藥物的中間體。 雖然它們的合成有多種方法,但每種方法多少都存在缺陷。 Yadav 等 26研究發(fā)現(xiàn)用碘催化的酰氯和炔基硅烷反應(yīng)是制備,-不飽和炔羰基化合物最 有效的方法之一。

15、 該反應(yīng)在二氯甲烷中室溫就可進(jìn)行, 等摩爾的酰氯和二(三甲基硅乙 炔反應(yīng)生成單酮炔, 2摩爾酰氯和 1摩爾二(三甲基硅乙炔反應(yīng)則生成 1,4-二酮炔。4.2 Reformatsky反應(yīng)Reformatsky 反應(yīng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳鏈的增長(zhǎng)和官能團(tuán)的轉(zhuǎn)變, 在有機(jī)合成中有著重要 作用。 Ross27報(bào)道在高強(qiáng)度超聲波(HIU作用下, 苯酮、鋅與-溴代酸酯在催化量的碘 催化下在二烷中 4142 發(fā)生 Reformatsky 反應(yīng), 生成-羥基酸酯。 但在此條件下, 苯 乙酮與-氯代乙酸乙酯不反應(yīng), 異丙基苯基酮與-溴代異丁酸乙酯反應(yīng), 得到了 66% 的 -內(nèi)酯。除了上述反應(yīng)外, 最近報(bào)道, 碘還被用

16、來(lái)催化烯糖和聚甲基氫硅氧烷反應(yīng)合成 3,6-二 氫吡喃衍生物28, 吲哚與不飽和酮的 Michael 反應(yīng) 29, 扁桃酸、乳酸與醛的反應(yīng) 30, 烯基 三甲基硅烷、 三甲基氰硅烷和 N-乙?；募映煞磻?yīng)合成 2-丙烯基和 2-氰基-1,2-二氫 喹啉衍生物 31, 羰基化合物、胺和三甲基氰硅烷三化合物的縮合反應(yīng)制備-氨基腈 32等。4.3四氫呋喃開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)很長(zhǎng)時(shí)間人們認(rèn)為四氫呋喃能聚合成高分子量的聚合物, 但一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 原 因是缺少合適的工業(yè)催化劑, 文獻(xiàn) 33敘述了用碘作催化劑在不同條件下合成了聚四氫呋 喃。 反應(yīng)條件分別為室溫、加熱及低溫,并試圖用嘧啶-碘絡(luò)合物、Icl

17、3、CF 3SO 3H、IBr 來(lái) 聚合四氫呋喃。 溫度及碘的用量對(duì)這一反應(yīng)有影響, 溫度升高產(chǎn)率增大, 而碘用量的增 加也會(huì)提高產(chǎn)率。 作者認(rèn)為這一反應(yīng)的機(jī)理為:四氫呋喃與碘發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 形成一種電 荷-轉(zhuǎn)移絡(luò)合物, 這種絡(luò)合物可視為氧鎓離子和三碘化物或五碘化物平衡離子33。4.4-酮-烯醇醚的合成Bhosale 等 34用碘催化環(huán)-二酮與不同的醇反應(yīng), 高產(chǎn)率地生成了-烯醇醚 (Scheme 6 。H R Scheme 64.5 醚的選擇性裂解Keith 35闡述了碘催化下用無(wú)水甲醇作溶劑, 在室溫下成功地將穩(wěn)定的甲氧基甲醚和 4-甲氧基苯基醚裂解。 已證實(shí)在此反應(yīng)中, 碘和甲

18、醇在氣相中反應(yīng)生成 HI 和其它物質(zhì), 在液相中有酸生成也表明 I 2/MeOH溶液具有弱酸性。 Lipshutz等 36在甲醇中用碘催化烴基 硅基醚的選擇性分解, 烷基醚優(yōu)先于芳基醚分解, 反應(yīng)的化學(xué)選擇性較好。Lokhande 等 37在 DMSO 中用碘催化芳香族烯丙基醚分解, 反應(yīng)在 130半小時(shí)完成, 產(chǎn)率 85%97%, 認(rèn)為 碘起氧化劑的作用。 Yadav等 38在室溫、 無(wú)溶劑條件下用碘催化酰氯與醚反應(yīng), 反應(yīng)時(shí)間 2 7 h, 環(huán)醚產(chǎn)生-氯代酯, 而非環(huán)醚高選擇性地產(chǎn)生酯和氯代烴, 分離產(chǎn)率 71%93%。 5結(jié)束語(yǔ)碘是一個(gè)方便易得、價(jià)格便宜、低毒且使用范圍很廣的試劑, 由它

19、催化的大多數(shù)反應(yīng) 條件溫和、反應(yīng)速度快, 后處理簡(jiǎn)便、耐水和具有一定的立體和區(qū)域選擇性。 在有機(jī)合 成中得到了廣泛的應(yīng)用, 尤其在藥物合成領(lǐng)域具備潛能。 相信在今后的有關(guān)研究中, 碘 仍會(huì)受到化學(xué)家的廣泛關(guān)注, 新的反應(yīng)還會(huì)不斷出現(xiàn), 必將會(huì)為推動(dòng)碘的發(fā)展和進(jìn)步做出 貢獻(xiàn)。致謝在這篇論文的撰寫過(guò)程中, 蔡佩君副教授和周敏教授給予了莫大的指導(dǎo)。 對(duì)他們辛勤的 付出在此表示衷心的感謝! 相信通過(guò)這篇論文的寫作, 必將會(huì)為今后的科研工作奠定堅(jiān)實(shí)的 基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn) (References1 Yadav J S, Subba Reddy B V, Sabitha G, et al.An Efficien

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