路易斯酸催化下C-N键形成反应2解析

O CHO + H2N P Ph2 + O TiCl4, Et3N, PPh3 O Ph2P NH Ar
Shi, M.; Zhao, G. L. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 9171.
路易斯酸催化下C-N键形成反应
作者：高飞飞 单位：吉林大学
一.研究背景及意义
1.1 典型路易斯酸催化反应进展 1.2 路易斯酸催化的C-N键形成反应 1.3 设计思想、目的和意义
二.实验部分
2.1 2-内乙酰硫脲在路易斯酸催化下的反应 2.2 4,4-二甲基-3-异噁唑酮在路易斯酸催化下的反应
2.3 其它含N杂环化合物的在路易斯酸催化下的反应
Schiemenz, G. P.; Schmidt, U. Liebigs Ann. Chem. 1976, 1514.
OMe
BF3 Ac2O O
OMe
OMe BF3 Ac2O O O
Walker, H. G.; Sanderson, J. J.; Hauser, C. R. J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 4109.
在BF3的作用下还能发生一些光环化的的反应。
R' N R R' X R' N R R' X R' R BF3 Et2O hv, CH2Cl2
R=H, Me; R'=H, OMe; X=CH, N
Thompson, C. M.; Docter, S. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 5213.
BF3作为路易斯酸在Diels-Alder反应加成反应中也有很多的应用。
O + CO2Me BF3 Et2O O + CO2Me
Kotsuki, H.; Asao, K.; Ohnishi, H. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1984, 57, 3339.
O CO2Me
Y Y SnBu3 + R X X=O,NR1 Y=Me, OMe, OTBDMS, OCH2OMe
BF3 Et2O O OBn Me2S O OH
Danishefsky, S. J.; Pearson, W. H.; Harvey, D. F. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 2455.
Friedel-Crafts反应
在此类反应中BF3能够催化F代的烷烃以及醇与芳香化合物的 Friedel-Crafts烷基化反应，并且得到了比较好的效果。
三.结论
一.研究背景及意义
1.1 典型路易斯酸催化反应进展
由于路易斯酸的作用机制与结构特点使其能够催化多种有机反应，在有 机合成中占有了重要的比例。随着现代有机化学、药物化学、组合化学 的发展，对新颖的有机化合物需求的增加，激发起有机化学家们对更高 效更新颖的反应类型的研究热情。因此，路易斯酸催化各种有机反应也 得到迅猛的发展。常见的路易斯酸催化剂有AlCl3，BF3，FeBr3，FeCl3， SnCl4，TiCl4等。 本文以TiCl4，BF3， AlCl3为对象研究了一系列反应。 在此主要对这三种路易斯酸的催化反应进展做重点的介绍。
OMe OMe Ac MeO MeO Me Me TiCl4 + Ac2O MeO MeO Me Me Ac OMe OMe
Lin, G.-Q.; Zhong, M. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 3015.
苯甲醚与内酯化合物在TiCl4作用下也发生了Friedel-Crafts酰基化。但是反应 位置的选择性不是很好，邻位与对位反应生成物的比例大约为3：7。
OBn CO2Et BF3 Et2O EtSH MeO MeO CO2Et OH CO2Et EtS CO2Et
Fuji, K.; Ichikawa, K.; Node, M.; Fujita, E. J. Org. Chem. 1979, 44, 1661.
但是当换成硫醚类化合物作为溶剂的情况下, 只是发生了碳氧键的断裂的反应。
缩醛或缩酮作为醛或酮的替代物发生aldol反应也有很广泛的应用，同时文献
也报道了硅代的烯醇衍生物与醛和缩醛反应活性的比较。
OSiMe3 + PhCHO +
O MeO Ph OMe TiCl4
OH Ph + 59:41
O
OMe Ph
Ooi, T.; Tayama, E.; Takahashi, M.;Maruoka, K. Tetrahedron lett. 1997, 38, 7403.
OMe + Cl3C O MeO 71:29
Fujisawa, T.; Ito, T.; Fujimoto, K. et al. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 1593.
O
O TiCl4
OH CCl3 +
O
OH CCl3
OMe
BF3 催化反应
碳氧键断裂反应 BF3作为强的路易斯酸能够催化碳氧键的断裂,在有硫醇作为溶剂和弱亲核 试剂的情况下 , 不仅选择性发生了碳氧键的断裂反应 , 同时发生了硫醇参与的 Michael 加成反应。
CO2Me O O + O CHO
SiMe3
TiCl4
CO2Me O O O
Hon, Y. S.; Yan, J. L. Tetrahedron 1998, 54, 8525.
OH
Br
wenku.baidu.com
Br CHO + SiMe3
TiCl4
Br
Br Me OSiMe3
Dombrowski, G. W.; Gassman, P. G.; Kass, S. R. Tetrahedron lett. 1997, 38, 7819.
OSiMe3 Ph
5
O
O CHO Ph TiCl4 OH
5
O
(1) LDA (2) CHO OSiMe3 Ph
5
O
OH
HCl Ph
O
5
O
OH
Urabe, H.; Takano, Y.; Kuwajima, I. J. Am. Chem. Soc. 1983. 105, 5703.
虽然醛与酮都能发生直接的Mukaiyama aldol反应，但是醛类化合物具有更高的反应 活性，在TiCl4的作用下，在有酮类基团的情况下，是醛具有更高的反应活性参与了反应。 但是在LDA的作用下，反应位点与TiCl4的作用下的反应位点完全不同。
在Friedel-Crafts酰基化反应中，BF3能够催化酰卤，羧酸以及酸酐与芳香化
合物的反应。
O + O
Hyatt, J. A.; Raynolds, P. W. J. Org. Chem. 1984, 49, 384.
F
BF3
H OMe + MeO OMe O OH BF3 MeO OMe O O
Diels-Alder反应
1928年 德国化学家Otto Diels和Kurt. Alder研究了苯酮与双烯间的反应产
物，因而这种反应被称为 Diels-Alder反应。该反应是重要的有机反应之一， 尤其是在六元杂环体系的合成中，起着不可替代的作用。 TiCl4对于 DA反应
也是一种好的催化剂 。
环化反应 BF3还能催化一些有趣的成环反应，生成一些多环化合物。例如烯醇乙酸
酯类化合物与分子内的烯键反应得到相应的酮类化合物。
OAc BF3 O
OAc
BF3
O
J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 1557.
J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 1973, 2109.
Gung, B. W.; Smith, D. T.; Wolf, M. A. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 13.
H BF3 Et2O
R X H
CO2Et Me3Si +
Ph
OMe OMe
BF3 Et2O
O EtO C
Ph OMe
Hosomi, A.; Hashimoto, H.; Sakurai, H. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 951.
AlCl3催化反应
AlCl3是一种重要的无机物，它在有机化学反应中被广泛地用作催化剂、
引发剂、助剂、溶剂等。 AlC13是一个典型的路易斯酸，能够与底物中电负 性较强的的杂原子，氯原子和羰基氧等有效的络合，从而起到活化底物的作 用。最为经典的反应莫过于其诱导或催化的卤代烷烃或酰氯与芳烃之间的 Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应，但是作为路易斯酸AlC13还能催化一些亲 核反应，亲电反应，加成反应，以及一些重排反应，氧化还原反应，聚合反 应等。 AlC13还可与其它催化剂一同使用，这些催化体系往往对反应具有优 良的催化效果，使反应的选择性和收率提高，还有与超声波、微波等有机合 成新技术结合正成为该领域的另一发展方向。
H
Friedel-Crafts反应
Friedel-Crafts反应虽然其最为常用的催化剂为AlCl3，但是也有很多的文献报
道了用TiCl4作为路易斯酸催化剂的Friedel-Crafts反应，并且得到了比较高的收率。
OH Me + i- PrO OPr -i O OH Me i- PrO OPr -i TiCl4 HO O OH Me OH COCl TiCl4
+ Br BF3 Br
F
Olah, G. A.; Kuhn, S.; Olah, J. J. Chem. Soc. 1957, 44, 2174.
OR + OH R= H or COMe BF3 HO C16H33 KOH
OR
C16H33 OH
Hirschmann, R.; Miller, R.; Wendler, N. L. J. Am. Chem. Soc. 1954, 76, 4592.
烯丙基硅烷化合物的相关反应
1976年Hosomi和Sakurai首先报道了在TiCl4催化下，醛和酮与烯丙基
硅烷类化合物的烯丙基化反应，虽然反应生成物为一些已知化合物，但是 这类化合物在有机合成具有广泛的应用价值。
RCHO +
SiMe3
TiCl4
R OH
Hosomi, A.;Aakurai,H. Tetrahedron lett. 1976, 1295.
1.2 路易斯酸催化的C-N键形成反应



Aza-Baylis–Hillman反应 开环反应 Aza-Diels–Alder反应 Aza- Michael反应 取代反应
Aza-Baylis–Hillman反应
Baylis-Hillman反应, 由Baylis和Hillman于1972年首次在专利中报道。 它 是指活化烯的α-位和含有缺电子sp2杂化碳的亲电试剂在胺类催化剂, 如叔胺 的作用下形成碳 — 碳键 , 并生成具有多个官能团分子的反应。 由于 BaylisHillman反应能在较温和的条件下完成碳碳键的衔接，从而引起了化学家的广 泛的关注。
TiCl4 催化反应
Aldol(羟醛缩合） 反应
直接的aldol反应是一种形成碳碳键的重要方式。通过把羰基化合物转化为硅代的烯醇 衍生物，在路易斯酸的催化下（TiCl4为这种反应比较常用的催化剂）与另外一个含羰基化
合物发生更为有效的aldol反应,这种直接的aldol反应叫作Mukaiyama aldol反应。
Chiba, K.; Arakawa, T.;Tada, M. Chem. Commum. 1996, 1763.
芳香化合物与酰氯发生了Friedel-Crafts酰基化反应，生成的中间体继续在TiCl4 的作用下脱掉了酚羟基上的烷烃取代基。
TiCl4还能催进酸酐进行Friedel-Crafts酰基化反应
在这类烯丙基化反应中，一些含有其它官能团的反应物也能在TiCl4催 化下进行该反应，如羟基，过氧键和酯，以及二溴环丙烷。
CHO H10 B10 o + OH
Nakamura, H.; Aoyagi, K.; Yamamoto, Y. J. Org. Chem. 1997, 62,780.
HO SiMe3 TiCl4 H10 B10 o OH
NC + CO2Me
Hojo, M.; Murakami, C.; Nakamura, S.; Hosomi, A. Chem. Lett. 1998, 331.
CO2Me
TiCl4
NC
CO2Me CO2Me
Me O
O + MeO Me TiCl4 MeO
Quinker.t., G.; Grosso, M. D.; Dö ring, A. et al. Helv. Chim.Acta 1995, 78, 1345.