α-二酮的銦促水相烯丙基化研究*

馬麗鋒，陳韶蕊，李麗娟，張 靜，馬吉海

(1.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050026;2.河北科技大學(xué) 理學(xué)院，河北石家莊 050018)

1991年Li［1］首先報(bào)道了金屬銦引發(fā)的鹵丙烯與醛及酮在水相中的烯丙基化反應(yīng)。自此，科學(xué)家們對(duì)金屬銦參與的水相烯丙基化反應(yīng)進(jìn)行了大量的研究［2～8］。水相烯丙基化反應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，用水作溶劑資源豐富、廉價(jià)易得、操作簡(jiǎn)便安全、不易燃、不易爆、不污染環(huán)境，有明顯的實(shí)用意義［9］。

本課題組曾利用新的方法合成了一系列α-二酮［10，11］，并利用其進(jìn)行了水相烯丙基化反應(yīng)，得到了一系列α-二酮的水相單烯丙基化產(chǎn)物［12］和雙烯丙基化產(chǎn)物［13］。本文在文獻(xiàn)［10～13］方法的基礎(chǔ)上，利用6，7-十二烷二酮(1)與3-碘-2-碘甲基-1-丙烯(2)的銦促水相烯丙基化反應(yīng)合成了新型的單烯丙基化產(chǎn)物［7-羥基-7-(2-碘甲基-烯丙基)-十二烷-6-酮(3)］和雙烯丙基化產(chǎn)物［4-亞甲基-1，2-二戊基-1，2-環(huán)戊二醇(4)］;1，2-環(huán)烷基二酮(5a～5c)與2的水相烯丙基化反應(yīng)合成了新型的單烯丙基化產(chǎn)物2-羥基-2-(2-碘甲基-烯丙基)-環(huán)烷酮(6a～6c)和新型的雙烯丙基化產(chǎn)物2-羥基-2-［2-(1-羥基-2-羰基-環(huán)癸基甲基)-烯丙基］-環(huán)癸酮(7b)和 2-羥基-2-［2-(1-羥基-2-羰基-環(huán)十二基甲基)-烯丙基］-環(huán)十二烷酮(7c)(Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，IR和HR-MS表征。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X4型數(shù)字顯示熔點(diǎn)儀(溫度未校正);ZF-2型三用紫外儀;AV 400型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));BIO-RAD-FTS-135型傅立葉紅外光譜儀(KBr壓片)。

1和5a～5c按文獻(xiàn)［10］方法制備;其余所用試劑均為化學(xué)純。

1.2 合成

在反應(yīng)瓶中依次加入1 1.0 g(5.1 mmol)，2 1.57 g(5.1 mmol)，銦粉 1.76 g(15.3 mmol)，混合溶劑［V(THF)∶V(H2O)=4 ∶1］40 mL及AlCl3·6H2O 1.98 g(8.2 mmol)，攪拌下于室溫避光反應(yīng)攪拌3 d;于40℃反應(yīng)9 d。用1 mol·L-1硫酸氫鉀調(diào) pH至2～3，用三氯甲烷(3×60 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鎂干燥，旋蒸除溶得粗品1.23 g，經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1 ∶10］純化得3 0.45 g 和4 0.37 g。

以5a～5c替代1，用類似的方法合成6a～6c，7b 和7c。

3:淡黃色液體，收率 23.4%;1H NMR δ:4.83(s，1H)，4.69(s，1H)，3.88(s，1H)，2.54(m，1H)，2.45(s，2H)，2.40 ～2.30(m，1H)，1.72(s，2H)，1.72 ～1.56(m，4H)，1.32 ～1.29(m，10H)，0.90 ～ 0.85(t，6H);IR ν:3 464(OH)，3 079(C -H)，1 637(C=C)，1 705(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C16H30O2I{［M+H］+}381.129 1，found 381.129 8。

4:白色固體，收率 29.1%;1H NMR δ:4.95(s，2H)，2.67(d，J=15.0 Hz，2.0 Hz，2H)，2.34(d，J=17.3 Hz，2H)，1.71(m，2H)，1.52 ～1.46(m，10H)，1.43(s，2H)，1.30 ～1.23(m，4H)，0.97(t，6H);IR ν:3 465(OH)，3 072(C -H)，1 658(C=C)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C16H31O2{［M+H］+}255.232 4，found 255.233 2。

6a:淡黃色液體，收率 45.7%;1H NMR δ:4.83(s，1H)，4.66(s，1H)，4.10(s，1H)，2.97(m，1H)，2.44(d，1H)，2.41(d，1H)，2.30 ～2.20(m，1H)，2.10 ～ 2.02(m，1H)，1.93 ～1.89(m，2H)，1.74(m，2H)，1.60 ～1.10(m，9H);IR ν:3 471(OH)，3 077(C - H)，1 644(C=C)，1 699(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C13H22O2I{［M+H］+}337.066 5，found 337.067 0。

6b:無色液體，收率 35.9%;1H NMR δ:4.83(s，1H)，4.68(s，1H)，4.10(s，1H)，3.16(m，1H)，2.39(m，2H)，2.22 ～1.77(m，3H)，1.76(s，2H)，1.67 ～ 1.27(m，12H);IR ν:3 475(OH)，3 077(C-H)，1 647(C=C)，1 707(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C14H24O2I{［M+H］+}351.082 1，found 351.081 2。

6c:無色液體，收率 26.1%;1H NMR δ:4.82(s，1H)，4.70(s，1H)，3.97(s，1H)，2.47(s，2H)，2.21(s，2H)，1.79(m，2H)，1.72(s，2H)，1.48 ～1.22(m，16H);IR ν:3 476(OH)，3 074(C -H)，1 644(C=C)，1 703(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd.for C16H28O2I{［M+H］+}379.113 4，found 379.114 1。

7b:無色黏狀膠體，收率32.9%;1H NMR δ:5.01(s，2H)，4.97(s，2H)，4.44(s，4H)，3.20 ～3.10(m，4H)，2.66 ～ 2.50(m，8H)，2.30 ～2.00(m，12H)，1.70 ～1.60(m，8H)，1.60 ～1.30(m，40H);IR ν:3 443(OH)，3 075(C -H)，1 636(C=C)，1 701(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C24H41O4{［M+H］+}393.300 5，found 393.301 2。

7c:白色固體，收率 39.3%;1H NMR δ:4.90(s，2H)，4.21(s，2H)，2.94 ～ 2.88(m，2H)，2.46 ～ 2.40(m，4H)，2.30 ～ 2.22(m，2H)，2.07 ～ 2.05(m，2H)，1.74 ～ 1.69(m，4H)，1.54 ～ 1.45(m，2H)，1.40 ～ 0.80(m，26H)，0.75 ～0.60(m，2H);IR ν:3438(OH)，3 083(C -H)，1 634(C=C)，1 700(C=O)cm-1;HR-MSm/z:Calcd for C28H49O4{［M+H］+}449.363 1，found 449.364 1。

2 結(jié)果與討論

2.1 2對(duì)反應(yīng)的影響

實(shí)驗(yàn)中，我們多次采用1或5與3-氯-2-氯甲基-1-丙烯反應(yīng)，但反應(yīng)不發(fā)生?？赡艿脑蚴怯捎?-氯-2-氯甲基-1-丙烯的活性太低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1或5與3-溴-2-溴甲基-1-丙烯只得到單烯丙基化產(chǎn)物;1或5與2發(fā)生反應(yīng)，可以得到單烯丙基化產(chǎn)物和雙烯丙基化產(chǎn)物。

2.2 反應(yīng)條件優(yōu)化

(1)溶劑

1 5.1 mmol，2 5.1 mmol，其余反應(yīng)條件同1.2，考察反應(yīng)溶劑［溶劑 A:V(甲醇)∶V(0.1 mol·L-1HCl)=1 ∶4)，溶劑 B:V(THF)∶V(H2O)=4 ∶1)，溶劑 C:V(THF)∶V(H2O)=9∶1)及純水］對(duì)反應(yīng)的影響。TLC檢測(cè)發(fā)現(xiàn):在溶劑B中反應(yīng)速度較快，且只有兩個(gè)主要產(chǎn)物(3和4)生成;在溶劑C中反應(yīng)速度最快，但產(chǎn)物復(fù)雜，副反應(yīng)較多;采用溶劑A或純水做溶劑則反應(yīng)速度較慢。

較佳的反應(yīng)溶劑為溶劑 B，即V(THF)∶V(H2O)=4 ∶1。

(2)催化劑

以V(THF)∶V(H2O)=4∶1為溶劑，其余反應(yīng)條件同1.2，考察催化劑對(duì)烯丙基化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，AlCl3·6H2O的催化活性最佳，反應(yīng)所需時(shí)間最短。

表1 催化劑對(duì)烯丙基化反應(yīng)的影響*Table 1 Effect of catalyst on allylation

(3)反應(yīng)溫度

以V(THF)∶V(H2O)=4 ∶1為溶劑，AlCl3·6H2O為催化劑，其余反應(yīng)條件同1.2，考察反應(yīng)溫度對(duì)烯丙基化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。從表2可見，單烯丙基化產(chǎn)物(6c)在室溫下產(chǎn)率最高，隨溫度的上升產(chǎn)率不斷下降;雙烯丙基化產(chǎn)物(7c)在40℃產(chǎn)率最高，在室溫和70℃時(shí)均有所下降。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)烯丙基化反應(yīng)的影響*Table 2 Effect of reaction temperature on allylation

綜上所述，最佳的烯丙基化反應(yīng)條件為:以V(THF)∶V(H2O)=4 ∶1為溶劑，AlCl3·6H2O 為催化劑，單烯丙基化產(chǎn)物于室溫反應(yīng)12 h，雙烯丙基化產(chǎn)物于40℃反應(yīng)12 h。

［1］Li C J，Chan T H.Organometallic reactions in aqueous media with indium［J］.Tetrahedron Lett，1991，32:7017-7019.

［2］譚翔暉，趙暉，侯永泉，等.各種金屬參與的水相Barbier-Type反應(yīng)［J］.有機(jī)化學(xué)，2004，24(9):987 -1003.

［3］Li C J.Aqueous Barbier-Grignard type reaction:Scope mechanism and syntheticapplications［J］.Tetrahedron，1996，52(16):5643 -5668.

［4］Petrier C，Luche L J.Allylzinc regeant additions in aqueous media［J］.J Org Chem，1985，50:910 -912.

［5］袁耀鋒，曹忠，胡愛國.銦試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用［J］.有機(jī)化學(xué)，2000，20(3):269 -281.

［6］Li C J，Chan T H.Organometallics reactions in aqueous media convenient synthesis of methylenetetrahyclrofurans［J］.Organometallics，1991，10(8):2548 -2549.

［7］Hachiya I，Kobayashi S.Aqueous reactions with a Lewis acid and an organometallic reagent the scandium trifluoromethanesulfonate-catalyzed allyation reaction of caebonyl compounds with tetraallyltin［J］.J Org Chem，1993，58(25):6958 -6960.

［8］Chan T H，Lee M C.Indium-mediated coupling of α-(bromomethyl)acrylic acid with carbonyl compounds in aqueous media concise syntheses of(+)-3-deoxy-D-glycero-D-galacto-nonulosonic acid andN-acetylneuraminic acid［J］.J Org Chem，1995，60(13):4228 -4232.

［9］謝斌，馮建申，鄒立科，等.金屬參與的水相烯丙基化反應(yīng)［J］.化學(xué)進(jìn)展，2007，19(6):920 -931.

［10］陳韶蕊，馬吉海，周雪琴，等.合成1，2-環(huán)十二二酮的新方法［J］.應(yīng)用化學(xué)，2009，26(11):1374 -1376.

［11］Chen S R，Ma J H，Zhou X Q，et al.A rapid and convenient synthesis of diketones［J］.Asian Journal of Chemistry，2011，23(1):467 -468.

［12］Nokami J，Otera T，Sudo R O.Allylation of ketones and aldehydes in the presence of water by allylic bromides metallic tin and aluminum［J］.Organometallics，1983，2(2):191 -193.

［13］胡麗華，紀(jì)順俊.水相中6-甲基-6-苯基-7-烯-1，5-辛二醇的合成［J］.蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(3):61 -64.