中国科学技术大学 硕士学位论文 基于C=N双键断裂的贫电子烯烃合成 姓名：金银换 申请学位级别：硕士 专业：有机化学 指导教师：田仕凯 2011-05 摘 要 I 摘 要 摘 要 氮磺酰亚胺是一类重要的碳-氮双键化合物。在立体选择性的有机合成中 它们是一类有用的合成纤维，并且能够发生一些有趣的反应，如：亲核加成 反应、环加成反应、烯反应、金属化反应、氧化加成反应、消除反应等。亚 胺与醛相比，区别在于亚胺中的氮取代了醛中羰基上的氧，共性在于两类物 质都很容易发生亲核加成反应。 尽管文献中涉及亚胺亲核加成的反应很多，但是还没有报道过基于碳-氮 双键断裂的以氮磺酰亚胺、磷叶立德、硝基甲烷、甲醛为起始原料来合成三 取代的2-亚甲基4-硝基丁腈类贫电子烯烃产物的反应。 对于烯烃的制备， Wittig 反应是最常用的方法之一。一锅法的 Wittig 反应策略已被应用于直接的烯化 反应。然而，到目前为止，关于亚胺、-卤代羰基化合物的一锅法反应合成 , -不饱和贫电子烯烃还没有过相关报道。 基于本实验室探索碳-氮双键断裂在有机合成中的应用研究工作，我们发 现于周边温度下的硝基甲烷溶剂中，N-对甲苯磺酰基保护的亚胺与氰基稳定 的三苯基磷叶立德并不能生成 , -不饱和腈，而是生成一种新型的氰基稳定 的三苯基磷叶立德，通过加入甲醛水溶液可以捕捉该新型的氰基稳定的三苯 基磷叶立德中间体得到 Rauhut-Currier 类型的贫电子烯烃产物。该实验为一种 新型的四组分反应，反应过程中无需加入催化剂、添加剂，并且于周边温度 下反应，条件温和，产率优良。另外该反应对有机合成化学具有潜在的应用 价值。 在探索涉及立体选择性的烯烃合成的新反应中，我们发现了一种全新、 有效的合成高度立体选择性的贫电子烯烃的方法。该策略是在膦和简单的缺 电子烯烃存在的条件下，亚胺和 -卤代羰基化合物一锅法反应合成相应的贫 电子烯烃。实验过程中，我们通过筛选溶剂、改变亚胺中 N 上的活化基团， 最终选用了氮上保护基团为对硝基苯磺酰基取代的亚胺以及环境友好的溶剂 （水或乙醇）为最优反应条件合成了高度立体选择性的 , -不饱和贫电子烯 烃。 关键词：关键词： 亚胺 碳-氮双键断裂 四组分反应 一锅法反应 贫电子烯烃 Abstract II Abstract N-sulfonyl imines are important carbon-nitrogen double bond type compounds. They are useful synthons in stereoselective organic synthesis. They can undergo many interesting reactions, such as nucleophilic addtion, cycloaddition, metallation, oxidation, elimination and so on. Comparing with aldehydes, the nitrogen of imines replace the oxygen of carbonyl group, their properties are similary in a way. For example, they both can undergo nucleophilic addtion. There are a lot of reports about nucleophilic addition of imines based on cleavge of carbon-nitrogen double bond, but up to now, the synthesis of 3-substituted 2-methylene-4-nitrobutanenitriles from N-sulfonyl imines, (cyanomethylene)triphenylphosphorane, nitromethane, and formaldehyde doesnt have been reported. The Wittig reaction is one of the most versatile synthetic methods for preparation of olefins from carbonyl compounds. And the one-pot protocol for the Wittig reaction has already been applied to the direct olefination. However, to the best of our knowledge, there is no report about one-pot reaction of N-sulfonyl imines and -halo carbonyl compounds based on cleavge of carbon-nitrogen double bonds. In the course of exploring the synthetic utilities of carbon-nitrogen double bond cleavage of our laboratory, we found treatment of N-benzylidene-p-toluenesulfonamide with (cyanomethylene)triphenylphosphorane in nitromethane at room temperature did not at all result in the formation of ,-unsaturated nitrile, nitrile-stabilized phosphonium ylide was obtained instead. Then formalin was added to catch the intermediate nitrile-stabilized phosphonium ylide，after stirred many hours, and Rauhut-Currier type electron-deficient alkenes product was obitaned. Anyway we developed an unprecedented four-component reaction. In the absence of catalysts and additives, the four-component reaction proceeds smoothly at room temperature to afford target products in good to excellent yields, besides, this reaction has potentially application value to organic synthesis. In the course of exploring new reactions involoving stereoselective alkene synthesis, we found a new and efficient protocol for highly stereoselective synthesis of electron-deficient alkenes. In this experiment, we afforded corresponding electron-deficient alkenes through one pot reaction of N-sufonyl imines and -halo carbonyl compounds mediated by phosphine and terminal alkene. By surveying of Abstract III solvents and protceting groups on nitrogen of imines, we finally afforded highly stereoselective electron-deficient alkenes in environmentally bengin solvent (H2O or EtOH) using protecting group of p-nitrobenzenesulfonyl. Key words: imines, carbon-nitrogen double bond cleavage, four-component reaction, one-pot reaction, electron-deficient alkenes 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：_ 签字日期：_ 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有 关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借 阅，可以将学位论文编入中国学位论文全文数据库等有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 公开 保密（_年） 作者签名：_ 导师签名：_ 签字日期：_ 签字日期：_ 第一章 多组分反应研究进展 1 第一章 多组分反应研究进展 第一章 多组分反应研究进展 1.1 多组分反应及其应用 多组分反应是一种强有力的构建复杂有机分子的方法。 很对人对什么是多组 分反应都存在着一些混淆的概念。多组分反应与其它的一锅法反应（如：多米诺 反应、串联反应）有明显的差别。一般来说，一锅法反应涉及到由两种反应物形 成一个中间体，然后加入另一试剂来捕获该中间体的反应过程1，而多组分反应 的定义是将三种或三种以上的起始原料混合通过一锅煮的方法来的得到目标产 物的过程，且该目标产物包含每种起始原料的结构片段2。对于合成同一个复杂 的目标分子，传统的双分子反应合成方法需要十几步甚至更多的步骤，而多组分 反应只需将所有原料加入，在合适的条件下反应，无需分离中间产物，一步反应 构建多个化学键得到结构复杂的目标分子。 因此多组分反应与传统的双分子反应 相比具有无可比拟的优越性。 当今，化学层面上的效率不仅包括传统概念上的化学产率，而且还将反应的 化学选择性、区域选择性、立体选择性、经济性、反应的汇聚度考虑在内。这些 方面一直是人们奋斗的目标。经济性，如：物料、装置、实验耗费和生态学方面 都是设计合成路线时应权衡的方面。 由于多组分反应是将三组分或者更多的反应 原料逐步的一锅法转化呈单一的含有所有起始原料片段结构的目标产物， 具有高 度的原子经济性，反应和分离纯化过程中大大减少了溶剂和试剂的用量，并且操 作极大的简化了，同时也节约了大量的时间，提高了各方面的效率。从以上各方 面的优点看出，多组分反应符合现代社会的绿色和环保要求，也符合了现代有机 合成化学的发展要求2,3。 1.1.1 多组分化学的历史多组分化学的历史 在化学界或自然界中，由多组分反应来构建