(浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 310014)

不飽和烯烴雙鍵的鄰位碘甲酸酯化[1-2]在有機(jī)合成中是一個(gè)非常重要的過(guò)程而越來(lái)越受到化學(xué)工作者的重視，同時(shí)它也屬于基本的離子反應(yīng)過(guò)程。這類(lèi)反應(yīng)也可以叫作共碘化反應(yīng)，即雙鍵的一端連接一個(gè)碘原子，在雙鍵的另一端連接親核的甲酸酯基。肉桂醇的鄰位甲碘酯化加成產(chǎn)物在許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值，如應(yīng)用在合成環(huán)氧化合物的制備上[3]，也可以被用作合成醫(yī)藥的中間體[4-6]。

合成碘甲酸酯化的產(chǎn)物，首先需要尋找新型的碘源提供方式。然而，傳統(tǒng)的不飽和烯烴鹵素提供方式是使用單質(zhì)碘及其復(fù)合物、高價(jià)碘化合物等在無(wú)氧化劑存在的條件下與不飽和烯烴發(fā)生反應(yīng)[7]，或是使用還原性碘化物在各種外加氧化劑存在的情況下的一種氧化還原方式[8-9]，這兩種方式均存在著反應(yīng)物有毒有害、產(chǎn)生較多廢棄物、成本高及反應(yīng)條件苛刻等諸多問(wèn)題。而溴酸根插層的鋅鋁水滑石[10-11]，可以實(shí)現(xiàn)在中等強(qiáng)度的酸性條件下緩釋溴酸根，與一些還原性I-生成活性態(tài)碘進(jìn)行原位反應(yīng)。此外，需要尋找另外一種官能基團(tuán)——甲酸酯基。甲酸作為一種最簡(jiǎn)單的有機(jī)羧酸[12-13]，能提供酸性條件，溶解無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物。又由于目標(biāo)產(chǎn)物在甲酸的反應(yīng)體系中能快速地被分離到萃取劑中，甲酸廣泛用作反應(yīng)的溶劑來(lái)促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)的快速轉(zhuǎn)化。與此同時(shí)，電離出來(lái)的甲酸根離子可以被當(dāng)成一種親核試劑進(jìn)行甲酸酯化反應(yīng)。相較于其他的方法，此方法不僅可以直接進(jìn)行原位反應(yīng)，而且提供了一種可以使甲酸充分發(fā)揮酸性、親核性和溶解性的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

試劑(所有試劑均為分析純)：肉桂醇，阿拉丁(上海)試劑有限公司；九水合硝酸鋁，上海振欣試劑廠；七水合硝酸鋅，上海美興化工有限公司；溴酸鉀，浙江海川化學(xué)品有限公司；氫氧化鈉，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；碘化鉀，汕頭市西隴化工廠；甲酸，阿拉丁(上海)試劑有限公司；無(wú)水亞硫酸鈉，浙江省永嘉縣化工試劑廠；二氯甲烷，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；乙酸乙酯，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；石油醚，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。

儀器：FA2004上皿電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；SZCL-2數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器，杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司；Bruker Advance III 500 MHz核磁共振儀，布魯克(北京)科技有限公司。

1.2 肉桂醇碘甲酸酯化產(chǎn)物的制備

2 結(jié)果與討論

2.1 不同因素對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

表的量對(duì)產(chǎn)率的影響

2.1.2 溶劑的量對(duì)產(chǎn)率的影響

結(jié)果顯示在表2中，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：肉桂醇在溶劑體積為10 mL時(shí)獲得了最高的產(chǎn)率；但是當(dāng)溶劑體積小于10 mL時(shí)，產(chǎn)率出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，產(chǎn)率分別為82%和84%，因?yàn)檎麄€(gè)反應(yīng)體系為固相水滑石與液相甲酸溶劑的反應(yīng)，需要一個(gè)合適的溶劑量，隨著溶劑體積逐漸小于10 mL，整個(gè)反應(yīng)體系的稠度明顯上升，并且影響了溴酸根插層水滑石的緩釋效果，進(jìn)而影響與I-的氧化還原反應(yīng)，同時(shí)整個(gè)溶液中HCOO-的濃度下降致使其親核性的下降；與此相同的結(jié)果，當(dāng)溶劑體積大于10 mL時(shí)，產(chǎn)率也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。主要是因?yàn)榉磻?yīng)物和碘源的濃度降低，兩者接觸機(jī)會(huì)減少，使得反應(yīng)時(shí)間有所上升，同時(shí)使產(chǎn)率下降。

表2 溶劑量的篩選Table 2 The effect of solvent

2.1.3 溫度對(duì)產(chǎn)率的影響

相關(guān)結(jié)果顯示在表3中，可以發(fā)現(xiàn)：在10 mL的甲酸溶劑條件下，15 ℃時(shí)碘甲酸酯化的產(chǎn)率僅為53%；隨著溫度的升高，碘甲酸酯化的產(chǎn)率隨之提高，并且在25 ℃時(shí)達(dá)到了最高值88%；而當(dāng)溫度繼續(xù)升高，產(chǎn)率反而出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，產(chǎn)率分別為77%，52%，47%。由于碳碘鍵的鍵能較小，當(dāng)溫度超過(guò)25 ℃時(shí)產(chǎn)物出現(xiàn)了一定的分解，并且溫度越高，分解的產(chǎn)物越多，從而影響了產(chǎn)率。

表3 溫度對(duì)產(chǎn)率的影響Table 3 The effect of temperature

2.2 反應(yīng)過(guò)程中的立體選擇性和位置選擇性

在核磁氫譜中，相鄰碳上各自只連有一個(gè)氫原子的時(shí)候，耦合常數(shù)J的值主要取決于兩個(gè)氫原子之間的二面角，可以用Karplus經(jīng)驗(yàn)公式(建立在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上)大致進(jìn)行計(jì)算：J=A+BcosΦ+Ccos2Φ(A=7,B=-1,C=5)。當(dāng)二面角為0°或者180°時(shí)，耦合常數(shù)大于8；當(dāng)二面角為60°時(shí)，耦合常數(shù)小于7。通過(guò)計(jì)算，當(dāng)肉桂醇發(fā)生具有立體選擇性的碘甲酸酯化反應(yīng)之后，連有—OCHO和—I基團(tuán)的相鄰碳上兩個(gè)氫的耦合常數(shù)J為15.9，可以證明碘甲酸酯化反應(yīng)經(jīng)歷的是反式加成的過(guò)程，這也進(jìn)一步證明了反應(yīng)經(jīng)過(guò)碘鎓離子的中間過(guò)渡態(tài)。另外，由于—OCHO和—I基團(tuán)的電負(fù)性不同，直接導(dǎo)致了在核磁共振氫譜中氫化學(xué)位移值δ的差異。從圖1中可以看出：當(dāng)肉桂醇的碘甲酸酯化反應(yīng)發(fā)生之后，α-氫的化學(xué)位移值為6.7，而β-氫的化學(xué)位移值為6.3，因此可以說(shuō)明—OCHO連接在α位，而—I連接在β位。在碘鎓離子形成之后，由于芐基正離子為最穩(wěn)定的一種構(gòu)型，更多的正電荷就偏向α位，因此更容易受到親核試劑HCOO-的進(jìn)攻而形成具有位置選擇性的碘甲酸酯化的產(chǎn)物。

圖1 核磁共振氫譜Fig.1 1H NMR spectrum of product

2.3 可能的反應(yīng)機(jī)理

3 結(jié) 論