堿催化C-S偶聯(lián)反應(yīng)——“綠色的”巰基-馬來(lái)酰亞胺點(diǎn)擊化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

謝永生 馮 磊 楊恩嶺

（1.重慶三峽學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶萬(wàn)州 404100）

（2.山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山東濟(jì)南 250010）

（3.山東省金鄉(xiāng)第二中學(xué)，山東金鄉(xiāng) 272200）

“點(diǎn)擊化學(xué)”（Click Chemistry）是由2001年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者K. Barry Sharpless等提出的化學(xué)合成理念，其核心是開發(fā)和利用一系列簡(jiǎn)單可靠高選擇性的化學(xué)轉(zhuǎn)變方法來(lái)獲得分子的多樣性，源于組合化學(xué)概念，多用于快速有效地制造海量各類新化合物，被認(rèn)為是未來(lái)加快新藥研發(fā)最有效的技術(shù)之一．點(diǎn)擊化學(xué)尤其注重合成方法的簡(jiǎn)潔性、可靠性、反應(yīng)的迅速性和選擇性，因此點(diǎn)擊化學(xué)必須是模塊化、高產(chǎn)率和高選擇性的，通常應(yīng)具有100%（沒(méi)有副產(chǎn)物）或接近100%（副產(chǎn)物為水等小分子）的原子經(jīng)濟(jì)性，符合綠色化學(xué)的特點(diǎn)．隨著一系列點(diǎn)擊化學(xué)方法的發(fā)展成熟，點(diǎn)擊化學(xué)更多地被用于研發(fā)和制造可用于醫(yī)學(xué)診斷和新藥開發(fā)的新型生化標(biāo)記物．

目前成熟的以含雜原子鏈接單元C-X-C為基礎(chǔ)的點(diǎn)擊化學(xué)方法主要包括：銅（I）催化炔基-疊氮基1，3偶極環(huán)加成（應(yīng)用最為廣泛，被稱為“點(diǎn)擊化學(xué)的靈魂”）、光催化巰基-烯烴自由基偶聯(lián)、巰基與馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)的1，4加成C-S偶聯(lián)等．

巰基與馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)的1，4加成C-S偶聯(lián)反應(yīng)是最為經(jīng)典成熟的點(diǎn)擊化學(xué)方法之一，也是熒光標(biāo)記含巰基的配體或生物大分子的重要方法．用含熒光染色團(tuán)的馬來(lái)酰亞胺標(biāo)記巰基的方法已經(jīng)并正被廣泛應(yīng)用于DNA序列、蛋白質(zhì)功能研究及活體成像技術(shù)中，也是現(xiàn)在國(guó)際學(xué)術(shù)研究中的熱點(diǎn)之一[1]．

本文介紹的“綠色的”巰基-馬來(lái)酰亞胺點(diǎn)擊化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)以N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺和2，5-二氯苯硫酚為原料，經(jīng)簡(jiǎn)單地混合并添加三乙胺催化劑，在室溫下幾乎可以定量地（100%原子經(jīng)濟(jì)性）瞬時(shí)生成C-S偶聯(lián)（1，4加成）產(chǎn)物，符合點(diǎn)擊化學(xué)和綠色化學(xué)的核心特點(diǎn)．

1 巰基-馬來(lái)酰亞胺點(diǎn)擊化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理

馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)可在中性pH環(huán)境特異地共價(jià)結(jié)合巰基，形成穩(wěn)定的硫醚鍵．堿催化N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺和 2，5-二氯苯硫酚的反應(yīng)機(jī)理屬于典型的巰基ɑ，β不飽和酮 1，4加成：堿催化劑奪取巰基上的活潑氫，硫負(fù)離子進(jìn)攻ɑ，β不飽和酮的β位，經(jīng)1，4共軛加成和酮式烯醇式互變異構(gòu)過(guò)程，定量地生成C-S-C偶聯(lián)產(chǎn)物．

2 實(shí) 驗(yàn)

于通風(fēng)櫥中，將17.9毫克2，5-二氯苯硫酚和19.1毫克N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺在試管底部混合，加入約1毫升二氯甲烷，輕輕搖振使原料溶解．在所得淡黃色溶液中，滴加一滴三乙胺，輕輕振搖，溶液迅速?gòu)牡S色變?yōu)榈仙⌒挠玫獨(dú)獯党糠秩軇?，待有少量白色晶體析出時(shí)，將試管置于通風(fēng)櫥中靜置數(shù)分鐘后，將上層溶液傾出，所得白色晶體即為目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)品經(jīng)正己烷洗滌并真空干燥后，利用核磁共振氫譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定．

3 分 析

圖1 產(chǎn)品的核磁共振氫譜譜圖

圖1為產(chǎn)品1H NMR（400MHz）譜圖，溶劑為加標(biāo)（TMS）氘代氯仿．由于堿催化N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺和2，5-二氯苯硫酚的ɑ，β不飽和酮1，4加成反應(yīng)不存在不對(duì)稱選擇性，最終加成產(chǎn)物為外消旋體，為等摩爾的R和S構(gòu)型混合產(chǎn)物．C-S偶聯(lián)成鍵構(gòu)建了一個(gè)含C-S共價(jià)鍵的手性中心，導(dǎo)致與手性碳原子相鄰的潛手性碳原子上的 Hb和 Hc的化學(xué)環(huán)境并不等同；若將手性碳原子的氫標(biāo)記為Ha，依據(jù)紐曼式結(jié)構(gòu)判斷，與Ha處于C-C鍵順位的氫原子標(biāo)記為Hb、處于反位的氫原子標(biāo)記為Hc，則三者可清楚的在核磁共振氫譜上被區(qū)分．

如圖1所示：Ha位移值為4.41 ppm，耦合常數(shù)分別為Jab= 4 Hz和Jac= 9.2 Hz；Hb位移值為2.86 ppm，耦合常數(shù)分別為Jba= 4 Hz和Jbc= 18.8 Hz；Hc位移值為3.39 ppm，耦合常數(shù)分別為Jca= 9.2 Hz和Jcb= 18.8 Hz；Ha、Hb和Hc可視為AMX自旋系統(tǒng)，各氫氫譜均為dd裂分，表現(xiàn)為四重峰；兩個(gè)苯環(huán)上的七個(gè)氫的氫核磁信號(hào)位于7.7～7.1 ppm的低場(chǎng)區(qū)．氘代氯仿溶劑殘留峰為7.26 ppm，殘留水峰為1.56 ppm．

4 討 論

N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺和 2，5-二氯苯硫酚的巰基-馬來(lái)酰亞胺點(diǎn)擊化學(xué)實(shí)驗(yàn)具備“點(diǎn)擊化學(xué)”和“綠色化學(xué)”的核心優(yōu)點(diǎn)．

（1）100%原子經(jīng)濟(jì)性，無(wú)任何副產(chǎn)物生成，是綠色無(wú)污染實(shí)驗(yàn)．

（2）操作簡(jiǎn)單方便，反應(yīng)于室溫可短時(shí)完成，后處理僅需干燥，避免了常見萃取和柱層析等純化過(guò)程．

（3）反應(yīng)投料量可控制在0.1 mmol級(jí)別，屬微型實(shí)驗(yàn)，有效降低了實(shí)驗(yàn)成本．

（4）反應(yīng)進(jìn)程具備可視化特點(diǎn)．原料溶液為淡黃色，反應(yīng)后溶液變?yōu)榈仙?，反?yīng)過(guò)程清楚可見，便于學(xué)生理解．

（5）實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短，僅需1~2個(gè)課時(shí)即可完成．

綜上所述，N-對(duì)氟苯基馬來(lái)酰亞胺和 2，5-二氯苯硫酚的巰基-馬來(lái)酰亞胺的堿催化劑 C-S偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)涵蓋“點(diǎn)擊化學(xué)”與“綠色化學(xué)”理念以及ɑ，β不飽和酮 1，4加成重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短、成本低、操作方便，是一個(gè)優(yōu)秀的大學(xué)化學(xué)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)．本實(shí)驗(yàn)唯一的缺點(diǎn)是 2，5-二氯苯硫酚具有令人不愉快的氣味，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程需在通風(fēng)櫥中操作．

[1]梁淑彩，王紅，張治民.N-取代馬來(lái)酰亞胺巰基熒光探針的研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報(bào)，2001（8）.