無溶劑，超聲波輔助Zn催化炔丙基溴與芳香醛的區(qū)域加成反應(yīng)研究

張 剛，杓學(xué)蓓，李清寒，楊學(xué)軍，陳 峰

(西南民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境保護工程學(xué)院，四川 成都 610041)

炔丙基醇類化合物是一類非常重要的有機合成中間體，同時在一些具有生物活性的天然產(chǎn)物中也含有炔丙基醇類結(jié)構(gòu)單元[1-2]。因此，近年來該類化合物的合成引起了廣大有機化學(xué)家的興趣和關(guān)注。目前該類化合物的合成可通過羰基化合物與炔丙基溴在有效的催化劑催化、或水相反應(yīng)[3]、或超聲波[3]或微波輻射[4]的方法來實現(xiàn)。許多金屬如Sb[5],Cr[6],Mn[7],In[1],Mg[8],Sn[9],Pb[10],Ti[11],Zn[12]和Ga[13]均可以有效催化炔丙基鹵和羰基化合物的加成反應(yīng)而有效制得相應(yīng)的單一炔丙基醇化合物。然而，這些方法的反應(yīng)時間長，并且需要大量的有機溶劑，如THF,DMSO,DMF來提高目標化合物的收率。而大量的使用有機溶劑會造成潛在的一些環(huán)境污染。2009年，王進賢教授報道了使用Zn-Cu合金作為催化劑，在無溶劑條件下可有效的催化炔丙基溴與羰基化合物的區(qū)域加成反應(yīng)而高收率得到單一的炔丙基醇化合物[5]。雖然區(qū)域控制合成單一的炔丙基醇化合物得到了廣泛的研究，并且取得了一些進展，但是仍然缺乏令人滿意的選擇性炔丙基化反應(yīng)合成方法。因此，這就需要發(fā)展更多有效的，選擇性好的選擇性炔丙基化反應(yīng)方法。雖然已有使用超聲波及鋅催化炔丙基鹵和羰基化合物的加成反應(yīng)的文獻報道[12]，但在該反應(yīng)體系中使用了大量的THF及有毒化合物1,2-二碘乙烷，且催化劑用量較大，不符合綠色化學(xué)的發(fā)展。為此，需要對該反應(yīng)方法進行改進。本文利用超聲波輻射技術(shù)，在無溶劑條件下，通過活化鋅催化炔丙基溴和羰基化合物的區(qū)域選擇性加成反應(yīng)，在短時間里高收率合成了12個炔丙基醇化合物3(a～l)，合成的目標化合物通過質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振氫譜對其結(jié)構(gòu)進行確證。合成路線見圖1。

圖1 化合物3(a～l)的合成路線
Fig.1 Synthetic route of compounds 3(a～l)

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

XRC1顯微熔點儀測定(溫度未校正)；Varian400MHz核磁共振儀(Me4Si為內(nèi)標，CDCl3為溶劑)；Finnigan-MAT4510型質(zhì)譜儀；FT-IR169 型紅外光譜儀(固體用KBr壓片，液體用液膜法)；KQ-250E型250W 超聲波清洗儀(頻率為40kHz)。所用試劑均為市售化學(xué)純或分析純。除特別注明外，未經(jīng)進一步處理。

1.2 炔丙基溴和羰基化合物的區(qū)域加成反應(yīng)

在20 mL反應(yīng)試管中加入2.0 mmol (130.0 mg) 活化鋅粉，1.0 mmol 芳香醛，2.0 mmol 3-溴丙炔，將所得的混合物放于超聲波洗滌儀中間歇振蕩1.0～3.0 h，反應(yīng)進程用TLC監(jiān)測。反應(yīng)完畢，加入5 mLNH4Cl溶液，水層用乙醚(3×15 mL)萃取，合并有機層，無水Na2SO4干燥。過濾除去Na2SO4，將有機層濃縮，剩余物進行柱層析(展開液為EA/Hexane=1/6)，得炔丙基醇化合物3(a～j)。

3a：無色油狀液體。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.42～7.26 (m,5H),4.87 (t,J= 6.4 Hz,1H),2.64 (q,J= 6.4,2.8 Hz,2H),2.41 (s,1H),2.08 (t,J= 2.8 Hz,1H); IR(KBr)v: 3395,3293,3031,2913,2117,1955,1685,1602,1452,863,757,702,644 cm-1；MS(EI)m/z(%)： 46.08 (M+)。

3b：無色油狀液體。1H1 NMR (400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.25～7.21 (m,2H),7.19～7.11 (m,2H),4.86 (t,J= 6.4 Hz,1H),2.64 (q,J= 6.4,2.8 Hz,2H),2.50 (s,1H),2.43 (s,3H),2.07 (t,J= 2.4 Hz,1H); IR(KBr)v: 3398,3291,2913,2118,1955,1655,1612,1453,1247,1033,857,646 cm-1；MS(EI)m/z(%)：160.10 (M+)。

3c：無色油狀液體。1H NMR(400 MHz,CDCl3,ppm)δ: 7.34～7.27(m,2H),6.91～6.88(m,2H),4.84 (q,J=6.4,2.8 Hz,1H),3.81 (s,3H),2.64～2.62 (m,2H),2.35 (s,1H),2.06 (t,J= 2.8 Hz,1H);IR (KBr) v: 3424,3293,2914,2835,2116,1643,1614,1516,1245,1031,836,645 cm-1；MS(EI)m/z(%)：176.11 (M+)。

3d：無色油狀液體。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.65～7.23 (m,4H),5.27 (q,J= 6.4 Hz,1H),2.85～2.81 (m,2H),2.56 (s,1H),2.12 (t,J= 2.8 Hz,1H)；IR (KBr) v: 3397,3296,3065,2922,2123,1961,1622,1597,1473,1441,1041,866,758,645 cm-1；MS(EI)m/z (%)：180.06 (M+)。

3e：無色油狀液體。1H NMR(400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.46～7.27 (m,4H),4.87 (q,J= 6.4 Hz,1H),2.68～2.56 (m,2H),2.46 (s,1H),2.10 (t,J= 2.8 Hz,1H); IR (KBr) v: 3392,3297,3064,2912,2121,1945,1696,1574,1473,1426,1053,884,786,694 cm-1；MS(EI)m/z(%):180.05(M+)。

3f：無色油狀液體。1H NMR(400 MHz,CDCl3,ppm)δ: 7.35～7.26 (m,4H),4.86 (t,J=6.4 Hz,1H),2.63～2.58 (m,2H),2.44 (s,1H),2.08 (t,J= 2.8 Hz,1H); IR (KBr) v: 3394,3298,3065,2913,2122,1956,1904,1652,1597,1492,1414,1058,867,826,644 cm-1；MS(EI)m/z (%):180.11 (M+)。

3 g：白色固體。M.p.49～50℃ (lit[14]: m.p.48～49℃)。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm)δ:7.58～7.26(m,3H),5.24 (q,J= 6.4 Hz,1H),2.86～2.77 (m,1H),2.55～2.49 (m,2H),2.12 (t,J=2.8 Hz,1H); IR (KBr) v: 3297,2931,2118,1913,1645,1588,1473,1385,1044,863,821；MS(EI)m/z (%):214.03 (M+)。

3 h：無色油狀液體。1H NMR(400 MHz,CDCl3,ppm)δ: 7.62～7.14(m,4H),5. 24 (q,J= 6.8 Hz,1H),2.84 (d,J= 2.8 Hz,1H),2.57～2.51 (m,2H),2.12 (t,J= 2.4 Hz,1H); IR (KBr) v: 3395,3294,3065,2917,2120,1952,1648,1567,1518,1468,1434,1025,863,755,645cm-1；MS(EI)m/z(%)：224.02(M+)。

3i：無色油狀液體。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm)δ:7.57～7.22 (m,4H),4.84(q,J= 6.8 Hz,1H),2.67～2.62 (m,2H),2.44 (s,1H),2.11 (t,J= 2.4 Hz,1H); IR (KBr) v: 3394,3295,3062,2913,2118,1953,1643,1568,1424,1060,884,786,649；MS(EI)m/z(%)：224.05(M+)。

3 j：無色油狀液體。1H NMR(400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.51～7.44 (m,2H),7.28～7.22 (m,2H),4.85 (q,J= 6.4 Hz,1H),2.67～2.55 (m,2H),2.38 (s,1H),2.09 (t,J= 2.8 Hz,1H); IR (KBr) v: 3394,3293,3063,2912,2116,1902,1594,1484,1405,1065,1010,866,827,645 cm-1；MS(EI)m/z(%)：224.03(M+)。

3k：黃色油狀液體。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.56 (t,J=6.0 Hz,1H),1.89～2.23 (m,1H),7.30～7.41 (m,1H),7.17 (t,J=6.6 Hz,1H),7.05 (t,J=8.7 Hz,1H),5.21 (br,1H),4.88 (t,J=6.3 Hz,1H),2.61～2.80 (m,2H),2.48 (d,J=4.5 Hz,1H); IR (KBr) v: 3405,3311,2925,2136,1621,1487,1261,1110,1016,799,757 cm-1；MS (EI)m/z(%)：164.11(M+)。

3l：黃色油狀液體。1H NMR (400 MHz,CDCl3,ppm) δ: 7.48(d,J=7.0 Hz,2H),7.41 (d,J=7.1 Hz,2H),4.86～4.96,(m,1H),2.58～2.71 (m,2H),2.45 (d,J=2.6 Hz,1H),2.10 (t,J= 2.8 Hz,1H); IR (KBr) v: 3331,3233,2839,2368,1615,1328,1123,1064,845,792 cm-1；MS (EI)m/z (%)：214.11 (M+)。

2 結(jié)果與討論

本文合成的12個丙炔基醇化合物中，3 g是固體，其余目標化合物均為油狀液體，其結(jié)構(gòu)組成均經(jīng)過MS、IR和1H NMR分析得到確證，合成的產(chǎn)物即為目標化合物。并以芳香醛(1 mmol)，反應(yīng)時間1h為標準反應(yīng)(Scheme1)來考察催化劑，炔丙基溴及催化劑量對該反應(yīng)的影響。

2.1 催化劑對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)中，我們分別考察了Mg,Zn,Sn等催化劑對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當用活化Zn (4.0 mmol) 為催化劑時，可以在1h以70%的收率得到目標化合物(表1,entry3)，遠遠高于其它幾種催化劑的結(jié)果。因此在接下來的研究中，以Zn為催化劑來考催化劑量對反應(yīng)的影響。

2.2 催化劑用量對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)中，以Zn為催化劑，考察了催化劑Zn的用量對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當催化劑的用量為2.0 mmol時，可在1h以85%的收率得到目標化合物(表1,entry5)，而當催化劑的用量降為1.0 mmol時，在相同的反應(yīng)時間里，只能得到65%的目標化合物(表1,entry6)。因此在接下來的研究中，以2.0 mmol的Zn來考察炔丙基溴的用量對反應(yīng)的影響。

2.3 炔丙基溴的用量對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)中，以2.0 mmol的Zn為催化劑，考察了炔丙基溴的量對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當炔丙基溴的用量為2.5 mmol時，對目標物的收率并沒有提高(表1,entry7)，而當炔丙基溴的用量為1.5 mmol時，目標物的收率有所降低(表1,entries 8)。因此，即以芳香醛(1.0 mmol)，炔丙基溴(2.0 mmol)，活化 Zn(2.0 mmol)為催化劑來合成目標化合物。

表1 催化劑及炔丙基溴對該反應(yīng)的影響
Table 1 Effect of catalysts and propargyl bromide on the reactions a

EntryCatalystCatalystLoading/mmolPropargylbromide/mmolYield/%b1Mg4．01．0582Sn4．01．0623Zn4．01．0704Zn3．02．0765Zn2．02．0856Zn1．02．0657Zn2．02．5848Zn2．01．580

注：abenzaldehyde (1 mmol),1 h；bIsolated yield。

2.4 目標化合物3a～3l的合成

室溫下以活化Zn(2.0 mmol)為催化劑，芳香醛(1 mmol)及炔丙基溴(2 mmol)為原料，在無溶劑超聲波輔助條件下一步合成了目標物化合物3a～3l，其收率為73%～85%。該合成方法與傳統(tǒng)的方法相比，目標產(chǎn)物的收率高，反應(yīng)時間短，區(qū)域選擇性高，不使用對環(huán)境有害的有機溶劑，反應(yīng)過程趨于綠色化，對環(huán)境友好。這一合成方法還可以用于一些具有生物活性的化合物和天然產(chǎn)物的合成中。

表2 無溶劑,超聲波輔助Zn催化炔丙基溴與芳香醛的區(qū)域加成反應(yīng)
Table 2 Solvent-free regioselective addition reactions of propargyl bromide to aromaticaldehyde compounds mediated by Zn underultrasound-irradiateda

EntryComp．RTime/hYield/%b13aH1．08523bp-CH32．57533cp-CH3O3．07343do-Cl2．07653em-Cl2．07363fp-Cl2．08173g2，4-Cl2．08083ho-Br2．07893im-Br1．580103jp-Br2．078113ko-F1．583123lp-CF32．080

注：aReaction conditions: benzaldehyde (1.0 mmol)，propargyl bromide (2.0 mmol)， cat.amount Zn (2.0 mmol)，ultrasound-irradiated；bIsolated yield。

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(本文文獻格式：.張剛，杓學(xué)蓓，李清寒，等.超聲波輔助Zn催化炔丙基溴與芳香醛的區(qū)域加成反應(yīng)研究[J].山東化工,2018,47(7):1-3.)