KF促进三氟甲基三甲基硅烷参与酚的三甲基硅基化反应

张

(常州工程职业技术学院化学工程技术系，江苏常州 213164)

KF促进三氟甲基三甲基硅烷参与酚的三甲基硅基化反应

(常州工程职业技术学院化学工程技术系，江苏常州 213164)

详细介绍了一类KF促进的酚与三氟甲基三甲基硅烷的三甲基硅基化反应．反应具有良好的官能团适用范围，如带有甲基、甲氧基、碘、溴、氯、氟及三氟甲基等官能团的酚都能够顺利发生该转化．该方法给出了一类实用性强的三甲基硅基芳醚的合成途径．

KF促进剂；三甲基硅基化反应；酚；三氟甲基三甲基硅烷

羟基是一类非常常见的有机官能团，广泛存在于天然产物及人工合成的分子中，同时该类官能团也有比较高的反应活性，因此，在许多化学转化以及复杂的多步骤合成中，醇羟基和酚羟基的保护脱保护是非常重要的研究课题[1-4]．由于可以非常方便地实现三氟甲基硅基（Me3Si-）的选择性引入和温和条件下选择性脱保护，使得三甲基硅基（Me3Si-）成为最流行、应用最为广泛的常用的羟基保护基之一．此外，将羟基三氟甲基硅基化转换之后，可以提高醇或者酚类有机物的溶解性，特别是易溶解于非极性溶剂中而使其能够更加方便地进行气相色谱分析或者质谱分析等的检测．

目前使用最广泛的羟基三甲基硅基化试剂有三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷（HMDS）和烯丙基硅烷等[5-6]．在使用六甲基二硅氧烷（HMDS）进行三甲基硅基化反应时，需要有如磺酸官能化的纳米多孔二氧化硅[7]、铁（Ⅲ）三氟乙酸盐[8]、VIV(TPP)(OTf)2[9]、TiO2-HClO4[10]或者I2[11]等活化试剂的参与反应才能进行，而这些催化剂或者是活化试剂又都是对水敏感或者是非常昂贵，反应需要在非常苛刻的条件下才能进行，且操作繁琐．因此，寻找一类简便高效的羟基三甲基硅基化反应具有重要的理论及实际应用价值．

Ruppert试剂（Me3SiCF3）是一个在有机合成中使用非常方便的三氟甲基化试剂，在最近十年中备受关注[12-15]．此外，该试剂也被广泛用于端炔的硅基化反应中以合成三甲基硅基炔[16-18]．除了以上应用，Me3SiCF3还可以与烷氧基/芳氧基金（或者铜）发生反应，得到三甲基硅基芳醚类衍生物[19]．然而，目前有关Ruppert试剂在醇类的三甲基硅基化反应中的应用的研究报道还比较少[20]，本文将给出一类通用且高效的KF促进Me3SiCF3参与的酚的三甲基硅基化反应．

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

所用溶剂和试剂均为化学纯，除特殊说明外，均为直接购得，未进行纯化．300 MHz核磁共振仪（德国Bruker公司）；QP 2010 SE气质联用仪（岛津）．

1.2 实验方法

在15mL的Schlenk管中，加入酚（0.2 mmol），三氟甲基三甲基硅烷（0.6 mmol），KF·2H2O（0.4 mmol），二氯乙烷（2 mL），密闭，混合物在100oC反应12小时．通过TLC监测原料完全转化，反应结束后，减压蒸馏除去二氯乙烷，以石油醚-乙酸乙酯为展开剂通过柱色谱分离得到纯净的目标产物．

2 结果与讨论

2.1 反应条件优化

首先，对反应条件进行优化．以β-萘酚（1a）和Me3SiCF3（2）的反应（见下面反应式）为模板反应来对反应条件进行筛选，见表1．

表1 最佳反应条件的筛选

根据文献和经验理论，O-Si键的形成，通常都需要F-离子的参与，因此对反应条件优化最初是对氟源（2当量）的筛选．然而，当用TBAF·3H2O为氟源进行反应的时候，并没有检测到目标产物生成（表1，第1行），但是，当将氟源改为NH4F时，就发现生成了三甲基硅基芳醚（3a），但是产率非常低（表1，第2行），因此还需要对反应条件进行进一步优化．接下来对其它的氟源，如LiF，KF，CsF以及AgF等进行反应活性的测试，结果发现KF是最好的氟源：在2当量KF存在下，1,2-二氯乙烷为反应溶剂，100oC条件下反应12小时，可以非常幸运地以83%的收率得到目标硅醚产物（表1，第4行）．后续的优化表明，该转化对水不敏感，如以KF·2H2O代替KF进行反应，反应产率基本不会受到影响（表1，第7行）．接下来对反应溶剂进行筛选，结果发现，溶剂的选择对反应结果有比较大的影响：反应只有在甲苯或者1,2-二氯乙烷溶剂中才能够发生，而且二氯乙烷是最好的溶剂，在THF、DMF、乙腈等常用溶剂中，反应不能够发生（表1，第7-11行）．综上所述，筛选出的最佳反应条件为：2当量KF·2H2O（或者无水KF）存在下，加入3当量的Me3SiCF3（2），在1,2-二氯乙烷溶剂中100°C反应12小时．

2.2 底物范围

酚与三氟甲基三甲基硅烷的反应式如下．

在确定了最佳反应条件之后，对酚类底物的范围进行了研究与探讨，如表2所示．由表2可已看出，在苯环上有如甲基、甲氧基、苄氧基、氯、溴、碘及三氟甲基等取代基存在的情况下，反应都能够顺利进行，都能以较高产率得到相应的三甲基硅基芳醚产物．总体上来讲，苯环上有供电子基酚的反应效果比有吸电子基酚的要好，相应产物的产率也较高．酚的空间位阻对分子的反应活性基本没有影响，如三甲基硅基芳醚3h与3i的产率分别为68%和63%，邻位取代与对位取代底物的反应活性几乎没有差别．值得一提的是，苯环上有卤素取代的酚，经过该转化分离得到相应硅醚的产率较低，该现象主要是因为该类产物的沸点太低，纯化过程中有损失造成的．带有强吸电子基如氟或者是三氟甲基的酚，也能够很顺利地发生该三甲基硅基化反应，分别以68%及64%的产率得到相应的三甲基硅基芳醚（表2，3k及3l）．

2.3 产物表征

三甲基（2-萘氧基）硅烷（3a）．无色液体．1H NMR（CDCl3, 300 MHz）：δ 7.79-7.70（m，3H），7.43（t，1H，J = 7.5 Hz），7.35（t，1H，J = 7.5 Hz），7.22（d，1H，J = 3 Hz），7.09（d，1H J = 9 Hz）， 0.33（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 153.0，134.6，129.4，129.3，127.6，126.7，126.1，123.8，122.0，114.9, 0.3．

三甲基（1-萘氧基）硅烷（3b）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 8.20-8.16（m，1H），7.85-7.82（m，1H），7.51-7.48（m，3H），7.36（t，1H，J = 7.5 Hz），6.91（d，1H，J = 7.5 Hz），0.38（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 151.4，134.9，127.9，127.6，126.1，125.9，125.1，122.6，121.1，112.9，0.4．

三甲基（4-甲氧基苯氧基）硅烷（3c）．无色液体．1H NMR（CDCl3, 300 MHz）：δ 6.78（b，4H），3.76（s，3H），0.24（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 154.2，148.8，120.7，114.4，55.5，0.1．

三甲基（4-甲基苯氧基）硅烷（3d）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.05（d，2H，J = 8.2 Hz），6.77（d，2H，J = 8.4 Hz），2.30（s，3H），0.27（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 152.8，130.6，129.9，119.8，20.6，0.2．

表2 酚与三氟甲基三甲基硅烷的反应

三甲基（联苯-2-氧）硅烷（3e）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.71-7.68（m，2H），7.58-7.36（m，5H），7.22（t，1H，J = 8.5 Hz），7.08（d，1H，J = 8.0 Hz），0.20（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 152.2，139.0，133.3，130.7，129.6，128.4，127.8，126.7，121.9，120.6，0.03．

三甲基（3-甲基苯氧基）硅烷（3f）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.16（t，1H，J = 7.6 Hz），6.82（d，1H，J = 7.4 Hz），6.70（t，2H，J = 8.7 Hz），2.34（s，3H），0.30（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75MHz）：δ 155.1，139.4，129.1，122.2，120.8，117.0，21.4, 0.2．

三甲基（4-碘苯氧基）硅烷（3g）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 Mz）：δ 7.52（d，2H，J = 8.8 Hz），6.63（d，2H，J = 8.8 Hz），0.26（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 155.1，138.3，122.5，84.0，0.1．

三甲基（2-溴苯氧基）硅烷（3h）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300MHz）：δ 7.53（d，1H，J = 7.8 Hz），7.18（t，1H，J = 7.9 Hz），6.86（m，2H），0.31（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75MHz）：δ 152.4，133.3，128.3，122.7，120.8，115.6，0.4．

三甲基（4-溴苯氧基）硅烷（3i）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.33（d，2H，J = 8.6 Hz），6.73（d，2 H，J = 8.6 Hz），0.26（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 154.3，132.3，121.9，113.8，0.1．

三甲基（4-氯苯氧基）硅烷（3j）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.19（d，2H，J = 8.7 Hz），6.77（d，2H，J = 8.9 Hz），0.25（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 153.8，129.4，126.4，121.3，0.1．

三甲基（4-氟苯氧基）硅烷（3k）．无色液体．1HNMR（CDCl3，300MHz）：δ 6.95-6.89（m，2H），6.80-6.75（m，2H），0.25（s，9H）；13CNMR（CDCl3，75MHz）：δ 157.7（d，JC-F= 237.3 Hz），151.1（d，JC-F= 2.3 Hz），120.9（d，JC-F= 8.0 Hz），115.8（d，JC-F= 22.8 Hz），0.1．

三甲基（4-三氟甲基苯氧基）硅烷（3l）．无色液体．1H NMR（CDCl3，300 MHz）：δ 7.50（d，2H，J = 8.3 Hz），6.91（d，2H，J = 8.3 Hz），0.29（s，9H）；13C NMR（CDCl3，75 MHz）：δ 158.1，126.9（q，JC-F= 3.75 Hz），124.5（q，JC-F= 270 Hz），123.6（q，JC-F= 33 Hz），120.1，0.2．

3 结 语

本文以三氟甲基三甲基硅烷为原料，实现了酚的三氟甲基硅基化反应，在这一转化过程中KF·2H2O为最优氟源来活化形成O-Si键，这一转化具有较广的底物适用范围及较好的官能团兼容性，是一类非常有效的酚羟基保护方法，在有机合成中将有较好的应用前景．

[1] Sureshan K M, Shashidhar M S, Praveen T, et al. Regioselective Protection and Deprotection of Inositol Hydroxyl Groups [J]. Chem Rev, 2003, 103: 4477-4504.

[2] Murali C, Gurale B P, Shashidhar M S. Intramolecular Hydrogen Abstraction in Radicals Derived from Inositol 1,3-Acetals: Efficient Access to Cyclitols [J]. Eur J Org Chem, 2010, 4: 755-764.

[3] Morgan A J, Wang Y K, Roberts M F, et al. Chemistry and Biology of Deoxy-myo-inositol Phosphates: Stereospecificity of Substrate Interactions within an Archaeal and a Bacterial IMPase [J]. J Am Chem Soc, 2004, 126: 15370-15371.

[4] Godage H Y, Riley A M, Woodman T J, et al. Regioselective Opening of myo-Inositol Orthoesters: Mechanism and Synthetic Utility [J]. J Org Chem, 2013, 78: 2275-2288.

[5] Blackburn S N, Haszeldine R N, Parish R V, et al. Organosilicon Chemistry: XXX. Homogeneous Catalysis byIridium (I) Complexes of the Reaction between Silanes and Alcohols or Dideuterium [J]. J Organomet Chem, 1980, 192: 329-338.

[6] Brook M A. Silicon in Organic, Organometallic, and Polymer Chemistry [M]. New York: John Wiley and Sons, Inc, 2000: 701-704.

[7] Zareyeea D, Karimi B. A Novel and Highly Efficient Method for the Silylation of Alcohols with Hexamethyldisilazane (HMDS) Catalyzed by Recyclable Sulfonic Acid-Functionalized Ordered Nanoporous Silica [J]. Tetrahedron Lett, 2007, 48: 1277-1280.

[8] Firouzabadi H, Iranpoor N, Jafari A A, et al. Iron (III) Trifluoroacetate [Fe(F3CCO2)3] as an Easily Available, Non-hygroscopic, Non-corrosive, Highly Stable and a Reusable Lewis Acid Catalyst: Efficient O-silylation of α-Hydroxyphosphonates, Alcohols and Phenols by Hexamethyldisilazane (HMDS) under Solvent-free Conditions [J]. J Organomet Chem, 2008, 693: 2711-2714.

[9] Moghadam M, Mohammadpoor-Baltork I, Tangestaninejad S, et al. Electron-deficient Vanadium (IV) Tetraphenylporphyrin: A new, Highly Efficient and Reusable Catalyst for Chemoselective Trimethylsilylation of Alcohols and Phenols with Hexamethyldisilazane [J]. Appl Organomet Chem, 2011, 25: 687-694.

[10] Shirini F, Atghia S V, Jirdehi M G. Nanocrystalline TiO2-HClO4as a new, Efficient and Recyclable Catalyst for the Chemoselective Trimethylsilylation of Alcohols, Phenols and Deprotection of Silyl Ethers [J]. Catal Commun, 2012, 18: 5-10.

[11] Jereb M. Metal-Free Oxidative Trifluoromethylthiolation of Terminal Alkynes with CF3SiMe3and Elemental Sulfur [J]. Tetrahedron, 2012, 68: 3861-3867.

[12] Singh R P, Shreeve J M. Nucleophilic Trifluoromethylation Reactions of Organic Compounds with (Trifluoromethyl) trimethylsilane [J]. Tetrahedron, 2000, 56: 7613-7632.

[13] Mizuta S, Shibata N, Akiti S, et al. Cinchona Alkaloids / TMAF Combination-Catalyzed Nucleophilic Enantioselective Trifluoromethylation of Aryl Ketones [J]. Org Lett, 2007, 9: 3707-3710.

[14] Gawronski J, Wascinska N, Gajewy J. Recent Progress in Lewis Base Activation and Control of Stereoselectivity in the Additions of Trimethylsilyl Nucleophiles [J]. Chem Rev, 2008, 108: 5227-5252.

[15] Chen C, Chu L, Qing F-L. Metal-Free Oxidative Trifluoromethylthiolation of Terminal Alkynes with CF3SiMe3and Elemental Sulfur [J]. J Am Chem Soc, 2012, 134: 12454-12457.

[16] Ishizaki M, Hoshino O. Unprecedented Cesium and Potassium Fluorides Catalyzed Trialkylsilylation and Tributylstannylation of Terminal Alkynes with Trifluoromethyl-Trialkylsilanes and -Tributylstannane [J]. Tetrahedron, 2000, 56: 8813-8819.

[17] Fordyce E, Wang Y, Luebbersb T, et al. Copper-catalyzed silylation of cyclopropenes using (trifluoromethyl) trimethylsilane [J]. Chem Commun, 2008, 44: 1124-1126.

[18] Opsitnick E A, Jiang X, Hollenbeck A N, et al. Hydrogen-Bond-Assisted Helical Folding of Propeller-Shaped Molecules: Effects of Extended π-Conjugation on Chiral Selection, Conformational Stability, and Exciton Coupling [J]. Eur J Org Chem, 2012, 4: 708-720.

[19] Usui Y, Noma J, Hirano M. C-Si bond Cleavage of Trihalomethyltrimethylsilane by Alkoxo- and Aryloxogold or -Copper Complexes [J]. Inorg Chim Acta, 2000, 309: 151-154.

[20] Yoshimatsu M, Kuribayashi M. A Novel Utilization of Trifluoromethanide as a Base: a Convenient Synthesis ofTrimethylsilylacetylene [EB/OL]. [2014-07-08]. http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2001/p1/b101537k.

KF-Accelerant Reaction between Trimethylsilylation and Phenols with TMSCF3

ZHANG Di
(Department of Chemical Engineering, Changzhou Vocational Institute of Engineering Technology, Changzhou, China 213164)

This paper introduces in detail the reaction with KF-accelerant trimethylsilylation of phenols with trifluormethyltrimethylsilane. The procedure tolerates a series of functional groups, such as methyl, methoxy, iodo, bromo, chloro, fluoro and trifluoromethyl groups. Thus, the approach represents a practical synthetic route to access trimethylsilyl ethers.

KF-Accelerant; Trimethylsilylation Reaction; Phenols; TMSCF3

O621.3

A

1674-3563(2015)02-0051-07

10.3875/j.issn.1674-3563.2015.02.008 本文的PDF文件可以从xuebao.wzu.edu.cn获得

(编辑：王一芳)

2014-09-17

张頔(1969- )，男，山东济宁人，实验师，学士，研究方向：精细有机合成