肉桂醇的碘甲酸酯化合成方法

2019-06-11

浙江工业大学学报 2019年4期

(浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州 310014)

不饱和烯烃双键的邻位碘甲酸酯化[1-2]在有机合成中是一个非常重要的过程而越来越受到化学工作者的重视，同时它也属于基本的离子反应过程。这类反应也可以叫作共碘化反应，即双键的一端连接一个碘原子，在双键的另一端连接亲核的甲酸酯基。肉桂醇的邻位甲碘酯化加成产物在许多领域有着重要的应用价值，如应用在合成环氧化合物的制备上[3]，也可以被用作合成医药的中间体[4-6]。

合成碘甲酸酯化的产物，首先需要寻找新型的碘源提供方式。然而，传统的不饱和烯烃卤素提供方式是使用单质碘及其复合物、高价碘化合物等在无氧化剂存在的条件下与不饱和烯烃发生反应[7]，或是使用还原性碘化物在各种外加氧化剂存在的情况下的一种氧化还原方式[8-9]，这两种方式均存在着反应物有毒有害、产生较多废弃物、成本高及反应条件苛刻等诸多问题。而溴酸根插层的锌铝水滑石[10-11]，可以实现在中等强度的酸性条件下缓释溴酸根，与一些还原性I-生成活性态碘进行原位反应。此外，需要寻找另外一种官能基团——甲酸酯基。甲酸作为一种最简单的有机羧酸[12-13]，能提供酸性条件，溶解无机盐和有机物。又由于目标产物在甲酸的反应体系中能快速地被分离到萃取剂中，甲酸广泛用作反应的溶剂来促进有机反应的快速转化。与此同时，电离出来的甲酸根离子可以被当成一种亲核试剂进行甲酸酯化反应。相较于其他的方法，此方法不仅可以直接进行原位反应，而且提供了一种可以使甲酸充分发挥酸性、亲核性和溶解性的化学反应环境。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

试剂(所有试剂均为分析纯)：肉桂醇，阿拉丁(上海)试剂有限公司；九水合硝酸铝，上海振欣试剂厂；七水合硝酸锌，上海美兴化工有限公司；溴酸钾，浙江海川化学品有限公司；氢氧化钠，国药集团化学试剂有限公司；碘化钾，汕头市西陇化工厂；甲酸，阿拉丁(上海)试剂有限公司；无水亚硫酸钠，浙江省永嘉县化工试剂厂；二氯甲烷，上海凌峰化学试剂有限公司；乙酸乙酯，上海凌峰化学试剂有限公司；石油醚，上海凌峰化学试剂有限公司。

仪器：FA2004上皿电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；SZCL-2数显智能控温磁力搅拌器，杭州惠创仪器设备有限公司；Bruker Advance III 500 MHz核磁共振仪，布鲁克(北京)科技有限公司。

1.2 肉桂醇碘甲酸酯化产物的制备

2 结果与讨论

2.1 不同因素对产物产率的影响

表的量对产率的影响

2.1.2 溶剂的量对产率的影响

结果显示在表2中，通过对比发现：肉桂醇在溶剂体积为10 mL时获得了最高的产率；但是当溶剂体积小于10 mL时，产率出现了下降的趋势，产率分别为82%和84%，因为整个反应体系为固相水滑石与液相甲酸溶剂的反应，需要一个合适的溶剂量，随着溶剂体积逐渐小于10 mL，整个反应体系的稠度明显上升，并且影响了溴酸根插层水滑石的缓释效果，进而影响与I-的氧化还原反应，同时整个溶液中HCOO-的浓度下降致使其亲核性的下降；与此相同的结果，当溶剂体积大于10 mL时，产率也呈现下降的趋势。主要是因为反应物和碘源的浓度降低，两者接触机会减少，使得反应时间有所上升，同时使产率下降。

表2 溶剂量的筛选Table 2 The effect of solvent

2.1.3 温度对产率的影响

相关结果显示在表3中，可以发现：在10 mL的甲酸溶剂条件下，15 ℃时碘甲酸酯化的产率仅为53%；随着温度的升高，碘甲酸酯化的产率随之提高，并且在25 ℃时达到了最高值88%；而当温度继续升高，产率反而出现了下降的趋势，产率分别为77%，52%，47%。由于碳碘键的键能较小，当温度超过25 ℃时产物出现了一定的分解，并且温度越高，分解的产物越多，从而影响了产率。

表3 温度对产率的影响Table 3 The effect of temperature

2.2 反应过程中的立体选择性和位置选择性

在核磁氢谱中，相邻碳上各自只连有一个氢原子的时候，耦合常数J的值主要取决于两个氢原子之间的二面角，可以用Karplus经验公式(建立在实验数据的基础之上)大致进行计算：J=A+BcosΦ+Ccos2Φ(A=7,B=-1,C=5)。当二面角为0°或者180°时，耦合常数大于8；当二面角为60°时，耦合常数小于7。通过计算，当肉桂醇发生具有立体选择性的碘甲酸酯化反应之后，连有—OCHO和—I基团的相邻碳上两个氢的耦合常数J为15.9，可以证明碘甲酸酯化反应经历的是反式加成的过程，这也进一步证明了反应经过碘鎓离子的中间过渡态。另外，由于—OCHO和—I基团的电负性不同，直接导致了在核磁共振氢谱中氢化学位移值δ的差异。从图1中可以看出：当肉桂醇的碘甲酸酯化反应发生之后，α-氢的化学位移值为6.7，而β-氢的化学位移值为6.3，因此可以说明—OCHO连接在α位，而—I连接在β位。在碘鎓离子形成之后，由于苄基正离子为最稳定的一种构型，更多的正电荷就偏向α位，因此更容易受到亲核试剂HCOO-的进攻而形成具有位置选择性的碘甲酸酯化的产物。