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    【熱點文章】北京化工大學許家喜教授:重氮化合物的合成方法

    發布時間: 2022-02-21 13:10:11   試劑信息網

    引用本文:袁鑫,許家喜.重氮化合物的合成方法[J].化學試劑, 2022, 44(2): 161-168.


    背景介紹


    重氮化合物是指分子內含有重氮基團的一類有機化合物,最簡單的重氮化合物為重氮甲烷,其為黃色氣體,有強刺激性氣味。受熱、遇火、摩擦、撞擊會導致爆炸。通常保存在乙醚溶液中,其乙醚溶液為亮黃色。重氮化合物具有較高的化學反應活性,是十分重要的有機合成中間體。其可以發生插入反應、形成葉立德、環丙烷化和氮雜環丙烷化、重排成烯酮、發生Büchner反應以及偶聯反應等。已經有文獻對重氮化合物的合成及其反應進行過詳細綜述。但發表時間都較早,本文簡要總結了以前綜述中介紹過的合成方法,重點綜述了近十余年來發展的新合成方法。



    文章亮點

    1. 介紹了重氮轉移法、其他官能團的重氮化法重氮化合物的修飾法;

    2. 重點介紹了近十余年發展的新方法羧酸及其衍生物的重氮化、腙類化合物的重氮化通過重氮化合物修飾來制備新重氮化合物;

    3. 指出了通過過渡金屬催化的重氮化合物與鹵代烴的偶聯反應來修飾重氮化合物,可能會成為未來制備新重氮化合物主要發展方向。



    內容簡介


     重氮轉移反應

    重氮轉移反應是指將重氮轉移試劑中的重氮基團轉移到另一反應物上,得到新的重氮化合物。

    1.1  磺酰疊氮試劑的制備

    1967Regitz[3]報道了利用對甲苯磺酰疊氮與活潑亞甲基或芳環反應制備重氮化合物的方法,該方法后來稱為Regitz重氮轉移法。

    1.2  磺酰疊氮化合物的重氮轉移反應

    磺酰疊氮化合物適用于與多種具有活化亞甲基的有機化合物發生重氮轉移反應,如下圖所示[11-13]。缺電子的三氟甲磺酰疊氮對α-氰基和硝基取代的羰基化合物進行重氮轉移時,既可以使用有機堿也可以使用無機堿。對于有機堿來說,堿性越強,產率越高,但是這個反應對底物的位阻較為敏感。當使用吡啶作時,大位阻底物的產率也較好。

    1.3  “無磺酰疊氮(SAFE)”重氮化

    該法不需要使用制備好的磺酰疊氮化合物,而是使用疊氮化鈉和磺酰氯作試劑,在堿的水溶液中原位生成磺酰疊氮進行反應。但反應物必須是1,3-二羰基化合物。部分產物可以不加純化直接進行后續反應。增加試劑也可發生雙重氮化,如下圖所示[17]。無磺酰疊氮(Sulfonyl-azide-free)”重氮化實際是原位生成并使用磺酰疊氮。

    1.4  芳香疊氮化合物的重氮轉移反應

    2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪甲醇和NaHCO3處理得到2,4-二甲氧基-6--1,3,5-三嗪,其與疊氮化鈉在乙腈和水的混合溶液中反應制備獲得2-疊氮-4,6-二甲氧基1,3,5-三嗪ADT)也可以作為重氮轉移試劑[18]。這種化合物廉價易得且十分穩定,在空氣中也可以長時間保存。在極性溶劑中的反應效果好于在非極性溶劑中,使用無機堿的產率要高于使用有機堿,當使用NaHCO3時反應時間從1 h縮短到了2 min,如下圖所示。

     官能團的重氮化

    2.1  胺的重氮化

    烴基重氮化合物通常分為脂肪重氮化合物和芳香重氮化合物兩種。都可以通過由亞硝酸鈉或亞硝酸異戊酯和酸(包括路易斯酸)形成的亞硝基正離子與伯胺反應獲得。通常要加入過量的酸,才能得到穩定的重氮鹽產物。芳香重氮產物一般在低溫下都比較穩定,能夠保存并進行后續反應,但是脂肪族重氮產物則比較活潑,較易發生分解反應,如下圖所示[19]。

    2.2  腙的重氮化

    許多氧化劑都可以將腙氧化成重氮化合物,包括傳統重金屬類氧化劑如氧化汞、二氧化錳、氧化銀和四醋酸鉛,及非金屬氧化劑Swern試劑(氯代二甲基亞砜,可由二甲基亞砜和草酰二氯在三乙胺中制備)[20]。反應效果較好,適用范圍也較廣。當使用V(乙醚)V(二氯甲烷) = 91的混合溶劑時,重氮產物可以不經處理直接使用。

    2.3  疊氮和三氮烯的重氮化

    1967年Regitz[3]也報道了使用芳疊氮化合物與丙烯酸乙炔醚經1,3-偶極加成形成1,2,3-三唑中間體,開環形成重氮化合物。該法受反應物的結構限制應用范圍有限。

    2.4  羧酸及其衍生物的重氮化

    羧酸可以通過其酰氯、(混合酸酐及其活潑酯與重氮甲烷反應實現重氮化,用來制備α-重氮酮。重氮甲烷主要通過N-硝基-N-甲基磺酰酰胺及其脲衍生物用堿處理獲得,在此不再贅述。介紹一種通過水溶性N-硝基-N-甲基磺酰酰胺大量制備重氮甲烷的例子。重氮甲烷在強堿性的水相生成,轉移到有機相中,并在有機相直接反應,不需要分離,非常方便[1, 27]。

     重氮化合物的修飾

    重氮化合物作為兩性離子化合物可以發生親核和親電性的反應實現衍生化,得到新的重氮類化合物。這是近十余年來發展起來的重氮化合物新合成方法。

    3.1  重氮乙酸乙酯的Aldol型縮合

    醛或者亞胺可以和重氮乙酸乙酯在堿性條件下通過Aldol型縮合進行C-C鍵偶聯,得到的醇類衍生物可以通過Dess-Martin試劑氧化,得到新的α-重氮-β-二羰基化合物??s合和氧化反應還可以一釜完成[30]。

    3.2  α-重氮羰基化合物與其他試劑的偶聯

    α-重氮羰基化合物用格氏試劑做堿處理后,可與親電試劑如氯甲酸酯、Boc2O和磺酰氯反應,得到衍生化的重氮化合物[35]。

    3.3  重氮化合物在鈀催化下的偶聯

    重氮乙酸乙酯或者酰胺在鈀催化下可與碘代烯烴和芳烴偶聯,形成新的α-重氮羧酸酯和酰胺。當體系中加入一氧化碳時,由重氮乙酸乙酯可以得到?;?/span>重氮乙酸乙酯[39]。使用重氮乙酰胺作為底物,需要加入適量的AgCO3[14]。這種偶聯方法適用性較廣,雖然溴代烴也能參與反應,但效果不如碘代烴。

    4  總結與展望

    重氮化合物很早就被發現和使用,隨著其應用越來越廣,其合成方法也得到了不斷發展。為早期具有一定危險性的重氮轉移合成法開發了多種新型安全重氮轉移試劑,還發展了羧酸及其衍生物的重氮化,腙類化合物的重氮化,以及通過重氮化合物修飾來制備新重氮化合物的新方法。通過過渡金屬催化的重氮化合物與鹵代烴的偶聯反應來修飾重氮化合物,可能會成為未來制備新重氮化合物主要發展方向。


    DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2021008587
    文章來源:《化學試劑》2022年第44卷第2期


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