三氟乙酸铜的制备及其在多元缩合反应中的应用

三氟乙酸铜的制备及其在多元缩合反应中的应用 ????20092009200920094444????10148101481014810148012006011203201200601120 320120060112032012006011203255552006.92006.92006.92006.92008.72009.62008.72 009.62008.72009.62008.72009.62009.62009.62009.62009.6研究成果声明本人声明所 呈交的学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或撰写过的 研究成果，也不包含为获得辽宁石油化工大学或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。特此申明。签名:日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作 者完全了解辽宁石油化工大学有关保留、使用学位论文的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，其中包括:?学校 有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;?学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文;?学校可允许学位论文被查阅或借阅;? 学校可以学术交流为目的复制赠送和交换学位论文;?学校可以公布学位论文的全 部或部分内容(保密学位论文在解密后适用本授权书)。签名:日期:导师签名: 日期:辽宁石油化工大学硕士学位论文I首先合成了新型路易斯酸催化剂三氟乙酸 铜，然后用它催化合成了αα’-二亚苄基环烷酮类化合物和245-三取代基咪唑类化合 物。一、合成三氟乙酸铜。以三氟乙酸和氧化铜为原料，在室温条件下搅拌反应一 段时间，合成了催化剂三氟乙酸铜。用红外、差热对其进行了表征。二、用三氟乙 酸铜作催化剂合成αα’-二亚苄基环烷酮类化合物。分别考察了催化剂用量、反应温 度、反应时间、反应物摩尔比等因素对产物收率的影响。以苯甲醛和环己酮的反应 为样本，得到了最佳实验条件:催化剂三氟乙酸铜的用量为7mol(以苯甲醛的量为 基准)，苯甲醛与环己酮的摩尔比为2:1.1，反应温度为90?，反应时间为6h，在此 条件下成功地合成了一系列的αα’-二亚苄基环烷酮类化合物，收率可达90以上。同 时，对三氟乙酸铜的催化活性进行了研究。实验发现，随着反应的进行，三氟乙酸 铜的活性并没有明显的降低，该催化剂可重复利用4次，收率都在70以上。用红外、 核磁等对产物进行了表征。三、用三氟乙酸铜作催化剂合成245-三取代基咪唑类化 合物。以联苯甲酰、苯甲醛和醋酸铵的反应为样本，确定了最佳的反应条件:催化 剂三氟乙酸铜的用量为1mol(以苯甲醛的量为基准)，联苯甲酰、醋酸铵和苯甲醛 的摩尔比为1:5:1，反应温度为100?，反应时间为4h，成功地合成了一系列的245- 三取代基咪唑类化合物并且对产物进行了红外和核磁表征。同时在该反应中，对催 化剂的活性进行了研究，发现三氟乙酸铜的活性并不会因为反应的进行而降低，该 催化剂可重复利用6次，收率都在70以上。实验表明，三氟乙酸铜对αα’-二亚苄基环 烷酮类化合物和245-三取代基咪唑类化合物的合成具有很好的催化效果，该方法有 效的辽宁石油化工大学硕士学位论文II提高了收率，避免了传统方法中采用溶剂对 环境造成污染和收率低，实验操作困难等缺点。因此，三氟乙酸铜作为一种有效的 路易斯酸催化剂在有机多元缩合反应中有着广阔的应用前景。三氟乙酸铜，αα’-二 亚苄基环烷酮类化合物，245-三取代基咪唑类化合物，多元缩合反应辽宁石油化工 大学硕士学位论文 IIITheTheTheThePreparationPreparationPreparationPreparationofofofofCopperCopperC opperCopperTrifluoroacetateTrifluoroacetateTrifluoroacetateTrifluoroacetateandandanda ndTheTheTheTheApplicationApplicationApplicationApplicationofofofofIIIIttttiiiinnnnT TTTheheheheReactionReactionReactionReactionooooffffMulti-ComponentMulti-Compo nentMulti-ComponentMulti-ComponentCondensationCondensationCondensationConden sationABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTInthispaperwesynthesizedanew Lewiscatalyst-copper? trifluoroacetate.Thenitwasusedascatalystinthesynthesisreactionofαα’-bissubstitutedbenzyl idenecycloalkanonesand245-trisubstitutedmidazoles.Firstlythesynthesisofcopper? trifluoroacetate.Weusedtrifluoroacetateandcopper? oxideasrawmaterials.Thesynthesisreactioncarriedinroomtemperatureandthereactantswerestirredinacertaintime.Thencopper? trifluoroacetatewascharacterizedbyIRandTGA-DTA.Secondlythesynthesisofαα’-bissubsti tutedbenzylidenecycloalkanonescatalyzedbycopperIItrifluoroacetate.Investigatedtheamountofcatalystreactiontemperaturereactiontimeandmoleratioofreactantsontheeffectoftheproductsyieldseparately.Thereactionofbenzaldehydeandcyclohexanonewasusedasamodel.Theoptimalconditionswereshowedasfollows:amountofcatalystwas7moltheamountofbenzaldehydeasthebasereactiontemperaturewas90? reactiontimewas6handthemoleratioofbenzaldehydeandcyclohexanonewas2:1.1.Intheseconditionswesynthesizedaseriesofαα’-bissubstitutedbenzylidenecycloalkanonessuccessfully. Theyieldwasabove90.Meanwhilethecatalystactivitywasresearchedinthisreaction.Theresultshownthattheactivityofcopper? trifluoroacetatedidnotreduceobviouslyaccompanyingwiththereactioncarrying.Itcanbeusedfor4timesandtheyieldwasallabove辽宁石油化工大学硕士学位论文 IV70.TheproductionwascharacterizedbymeltingpointIRand1HNMRspectra.Thirdlythesynthesisof245-trisubstitutedmidazolescatalyzedbycopper? trifluoroacetate.Benzinebenzaldehydesandammoniumacetatewerechosenasamodelandtheoptimalconditionswereobtainedasfollowed:amountofcatalystwas1moltheamountofbenzaldehydesasthebasereactiontemperaturewas100? reactiontimewas2hthemoleratioofbenzineammoniumacetateandbenzaldehydewas1:5:1.Intheseconditionswesynthesizedaseriesof245-trisubstitutedmidazolessuccessfullyandcharacterizedbyIRand1HNMRspectra.Meanwhileweresearchedthecatalystactivityinthisreactionandfoundthattheactivityofcopper? trifluoroacetatedidnotreduce.Thecatalystcanbereusedformorethan6times.Theexperimentalresultsshowedthatcopper? trifluoroacetatewasanefficientcatalystinsynthesizingαα’-bissubstitutedbenzylidenecycloal kanonesand245-trisubstitutedmidazoles.Thismethodcanimprovetheyieldavoidseveralshortcomingssuchasenvironmentalpollutioncausedbysolventlowyieldhardtooperateandsoon.Socopper? trifluoroacetatewillbewidelyusedasanefficientLewiscatalystinorganicmulti-condensationreaction.KEYWORDS:KEYWORDS:KEYWORDS:KEYWORDS:Copper? trifluoroacetateαα’-Bissubstitutedbenzylidenecycloalkanones245-TrisubstitutedmidazolesMulti-condensationreaction辽宁石油化工大学硕士学位论文 V1111.....................................................................................................12222...................... .......................................................................32.1引 言..................................................................................................32.2铜盐的催化性能的 研究..................................................................32.3三氟乙酸盐在有机合成中的应用的 研究......................................42.4αα’-二亚苄基环烷酮的合成研 究...................................................52.4.1羟醛缩合反应 Aldolcondensation.............................................52.4.2反应机 理.......................................................................................52.4.3催化剂的研究...............................................................................82.4.4合成方法的研究.........................................................................112.5多取代咪唑的合成研究................................................................152.5.1反应机 理.....................................................................................152.5.2催化剂的研究.............................................................................162.5.3合成方法的研究.........................................................................182.5.4结束 语.........................................................................................213333...........................................................................................233.1催化剂的制 备................................................................................233.1.1主要的实验仪器和药品.............................................................233.1.2CuTFA2的合 成..........................................................................233.1.3CuTFA2的表 征..........................................................................233.2αα-二亚苄基环烷酮的合成..........................................................263.2.1主要的实验仪器和药 品.............................................................263.2.2主要的实验步 骤.........................................................................273.2.3结果与讨 论.................................................................................283.2.4其它αα’-二亚苄基环烷酮的合成.............................................323.2.5产物的表 征.................................................................................343.2.6结 论.............................................................................................343.3245-三取代基咪唑的合成............................................................353.3.1主要的实验仪器和药品.............................................................35辽宁石油化工大学硕士学位论文VI3.3.2主要的实验步骤.........................................................................363.3.3结果胩致?................................................................................363.3.4其它三取代基咪唑的合成.........................................................413.3.5产物的表 征.................................................................................433.3.6结 论.............................................................................................43........................................... ....................................................45........................................................................................ .......47.......................................................................................................53.......................... .............................................................................57...................................................59辽宁石油化工大学硕士学位论文11前言αα’-二亚苄基环烷酮类化合物是许多医用药品、农用化学品和香料的重要中间体1，也是制备某些具有非线性光学活性物质、细胞毒素类似物和液晶聚合体的重要原料，同时他们还是某些具有生物活性和药物活性的嘧啶衍生物的重要前躯体2。正是由于该类物质具有如此重要的作用，因此引起了广大化学工作者和药物工作者的极大兴趣。通常情况下，αα’-二亚苄基环烷酮类化合物是由环烷酮与芳香醛在强酸或者强碱的作用下经过羟醛缩合反应制得的，这些方法普遍存在着收率低，反应时间长等缺点，为了提高产物的收率和纯度，近年来，人们又对该反应的合成方法和催化剂性能做了大量的研究，已取得了一些成果。但是这些方法也或多或少的存在着试剂昂贵、反应时间长、不易操作、对环境不友好、收率比较低等缺点。与αα’-二亚苄基环烷酮类化合物相似，245-三取代基咪唑类化 合物也具有药物活性，是许多常用药物的中间体，常被用来制成除草剂、杀菌剂、镇痛剂、消炎药、抗血栓药3等药物。另外，取代咪唑能够提高光学活性，被用来制成各种光学镜片和液晶显示材料，同时，它们还具有很好的生物活性，因此被称为生物配体。但是该类物质主要存在于天然植物中，产量比较小，不能够满足人们日益增长的需要，因此对该类化合物的合成进行研究具有很高的学术价值和社会价值。总之，以上两类物质都具有很高的研究价值和社会价值，因此寻找一种简单有效的合成这两类物质的方法具有非常重要的意义。本文采用路易斯酸-三氟乙酸铜为催化剂成功的合成了这两类物质，取得了很好的效果。实验表明，对于有机多元缩合反应来讲，三氟乙酸铜是一种绿色高效的催化剂，必将在有机合成领域得到更好的推广和应用。辽宁石油化工大学硕士学位论文22文献综述2.1引言随着科学研究的不断深入，人们发现一些植物里所含的物质具有很好的药物活性和生物活性，如αα’-二亚苄基环烷酮类化合物和245-三取代基咪唑类化合物，被用来制成各种药物、香料和光学材料，正是因为它们有如此广泛的应用，人们才对这些化合物产生了浓厚的兴趣。由于植物中所含的该类化合物的数量有限，许多科技工作者曾尝试采用人工合成的方法合成此类物质，主要从催化剂、合成方法等方面进行了研究。但是很多方法都存在着一定的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，如使用有机溶剂、对环境不友好、收率低等，本文从节约资源、保护环境的角度出发，采用绿色环保的三氟乙酸铜作催化剂对以上几类化合物的合成过程进行了研究，取得了很好的结果。2.2铜盐的催化性能的研究铜作为一种典型的过渡金属，具有过渡金属的通性。同时，铜还具有其他过渡金属所不具有的优点，铜盐廉价易得，使用成本低，容易处理，不会对环境产生影响，并且铜盐对空气和水相对稳定，是制备路易斯酸催化剂的很好的选择。许多合成实验表明，铜的化合物具有很好的催化作用，能够有效的催化有机合成反应，加快反应速率，提高产物的收率，如CuCl2??H2O、CuOTf2、PVP-Cu的化合物、CuNO32等都曾被作为铜类催化剂使用，取得了令人满意的结果。Gohain4等人报道了分别用CuCl2??2H2O和CuSO4?5H2O做催化剂在微波辐射的条件下无溶剂催化合成二氢嘧啶-21H-酮类化合物的反应，他们将10mmol乙酰乙酸乙酯、10mmol苯甲醛和10mmol尿素混合，然后加入1mmolCuCl2??2H2O或1mmolCuSO4?5H2O，用微波辐射1.5min，得到了相应的二氢嘧啶-21H-酮类化合物。该方法可以将产物收率由原来的2050提高到8099，而反应时间却由原来的1848h减少到11.5min。并且该方法操作简单，对环境友好。Paraskar5等人用0.5molCuOTf2作催化剂，以乙腈作溶剂，在不同温度下反应一定时间，合成了一系列的34-二氢嘧啶-21H-酮类化合物，收率最高辽宁石油化工大学硕士学位论文3可达95。在该试验中，无论芳香醛含有吸电子基团还是供电子基团，都能取得很好的效果。实验证明CuOTf2是一种有效的可重复利用的催化剂。Yarapathi6等人用PVP-DVB和CuSO4?5H2O作原料，在水中反应半小时制得了聚4-乙烯基吡啶-二乙烯基苯-Cu，然后以此为催化剂合成了34-二氢嘧啶-2-酮，收率在70以上。实验证明催化剂聚4-乙烯基吡啶-二乙烯基苯-Cu可重复使用，其活性没有明显降低。2.3三氟乙酸盐在有机合成中的应用的研究三氟乙酸根具有很强的亲核性，能与许多金属形成化合物，是一种很好的不含氢的配体，从而在有机合成中成为具有良好前景的路易斯酸催化剂。自从1939年Swarts首次在生成氢氧化物的水溶液中制得了各种金属的三氟乙酸盐之后，许多化学工作者开始研究三氟乙酸根与不同金属离子之间的相互作用并且将这些金属的三氟乙酸盐应用于化合物的合成。例如， FeTFA3、HgTFA2、AgTFA、BiTFA3等都曾被用于催化有机合成反应，实验证明，与传统的路易斯酸催化剂相比，这类催化剂在水中稳定，其催化性能明显优于其他催化剂，显示出很好的催化效果。Adibi7等人将2mmol醛、2mmolβ-酮酯、3mmol尿素和5mol的FeTFA3混合，用70?油浴加热反应，一锅法合成了34-二氢嘧啶酮类化合物和14-二氢吡啶类化合物，收率可达8595。Wozniak8等人采用HgTFA2催化磷酸芳基锶的转化方法合成了对称磷酸。Yanagihara9等人用AgTFA和三氟甲烷磺酸银催化了苯甲醛和环己酮的反应制得了相应的化合物。Zhao10等人用三氟乙酸作前躯体采用MOD法制备了Yba2Cu3O7-δ膜。Khosropour11等人将BiTFA3固定在nbpyFeCl4上作催化剂，一锅法合成了46-二芳基嘧啶-21H-酮类化合物，收率可达80以上。虽然对铜盐的研究已经很多，但是有关三氟乙酸铜的研究却很少。已见报道的仅有S.A.Krupoder12等曾将三氟乙酸铜用于合成含铜薄膜的合成。目前为止，将三氟乙酸铜用于催化多元缩合反应还很少见到。辽宁石油化工大学硕士学位论文42.4αα’-二亚苄基环烷酮的合成研究2.4.1羟醛缩合反应AldolcondensationAldol反应被广泛地用于制备β-羟基醛、β-羟基酮或者是αβ-不饱和醛酮类化合物。典型的羟醛缩合反应是指含有α-H的醛或酮在碱或酸的催化作用下，在乙醇或乙醇-水作溶剂的体系中反应生成β-羟基酮或醛，有的β-羟基醛或酮在反应时就失水，有的在强酸或强碱作用下失水，生成αβ-不饱和醛或酮的反应，小分子的醛和酮也可在无溶剂的条件下进行反应。该反应主要是通过醛与酮的加成反应或者是加成-消去反应实现的。首先是进行一系列的加成反应(即醛醇化)制得β-羟基醛或β-羟基酮，然后通过脱水(Aldol缩合)得到αβ-不饱和醛酮。因此，羟醛缩合反应是合成αβ-不饱和醛和酮的一个很好方法。羟醛缩合反应分为自身缩合反应和混合交叉缩合反应(Claisen-Schmidt)，自身缩合反应是指反应在两分子相同的醛或酮之间进行的Aldol反应，而交叉缩合反应是指反应在两种不同醛或酮的分子之间进行的Aldol反应。克莱森-斯密特(Claisen-Schmidt)缩合反应主要是指:在碱的作用下，芳香醛与简单的脂肪醛或甲基酮缩合，生成β-芳基丙烯醛的反应。其实，克莱森-斯密特(Claisen-Schmidt)缩合反应作为一种交叉的羟醛缩合反应，反应历程与羟醛缩合反应是相同的。由于克莱森-斯密特(Claisen-Schmidt)缩合反应的产物双键不仅与羰基共轭，还与苯环共轭，故其稳定性比简单的脂肪醛自身醇醛缩合反应的产物要稳定，脂肪醛自身羟醛缩合反应在整个反应中不是一个重要的竞争反应。2.4.2反应机理羟醛缩合反应具体的反应机理如下所示:以CHCHO为例说明:32CH3CHO CH3CHCH2CHOOH-OH-H2OCH3CHCHCHO2CH3CHO CH3CHCH2CHOOH-H2OH碱催化的反应机理:辽宁石油化工大学硕士学位论文5首先是具有α-H的醛(酮)aaaa在羰基的作用下使得α位的H变得非常活泼，在碱的作用下容易失去该α-H变成亚甲基碳负离子bbbb，亚甲基碳负离子bbbb具有很强的亲核性，它能够进攻另一分子的醛(酮)中的羰基上的碳生成β-羟基醛(酮)eeee，然后在碱的作用下失去一分子水变为αβ-不饱和醛(酮)ffff。CH3CHO -CH2CHO CH2 C-H O-OH -H3C-C-HOH3C-C-O-CH2-C-HOH3C-COHC-C-HOH2OH-H2OCH3CHCH-C-HOaaaa bbbbccccddddHHHeeeeffff酸催化的反应机理:酸催化的反应机理与碱催化的不同，首先是醛aaaa在酸的作用下生成盐bbbb，盐存在一个含有碳正离子的共振式cccc，cccc脱去一个氢可以转变为烯醇结构dddd，dddd上的CC双键上的电子去进攻另一分 子bbbb，生成β-羟基盐eeee，eeee脱去氢离子得到β-羟基醛(酮)ffff，β-羟基醛或酮一般在酸性条件下发生脱水，因此ffff在失去一分子水后即可得到αβ-不饱和醛酮 gggg。CH3-C-CH3 CH3-C-CH3OCH3-C-CH3 OHOHHCH3-C CH2::::OHCH3-CCH3-C-CH3OHCH2-C-CH3OHOH-HCH3-CCH2-C-CH3OOH-Haaaa bbbbccccddddeeeeffffCH3CH3CH3-CCH-C-CH3OCH3gggg-H2O辽宁石油化工大学 硕士学位论文6在羟醛缩合中，转变成碳负离子的醛、酮称为亚基组分，提供羰基的称为羰基组分。没有α-H的醛、酮如甲醛、叔丁甲醛、芳香醛等只能作羰基组合，它们单独加碱催化时，不会发生自缩合反应。两种都具有α-H的不同醛或酮，既能自缩合，又能交叉缩合，最后可能生成四种产物的混合物。产物的分布随反应物结构和反应条件而变化。当醛与酮缩合时，醛作羰基组分，酮.