三氟甲磺酸锌催化下酰基叠氮化合物的合成*

孔黎春, 胡洁玲, 张龙峰

(浙江师范大学 化学与生命科学学院,浙江 金华 321004)

有机叠氮化合物很早就引起了人们的极大注意，原因在于它的合成和性质都有显著特点:合成方法多而新颖,产率颇高，用途极其广泛.一方面它可以用于合成多种杂环化合物[1]及其他化合物；另一方面,有些叠氮化合物本身就可作为重要的药物，例如ATZ(3′-叠氮-3-脱氧胸苷)[2]等是目前抗艾滋病的优良药物，全世界推广使用，发展极为迅速.而酰基叠氮化合物是重要的有机叠氮化合物之一,是一种重要的有机合成中间体，可用于制备酰胺、合成杂环化合物，经Curtius重排形成异氰酸酯并由其合成胺、氨基甲酸酯和脲等，这些化合物的重要应用之一是作为肽键形成的活化剂[3].

三氟甲磺酸锌作为一种高效的Lewis酸催化剂在近年来也有广泛的应用.例如:在沙坦类药物关键中间体2-(1-氢-四唑)-4′-甲基联苯的合成过程中作为催化剂的使用，使反应温度降低，反应时间大大缩短[4];在手性化合物(2R,6R)-2,6-二羟乙基吡啶合成过程中作为重要催化剂的使用[5];在其他一些旋光性化合物的合成中也有所应用[6].

2007年Katritzky等[7]报道了一种新的合成酰基叠氮化合物的方法，即用酰基苯并三唑、叠氮化钠与溶剂的混合体系在室温下搅拌一定的时间制取相应的酰基叠氮化合物.但该方法反应时间过长，反应不充分，需要用柱色谱分离提纯产物，而酰基叠氮化合物在分离过程中极易分解.笔者尝试加入Lewis酸——三氟甲磺酸锌作催化剂以提高该反应的效率，使其更具有应用价值.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Electrothermal型数字熔点测定仪(温度计未校正)；NEXUS 670-FTIR型红外光谱仪，KBr压片或盐窗； Bruker AV 400型核磁共振仪(CDCl3或D2O为溶剂,TMS为内标).

GF254薄层层析用硅胶(青岛海洋化工有限公司)；各种酰基苯并三唑自制；其他试剂均为分析纯试剂.

1.2 酰基叠氮化合物的合成

反应流程见图1.

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图1 酰基叠氮化合物的合成

以苯甲酰基叠氮(2a，见表1)的合成为例:

圆底烧瓶中加入苯甲酰基苯并三唑(1a)223 mg(1 mmol)和三氟甲磺酸锌22 mg(0.06 mmol)，用乙酸乙酯溶解后，放在磁力搅拌器上搅拌;另取叠氮化钠195 mg(3 mmol)，溶入2 mL水中，搅拌下逐滴加入苯甲酰基苯并三唑溶液中，之后搅拌一定时间至反应完全(用薄层色谱法跟踪检测).反应完全后减压蒸除大部分溶剂，加入约30 mL无水乙醚萃取，依次用稀碳酸钠溶液、饱和NaCl溶液洗，再用无水硫酸钠干燥，在旋转蒸发仪上减压蒸除乙醚，即得到苯甲酰基叠氮(2a).

分别以1b-1j(见表1)代替1a，用类似的方法合成产物2b-2j.产物结构经红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)确定.

实验原料1a-1j均以文献[9-10]的方法制备.

2 结果与讨论

实验结果如表1所示.

产物2a-2j的IR和NMR数据如下：

2a IRν(KBr)/cm-1:3 041,2 927,2 135,1 697,1 600,1 241.1H NMRδ/ppm:8.04(2H,d,J=7.6 Hz),7.60～7.64(1H,m),7.44～7.48(2H,m).

2b IRν(KBr)/cm-1:3 008,2 925,2 856,2 134,1 693,1 609,1 255.1H NMRδ/ppm:7.91(2H,d,J=8.0 Hz),7.25(2H,d,J=8.0 Hz),2.42(3H,s).

2c IRν(KBr)/cm-1:2 924,2 848,2 138,1 681,1 600,1 250.1H NMRδ/ppm:7.99(2H,d,J=8.4 Hz),6.91(2H,d,J=8.4 Hz),3.86(3H,s).

表1 酰基苯并三唑与叠氮化钠反应合成酰基叠氮化合物

2d IRν(KBr)/cm-1:2 918,2 177,2 135,1 681,1 650,1 637,1 259.1H NMRδ/ppm:7.96(2H,d,J=8.8 Hz),7.44(2H,d,J=8.8 Hz).

2e IRν(KBr)/cm-1:3 028,2 136,1 681,1 636,1 610,1 250.1H NMRδ/ppm:7.92(2H,d,J=8.4 Hz),7.63(2H,d,J=8.4 Hz).

2f IRν(KBr)/cm-1:3 090,2 918,2 141,1 695,1 638,1 606,1 235.1H NMRδ/ppm:8.32(2H,d,J=8.8 Hz),8.20(2H,d,J=8.8 Hz).

2g IRν(KBr)/cm-1:3 025,2 854,2 140,1 697,1 636,1 586,1 238.1H NMRδ/ppm:8.01(1H,s),7.90～7.92(1H,m),7.57～7.58(1H,m),7.39～7.43(1H,m).

2h IRν(KBr)/cm-1:3 092,2 846,2 204,2 145,1 686,1 617,1 530,1 260.1H NMRδ/ppm:8.87(1H,s),8.47～8.49(1H,m),8.36～8.39(1H,m),7.67～7.72(1H,m).

2i IRν(KBr)/cm-1:3 092,2 846,2 204,2 145,1 686,1 617,1 530,1 260.1H NMRδ/ppm:8.87(1H,s),8.47～8.49(1H,m),8.36～8.39(1H,m),7.67～7.72(1H,m).

2j IRν(KBr)/cm-1:3 067,2 926,2 325,2 127,1 595,1 371.1H NMRδ/ppm:2.01～2.07(3H,m),1.83～1.86(6H,m),1.64～1.74(6H,m).13C NMR(100 MHz)δ/ppm:185.3,45.2,38.5,36.3,27.8.

2.1 反应介质对反应的影响

本实验用二氯甲烷和水混合溶剂时，长时间的反应不利于产物的生成.而选用乙酸乙酯和水混合溶剂，不仅经济易得，而且反应效果好.

2.2 反应温度对反应的影响

该反应在室温下进行即可.笔者也曾根据文献[7]尝试在5～10 ℃水浴条件下进行反应，发现这样反应时间很长，但产率并没有很大地提高.因此，室温条件更加优越.

2.3 催化剂对反应的影响

实验发现，三氟甲磺酸锌对该反应的催化效果很好，它不仅大大地加快了反应速率、提高了反应产率，更使一些原来难以用此路线合成的酰基叠氮化合物也能很好地合成.例如：三氟甲磺酸锌的加入,使原来制取苯甲酰叠氮需要16 h[7]缩短为5 min；其他一些酰基叠氮化合物的制取也分别由十几小时缩短至1 h以内，而且反应更为完全；邻氯苯甲酰基苯并三唑由于羰基与氯相邻，空间位阻较大，难以通过不加催化剂的方法合成目标产物，而加了催化剂后就可以很好地得到相应的酰基叠氮化合物.以苯甲酰基叠氮 (2a)的合成为例比较三氟甲磺酸锌的催化效果，实验结果见表2.

表2 三氟甲磺酸锌对合成酰基叠氮化合物的影响

笔者推测该反应速度加快的机理为:三氟甲磺酸锌中的锌离子与酰基苯并三唑的羰基氧的孤对电子络合，使羰基碳上的电子云密度降低，因此叠氮负离子更容易进攻羰基碳,从而使反应速率大大加快.

3 结 论

以三氟甲磺酸锌为催化剂，用酰基苯并三唑与叠氮化钠反应,这种新方法实现了酰基叠氮化合物的制备.该方法具有原料易制备和保存、产率高、反应速度快、反应条件温和及后处理简单等特点.

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