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第二節 多鹵代物的消除反應

多鹵代物主要指鄰二鹵代物、偕二鹵代物,1,3-二鹵代物。當然,還有三鹵代物、四鹵代物等。它們的結構不同,化學性質也各不相同。

鄰二鹵代烷脫鹵素,主要有兩種產物,一是生成烯,二是生成炔類化合物。鄰二鹵代烴消除鹵化氫可以生成烯,1,3-二鹵化物可以脫鹵素生成環丙烷衍生物。偕二鹵代物根據具體的分子結構不同,可以發生消除反應生成炔、鹵代烯烴或累積二烯等。這些化合物在有機合成、藥物及其中間體的合成中占有重要的地位。

一、鄰二鹵代烷脫鹵素生成烯

鄰二鹵代烷在金屬鋅、鎂、鋅-銅及少量碘化鉀存在下,在乙醇溶液中可脫去鹵素原子,生成烯烴,這時不發生異構化和重排副反應。90%~95%的乙醇可以很好地溶解二鹵代烷,但不容易溶解烯烴。由于烯烴的沸點較低,可直接從反應體系中蒸出,因此用此法可得到較高收率的烯烴。

鄰二鹵代物在鋅等存在下脫鹵素,也是反式共同面消除。例如1,2-二溴環己烷只有反式的容易脫溴,順式的兩個溴原子不能處于反式共平面的位置,因而脫溴困難。

例如醫藥、農藥及有機合成等中間體1-己烯的合成。

1-己烯(1-Hexene,Hexylene),C6H12,84.16。無色液體。bp 63.5℃。nD1.3837, 0.6731。溶于醇、醚、苯、石油醚、氯仿,不溶于水。

制法 段行信.實用精細有機合成手冊.北京:化學工業出版社,2000:39.

于安有攪拌器、溫度計、滴液漏斗和蒸餾裝置的1 L反應瓶中,加入90%的乙醇100 mL,鋅粉130 g,加熱至沸。移去熱源,慢慢滴加1,2-二溴己烷(2)408 g(1.68 mol),反應放熱,不斷蒸出生成的1-己烯。加完后繼續蒸餾10min。餾出物水洗,無水硫酸鈉干燥,分餾,收集61~63℃的餾分,得1-己烯(1),收率60%。

使用鋅粉時,甲醇、乙醇、乙酸都是常用的溶劑。

文獻報道,還原電位在-800 mV左右的金屬都具有脫鹵能力。可供選擇的金屬元素很多,如鋅、鎂、錫、銅、鐵、錳。鋁等。這些金屬穩定性較好,脫鹵素反應條件要求也較低。若在不含水的介質中,金屬鈉、鉀、鈣也可以使用,但這些金屬穩定性差,反應條件苛刻。最常用的還是鋅、鎂。

金屬通常以固體形式存在,而鄰二鹵化物則通常為液體或氣體,因而脫鹵反應為液-固相或氣-固相反應。鑒于此,金屬常常制成很細的粉末,為了使反應完全,往往金屬過量很多倍。為了提高金屬的反應活性,金屬表面常常需要活化,一般的方法是用酸處理,或用高反應活性的鹵化物激活金屬表面,也可以加入其他活化劑。也有加入助脫鹵劑的報道。有報道稱,在CF2BrCFClCH=CH2用鋅粉脫除Br、Cl時,加入少量ZnCl2,產品收率達88%,與不加ZnCl2相比,收率明顯提高。

又如含氟單體1,1-二氯-2,2-二氟乙烯的合成(林原斌,劉展鵬,陳紅飚.有機中間體的制備與合成.北京:科學出版社,2006:55)。

在如下反應中加入CuCl2,收率達85%~95%。

值得指出的是,并非加入助脫鹵劑對所有反應都有效。在如下反應中,用鋅粉脫氯,ZnCl2、HCl、草酸、丙酸等并不能提高脫氯效率,而鋅的粒度、用量和溫度才是決定因素。

鄰二鹵代烷最方便的合成方法通常是烯烴與鹵素的加成,因此,單純用此法制備烯烴并無太大實際意義。但它卻提供了一種保護雙鍵的方法。當需要在分子的其他部位進行反應而不影響碳碳雙鍵時,可將雙鍵轉化為鄰二鹵代物,而后在鋅存在下再脫去鹵素原子恢復雙鍵,該方法的特征是雙鍵位置很明確,這在有機合成中是很有意義的。例如4-膽甾烯-3-酮(9)的合成(黃憲,王彥廣,陳振初.新編有機合成化學.北京:化學工業出版社,2002:46)。反應中若直接將羥基氧化為羰基,則雙鍵會受影響,故采用了先使雙鍵溴化加成、再氧化羥基成羰基,而后再脫溴成烯的方法。

也可以使用其他脫鹵試劑。如高氯酸鉻(Ⅱ)與乙二胺的復合物、TiCl4/LiAlH4、VCl3/LiAlH4、Na/NH3(液)、t-BuLi/THF、(CH32CuLI/Et2O等。

二價鉻鹽在DMF水溶液中與乙二胺配合,室溫下與1,2-二鹵化物反應,幾乎定量地生成烯烴。例如:

二價鈦和二價釩可以分別由四氯化鈦和三氯化釩用氫化鋁鋰還原生成,用其進行1,2-二鹵化物的脫鹵素,可以高收率的得到烯烴。例如有機合成中間體1-辛烯的合成,1-辛烯為無色液體,常用作聚乙烯(PE)共聚單體及生產增塑劑、表面活性劑和合成潤滑油的原料。

又如1,2-二苯乙烯的合成:

烴基鋰、二烷基銅鋰使1,2-二鹵化物脫鹵成烯的反應實例如下。

于液氨中用金屬鈉可以脫鹵素生成烯。例如[Allred E L,Beck B R,Voorhees K J.J Org Chem,1974,39(10):1425]:

苯肼、CrCl2、DMF中的Na2S和LiAlH4也可以將1,2-鹵化物脫除鹵素生成烯。電化學誘導還原法也有報道。1,2-二鹵代烷與In或Sm金屬在甲醇中反應,與Grignard試劑和Ni(dppe)Cl2、與鎳化合物與Bu3SnH,或與SmI2反應,都能生成烯烴。

該方法的另一用途是合成累積二烯。例如由X—C—CX2—C—X或X—C—CXC—體系合成丙二烯。丙二烯用其他方法難以合成。例如(H N Cripps and E F Kiefer.Organic Syntheses,Coll Vol 5:22):

該類反應的試劑很多,對于不同的試劑,已經提出了各種不同的機理,包括碳正離子、碳負離子、自由基機理、還有協同反應機理等。

對于試劑鋅而言,有時是反式立體專一的,有時卻又不是。

二、鄰二鹵代烴、偕二鹵代物消除鹵化氫生成烯(芳烴)

鄰二鹵代烴在堿性條件下發生消除反應,可以脫去鹵化氫生成烯烴。根據鹵代烴的結構不同,反應機理也可能不同。例如非去極化型神經肌肉阻斷藥潘庫溴胺(Pancuronium bromide)、哌庫溴胺(Pipecuronium bromide)等的中間體2-溴丙烯的合成。

2-溴丙烯(2-Bromopropene),C3H5Br,120.98。無色液體。bp 48~49℃/99.5 kPa。溶于乙醇、乙醚、氯仿、二氯甲烷等,不溶于水。

制法 孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:361.

于安有攪拌器、回流冷凝器、溫度計的反應瓶中,加入500 mL 95%的乙醇,氫氧化鈉40 g(1 mol),水浴加熱攪拌至基本全溶。冷卻后加入1,2-二溴丙烷(2)202 g(1 mol),水浴加熱,保持回流狀態。當反應液沸騰溫度下降了3~4℃,維持1 h 不變,或反應液pH值降至6~7時,即為反應終點(約1.5 h)。蒸出沸點70℃以下的餾分,然后將餾出液分餾,收集40~50℃的餾分,得2-溴丙烯(1)65 g,收率54%。

又如抗炎藥雙氯芬酸鈉(Diclofenac sodium)中間體N-苯基-2,6-二氯苯胺的合成。

N-苯基-2,6-二氯苯胺N-Phenyl-2,6-dichloroaniline),C12H9Cl2N,238.10。黃色結晶性粉末。mp 49.5~50.7℃。

制法 ①孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:355.②田俊波,周文輝.石家莊化工,2000,3:11.

N-苯基-2,2,6,6-四氯環己亞胺(3):于安有攪拌器、溫度計的反應瓶中,加入2,2,6,6-四氯環己酮(2)100 g(0.424 mol),苯胺71 g(0.763 mol),冰醋酸200 mL,于45~50℃攪拌反應6 h。冷至室溫后,慢慢倒入300 mL冰水中,分出油層。水層用甲苯提取(50 mL×3),合并油層與甲苯層,依次用飽和碳酸氫鈉、飽和食鹽水、水洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓回收溶劑,得褐色油狀物,冷后固化。用甲醇重結晶,活性炭脫色,冷后析出黃色結晶。抽濾,干燥,得化合物(3)123 g,收率93.5%,mp 70~73℃。

N-苯基-2,6-二氯苯胺(1):于安有攪拌器、溫度計的反應瓶中,加入上述化合物(3)100 g(0.322 mol),DMF 10 mL,于135~137℃攪拌反應0.5 h。冷至室溫,加入甲苯300 mL,水150 mL,室溫攪拌30 min。分出有機層,水層用甲苯提取,合并有機層,水洗至中性,無水硫酸鈉干燥。減壓蒸出溶劑,剩余物冷卻后固化。用甲醇重結晶,活性炭脫色,冷后析出固體。過濾,干燥,得黃色結晶性粉末(1)74 g,收率96.5%,mp.51.5~53℃,文獻值49.5~50.7℃。

又如有機合成、藥物合成中間體2,3-二溴丙烯(10)的合成,(10)為重要的有機合成中間體。

1,2-二溴環己烷在異丙醇鈉作用下很容易生成共軛二烯1,3-環己二烯(林原斌,劉展鵬,陳紅飚.有機中間體的制備與合成.北京:科學出版社,2006:94.)。1,3-環己二烯為Diels-Alder反應中很有用的中間體。

如下偕二鹵化物脫去鹵化氫生成累積二烯類化合物(Skatteb L,Solomon S.Org Synth,1973,Coll Vol 5:306)。

上述反應提供了一種合成增加一個碳原子的環狀二烯的方法。當然,由于累積二烯是直線型結構,所以,該方法更適合于大環化合物的合成。

三、鄰二鹵代物或偕二鹵代物脫鹵化氫生成炔

鄰二鹵代烷或偕二鹵代烷在一定的條件下先脫去一分子鹵化氫生成乙烯型鹵代烴,后者必須在更強烈條件下(強堿、高溫)才能再脫去另一分子鹵化氫,生成炔。

鄰二鹵代物,偕二鹵代物和鹵乙烯衍生物脫鹵化氫是制備炔烴的方法之一。鹵化物的消除仍是反式消除較容易。所用的堿常是氫氧化鉀的醇溶液或氨基鈉。

第一步脫鹵化氫較容易,但生成的乙烯基鹵,由于鹵原子與烯鍵形成p-π共軛體系,活性降低,所以第二步脫鹵化氫應使用更強的堿,或更高的反應溫度。使用氨基鈉時,有利于生成端基炔。10-十一炔酸的合成如下(Furniss B S,Hannaford A J,Rogers V,et al.Vogel’s Textbook of Practical Chemistry. Longman London and New York.Fourth edition,1978:346):

氯代反丁烯二酸脫鹵化氫生成丁炔二酸的速率比順式異構體快48倍,表明反式消除比順式消除容易得多。

丁炔二酸是醫藥中間體,為用于生產解毒藥二巰基丁二酸鈉(Sodium Dimercaptosucinate)的中間體。也可以用如下方法來合成。

丁炔二酸(But-2-ynedioic acid),C4H2O4,114.06。無色結晶,有強酸性。mp175~177℃。

制法 樊能廷.有機合成事典.北京:北京理工大學出版社,1992:572.

于安有攪拌器、回流冷凝器的2 L反應瓶中,加入氫氧化鉀122 g(2.2 mol),95%的甲醇700 mL,攪拌使之溶解。慢慢加入αβ-二溴丁二酸(2)100 g(0.36 mol),加熱回流1.5 h。冷卻抽濾。濾餅用甲醇充分洗滌,干燥后得144~150 g混合鹽。將混合鹽溶于270 mL水中,加入由30 mL水和8 mL濃硫酸配成的稀酸,丁炔二酸單鉀鹽析出,放置過夜。抽濾,將酸式鹽溶于60 mL濃硫酸與240 mL水配成的稀酸中,用乙醚提取(100 mL×5)。合并乙醚提取液,蒸去乙醚,得丁炔二酸水合物。于盛有濃硫酸的干燥器中真空干燥,得丁炔二酸(1)30~36 g,收率73%~88%,mp175~177℃。

重要的有機合成中間體苯乙炔的合成如下。

苯乙炔(Phenylacetylene),C8H6,102.14。無色液體。mp -44.8℃,bp 142.4℃,75℃/12 kPa,39℃/2 kPa。 0.9300, 1.5489.。與乙醇、乙醚等混溶,不溶于水。

制法

方法1 Furniss B S,Hannaford A J,Rogers V,et al.Vogel’s Textbook of Practical Chemistry.Longman London and New York.Fourth edition,1978:348.

αβ-二溴苯乙烷(3):于安有攪拌器、滴液漏斗的反應瓶中,加入新蒸餾的苯乙烯(2)208 g(2.0 mol),干燥的氯仿200 mL,冰水浴冷卻。慢慢滴加320 g(103 mL,2.0 mol)干燥的溴溶于200 mL氯仿配成的溶液,滴加速度控制在滴進溴后由紅色變為黃色。加完后繼續攪拌反應20 min。水浴加熱蒸出氯仿,得粗品αβ-二溴苯乙烷(3)510 g,收率97%。不必提純直接用于下步反應。

苯乙炔(1):于安有攪拌器的5 L Dewar瓶中,加入液氨3 L,加入1.5 g硝酸鐵,5 g除去表面氧化物的金屬鈉。2 min后,于30 min左右分批加入160 g金屬鈉(切成小塊)。加完后放置,直至深藍色的反應混合物變成淺灰色(約20 min)。慢慢滴加(2)510 g溶于1.5 L無水乙醚配成的溶液,約2 h加完。加完后放置4 h。加入180 g粉狀的氯化銨以分解堿性物質,再加入500 mL乙醚,繼續攪拌數分鐘。將反應物倒出,使氨揮發。再加入乙醚。過濾,濾出的無機鹽用乙醚洗滌,保存濾液。將濾出的無機鹽溶于水,用乙醚提取。合并濾液與乙醚提取液,以稀硫酸洗滌,直至對剛果紅試紙呈酸性,而后水洗,無水硫酸鎂干燥。蒸出乙醚,分餾,收集142~143℃的餾分,得苯乙炔(1)156 g,收率79%。

方法2 孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:350.

β-溴代苯乙烯(4):于安有攪拌器的500 mL反應瓶中,加入肉桂酸(2)74 g(0.5 mol),氯仿300 mL,加熱溶解。攪拌下冰水浴冷卻,很快結晶析出。將80 g溴溶于50 mL氯仿的溶液分三次加入反應瓶中,劇烈攪拌并冷卻。加完后于冰水浴中放置30 min。抽濾,得到2,3-二溴-3-苯基丙酸(3),mp 204℃(分解)。化合物(3)與750 mL 10%的碳酸鈉水溶液一起加熱回流。冷后分出有機層,水層用乙醚提取(100 mL×2),合并有機層與乙醚提取液,無水氯化鈣干燥,蒸出乙醚,得β-溴代苯乙烯(4)約68 g。

苯乙炔(1):于安有蒸餾裝置。滴液漏斗的500 mL反應瓶中,加入固體氫氧化鉀100 g,加入約2 mL水。油浴加熱至200℃,使堿熔融。滴加上面得到的β-溴代苯乙烯(4)到熔融的堿中,滴加速度約每秒1滴。苯乙炔蒸出,慢慢將浴溫升至220℃,并保持在220℃左右滴加完畢。而后升溫至230℃,直至無產物蒸出。分出上層餾出液,固體氫氧化鉀干燥,并重新蒸餾,收集142~144℃的餾分,得苯乙炔(1)25 g,收率49%。

間氨基苯乙炔(11)是新型抗腫瘤藥物鹽酸厄洛替尼(Erlotinib hydrochloride)的關鍵中間體,其一條合成路線如下[張俊,李星,孫麗文,朱錦桃.中國醫藥工業雜志,2012,43(10):812]:

上述反應中,脫溴、脫羧反應生成(Z)-型異構體,反應的大致過程如下。

反應條件取決于二鹵化物的結構。若鹵原子和β-H都較活潑,可在較溫和的條件下發生消除反應,相反,若鹵原子和β-H的活性較差,則應在強堿存在下采用較高的反應溫度進行消除反應。例如中樞興奮藥洛貝林(Lobeline)中間體(12)的合成,反應只需在氫氧化鉀存在下于乙醇中回流即可得到相應的產物。

抗真菌藥特比萘芬(Terbinafine)等的中間體叔丁基乙炔的合成如下。

叔丁基乙炔tert-Butylacetylene,3,3-Dimethyl-1-butyne),C6H10,82.15。無色液體,bp 37℃, 1.3751。溶于乙醇、乙醚、氯仿、乙酸乙酯,不溶于水。

制法 孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:352.

于安有攪拌器、滴液漏斗、冷凝器的反應瓶中(冷凝管中通入50℃的溫水,上端安裝蒸餾裝置)加入氫氧化鉀115 g(2 mol),DMSO 200 mL,油浴加熱至140℃,攪拌下滴加1,1-二氯-3,3-二甲基丁烷(2)77.5 g(0.5 mol),約2 h加完,隨時蒸出生成的產物。加完后再在140~170℃攪拌反應10 h,得粗產品32 g,蒸餾后得叔丁基乙炔(1)26 g,收率63.4%,bp 37℃, 1.3751。

品那酮用PCl5處理生成偕二氯化物,后者脫氯化氫也可以生成叔丁基乙炔。

酮與五氯化磷反應可以轉化為偕二鹵化物,后者在堿存在下可以生成炔,從而提供了由酮合成炔的一種方法。

新藥開發中間體對氯苯乙炔(13)的合成方法如下:

又如抗艾滋病藥物依法韋侖(Efavirenz)中間體環丙基乙炔的合成。

環丙基乙炔 (Cyclopropyl acetylene),C5H6,66.10。無色液體。bp 52~53℃。

制法 Winfrid Schoberth,Michael Hanack.Synthesis,1972:703.

1,1-二氯-1-環丙基乙烷(3):于反應瓶中加入甲基環丙基酮(2)37.2 g(0.443 mol),四氯化碳 350 mL,冷至5℃,加入五氯化磷104.1 g(0.5 mol),反應結束后,按照通常方法處理,減壓蒸餾,收集52~53℃/6.30 kPa的餾分,得化合物(3)39.4 g,收率64%。

環丙基乙炔(1):于反應瓶中加入化合物(3)30.0 g(0.215 mol),二甲亞砜150 mL,于-80℃用叔丁醇鉀49.5 g(0.555 mol)處理,得化合物(1),4.8 g,收率34%。

實驗中發現,在高溫下氫氧化鉀會使鏈端的三鍵向中間轉移:

因此,用氫氧化鉀脫鹵化氫的應用范圍,一般限于制備非端基炔或不可能發生異構化的情況,而堿性更強的氨基鈉,卻使三鍵從鏈的中間移向鏈端。

因此,氨基鈉是由相應的二鹵代烷制備端基炔的常用試劑。

炔烴的異構化可能是經過累積二烯而進行的:

鄰二鹵代物可由相應的烯與鹵素反應來得到。例如心臟病治療藥普尼拉明(Prenvlamine)、香料中間體苯丙炔酸的合成。

苯丙炔酸(Phenylpropiolic acid),C9H6O2,146.15。結晶性固體,mp 135~136℃。溶于乙醇,不溶于水。

制法 孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:352.

于安有攪拌器、回流冷凝器的反應瓶中,加入95%的乙醇1.2 L,氫氧化鉀252 g(4.5 mol),攪拌溶解。冷至40~50℃,加入αβ-二溴-β-苯基丙酸乙酯(2)336 g(1 mol),反應平穩后,加熱回流5 h。冷卻,濾出沉淀(保留),濾液用濃鹽酸調至中性,再濾出沉淀(保留),常壓蒸餾回收乙醇。將剩余物與上面濾出的沉淀(3)合并,溶于800 mL水中,再加碎冰至約1.8 L。冰水浴中用20%的硫酸調至強酸性,析出淡棕色固體,抽濾,用2%的稀硫酸洗滌。將濾出的固體溶于1.5 L 5%的碳酸鈉中,活性炭脫色,抽濾,冷后加碎冰200 g。用20%的硫酸調至強酸性,析出固體,抽濾,依次用2%的硫酸、水洗滌,真空干燥器中干燥,得苯丙炔酸(1)115 g,收率79%。用四氯化碳重結晶,得純品70 g,mp.135~136℃。

又如蘋婆酸、一些保健品、減肥藥的中間體硬脂炔酸 [9-十八(碳)炔酸](14)的合成(Khan N A,Deatherage F E and Brown J B,Org Synth,1963,Coll Vol 4:851):

而對于αβ-不飽和羧酸來說,生成的αβ-二溴羧酸處于β-位的溴很容易脫去,同時失去二氧化碳,生成乙烯型溴化物,后者在氫氧化鉀作用下再脫去溴化氫生成炔類化合物。

在氨基鈉-液氨中,由苯乙烯制備的二溴苯乙烷脫溴化氫,可制備苯乙炔。

炔丙醛縮二乙醇是重要的有機合成中間體,在天然產物甾族化合物、雜環化合物的合成中有重要的用途。可以用如下方法來合成。該方法采用了相轉移催化劑,避免了二溴化物消除成烯的副反應,而且相轉移催化劑可以回收再利用。

炔丙醛縮二乙醇(Propiolaldehyole diethylacetal,3,3-Diethoxy-1-propyne),C7H12O,128.17。無色液體。bp 138~139℃,95~96℃/22.61 kPa。溶于乙醇、氯仿、丙酮、苯,不溶于水。

制法 Coq A L,Gorgues A.Org Synth,1988,Coll Vol 6:954.

2,3-二溴丙醛縮二乙醇(3):于安有攪拌器、溫度計、滴液漏斗的反應瓶中,加入新蒸餾的丙烯醛(2)28 g(0.5 mol),冰鹽浴冷至0℃,滴加溴80 g(0.5 mol),控制內溫在0~5℃,約1 h加完。而后滴加新蒸餾的原甲酸三乙酯80 g(0.54 mol)與65 mL無水乙醇的混合液,約15 min加完。加完后于45℃反應3 h。減壓濃縮,剩余物減壓分餾,收集113~115℃/1.46 kPa 的餾分,得淡黃色液體2,3-二溴丙醛縮二乙醇(3)107~112 g,收率74%~77%。

炔丙醛縮二乙醇(1):于安有攪拌器、溫度計、滴液漏斗的反應瓶中,加入四丁基硫酸氫銨100 g(0.3 mol),水20 mL,攪拌下加入上述二溴化物(3)29 g(0.1 mol)與75 mL戊烷的溶液,冷至10~15℃,滴加冷的60 g(1.5 mol)氫氧化鈉溶于65 mL水的溶液,約10 min加完。加完后繼續攪拌回流反應10~20 min.而后室溫反應2 h。冷至5℃,攪拌下滴加120 mL冷至5℃以下的25%的硫酸。加完后停止攪拌,靜置30 min。分出有機層,水層過濾除去硫酸鈉后用戊烷提取3次。水層可回收催化劑(減壓濃縮至干,再用乙酸乙酯重結晶)。合并有機層,無水硫酸鈉干燥,濃縮,減壓蒸餾,收集95~96℃/22.61 kPa的餾分,得炔丙醛縮二乙醇(1)7.8~8.6 g,收率61%~67%。

丙炔腈是急性白血病治療藥物阿糖胞苷(Cytarabine)、鹽酸環胞苷(Cyclocytidine hydrochloride)等中間體,可以由丙烯腈的溴化、脫溴化氫來制備。由于分子中含有氰基,不能用堿進行消除,而是采用高溫裂解的方法消除溴化氫。

丙炔腈(Cyanoacetylene,Propynonitrile),C3HN,51.05。無色液體。mp 5℃,bp 42.5℃。 0.8167,1.3868。與乙醇、乙醚等混溶,難溶于水。暴露于空氣及遇光時易分解。

制法 孫昌俊,曹曉冉,王秀菊.藥物合成反應——理論與實踐.北京:化學工業出版社,2007:362.

αβ-二溴丙腈(3):于安有攪拌器、溫度計、滴液漏斗的反應中,加入丙烯腈(2)100 g(1.89 mol),攪拌下冷卻至15℃,用200W燈泡照射反應瓶,慢慢滴加溴素302 g。控制滴加速度使內溫不超過30℃.加完后繼續攪拌反應直至溴的顏色褪去為止。減壓蒸餾,收集105~112℃/2.66 kPa的餾分,得αβ-二溴丙腈(3),收率85%。

丙炔腈(1):將硅碳管加熱并調整至570℃,系統壓力為2.67 kPa,接受器用干冰冷卻至-50℃,慢慢滴加化合物(3)。經裂解生成溴化氫氣體和丙炔腈。生成的丙炔腈在接受器中固化。將固化物于冷水浴融化后,減壓蒸餾,收集42~45℃/2.67 kPa的餾分,得丙炔腈(1),收率50%。

丙炔腈也可通過丙炔醇氧化、肟化、脫水來制備,反應式如下。

乙烯型鹵化物在氨基鈉等強堿作用下,脫去鹵化氫可生成炔烴:

1,1-二鹵-1-烯烴可以由多種方法制得,與丁基鋰反應,繼而水解,可生成末端炔;若與氨基鋰反應則得到1-鹵-1-炔烴(E J Corey and P L Fuchs.Tetrahedron Lett,1972,36:3772)。

又如如下反應(Wang Z,Yin J G,Fortunak J M,et al.U S 6288297.2001):

1,1-二氯-1-烯烴用二乙基氨基鋰處理,可以生成1-氯-1-炔。

如下反應則使用芐基三甲基氫氧化銨作堿性試劑,高收率地生成1-溴-1-炔。

若1,1-二鹵-1-烯與2 mol的丁基鋰反應,而后再與CO2反應,則可以生成2-炔酸。例如:

四、1,3-二鹵化物脫鹵素生成環丙烷衍生物

早在1882年,Freud用金屬鈉處理1,3-二溴丙烷,就得到了環丙烷。后來Gustavson使用鋅并提高Freud法的反應溫度,不僅收率提高,而且合成了帶有取代基的環丙烷衍生物。該反應只適合于伯或仲鹵代烷,不適于叔鹵代烷。因為叔鹵代烷容易發生消除反應。

后來,Bartleson發現,在低溫條件下可以使用叔鹵代烷,實現了鋅存在下叔鹵代烷合成有取代基的環丙烷衍生物。

Hass研究發現,在Gustavson法中,使用1,3-二溴化物與鋅反應時,加入碘化鈉,環丙烷的收率有很大提高。

金屬鎂也可用于該類反應。

1,3-二鹵代物在Zn、Mg存在下脫去氯素生成環丙烷。例如:

例如有機合成中間體環丙基苯的合成。

環丙基苯(Cyclopropylbenzene,Phenylcyclopropane),C9H10,118.18。無色液體。bp 171~173℃, 1.5306。溶于苯、氯仿、乙酸乙酯,不溶于水。

制法 Thomas F C,Roger C H,et al.Org Synth,1973,Coll Vol 5:328.

αγ-二溴丙基苯(3):于安有攪拌器、回流冷凝器的5 L反應瓶中,加入1-溴-3-苯基丙烷(2)199 g(1.0 mol),NBS 187 g(1.05 mol),過氧化苯甲酰3 g,四氯化碳1.2 L。攪拌下加熱回流,直至反應引發。注意反應引發后會劇烈反應,應事先準備好冰水浴,隨時準備進行冷卻,以防反應過于劇烈而沖料。劇烈反應過后,若仍有NBS存在,可繼續回流反應直至無溴化氫逸出為止。冷卻,抽濾,濾渣用四氯化碳充分洗滌。合并濾液和洗滌液。減壓蒸出溶劑,得橙黃色液體αγ-二溴丙基苯(3),收率幾乎100%。

環丙基苯(1):于安有攪拌器、溫度計、回流冷凝器、滴液漏斗的反應瓶中,加入新蒸餾的DMF 500 mL,鋅-銅齊131 g(2.0 mol),冰水浴冷至7℃,攪拌下滴加上述化合物(3),控制滴加速度,以保持反應液溫度在7~9℃為宜。加完后繼續反應30 min。將反應液倒入1 L水中,進行水蒸氣蒸餾,直至無油狀物為止,約收集餾出液1 L。將餾出液冷卻,分出有機層。水層用乙醚提取三次。合并有機相,無水碳酸鈉干燥,蒸出乙醚后,繼續蒸餾,收集170~175℃的餾分,得環丙基苯(1)88~100 g,收率75%~85%。

環丙基溴(15)是合成喹諾酮類抗菌藥環丙沙星(Ciprofloxacin)等的中間體,其一條合成路線就是采用這種方法,不過使用的堿是甲基鋰。

1,1,2-三甲基環丙烷的合成如下。

采用類似的方法可以實現如下反應。

五、其他鹵化物的消除反應

β-鹵代醇在一些金屬或金屬鹽的催化下可以消除次鹵酸生成烯烴。其中β-碘代醇的收率較高。該反應的特點是反式消除(詳見本書第三章第四節)。

與1,2-二鹵代物與鋅粉反應生成烯類化合物一樣,1,1,2,2-四鹵代二芳基乙烷在鋅粉存在下加熱,可以生成二芳基乙炔類化合物。

如下1,2-二氯代烯類化合物與鋅粉反應也可以生成炔類化合物。

乙氧基乙炔是維生素A的重要中間體,可以用如下方法來合成。

乙氧基乙炔(Ethoxyacetylene),C4H6O,70.09。無色液體。bp 49~51℃/99.62 kPa。

制法 林原斌,劉展鵬,陳紅飚.有機中間體的制備與合成.北京:科學出版社,2006:106.

于反應瓶中加入液氨500 mL,水合硝酸鐵0.5 g,而后加入新切成小塊的金屬鈉38 g(1.65 mol)。待金屬鈉反應完后,滴加氯乙醛縮二乙醇(2)76.5 g(0.502 mol),約20 min加完。氮氣氣氛下將氨揮發。冷至-70℃,劇烈攪拌下,一次加入冷至-20℃的飽和氯化銨溶液325 mL。蒸餾,接受瓶用干冰冷卻。接受液用飽和磷酸二氫鈉中和,水層用干冰浴冷凍成冰,倒出有機層,無水氯化鈣干燥。過濾,蒸餾,收集49~51℃/99.62 kPa的餾分,得化合物(1)20~21.2 g,收率56%~61%。

鹵代亞烴基丙二酸發生脫羧脫鹵消除反應,可以生成αβ-炔酸。例如治療艾滋病藥物依法韋侖(Efavirenz)的中間體環丙基丙炔酸(16)的合成。

三氯氧磷也可以將酮羰基轉化為乙烯基氯化物,后者脫氯化氫生成炔。例如降血脂藥匹伐他汀鈣(Pitavastatin calcium)的重要中間體環丙基炔丙酸乙酯的合成。

環丙基丙炔酸乙酯(Ethyl cyclopropylpropiolate),C8H10O2,138.16。無色液體。bp 87~95℃/1.33 kPa。

制法 ①Osmo H.Org Synth,1993,Coll Vol 8:247.②林原斌,劉展鵬,陳紅飆.有機中間體的制備與合成.北京:科學出版社,2006:111.

2-氯-2-環丙基乙烯-1,1-二甲酸二乙酯(3):于安有攪拌器、回流冷凝器、滴液漏斗的反應瓶中,加入環丙酰基丙二酸二乙酯(2)166 g(0.76 mol),三氯氧磷500 g,水浴冷卻,慢慢滴加三丁胺135 g(0.73 mol),注意反應放熱。加完后加熱至110℃攪拌反應5~6 h。減壓蒸出三氯氧磷。剩余物冷后加入無水乙醚300 mL,再加入己烷直至出現兩相。于分液漏斗中劇烈搖動,分出上層清液,下層用乙醚提取三次。合并乙醚層,依次用冷的10%的鹽酸300 mL、5%的氫氧化鈉溶液200 mL洗滌,蒸出乙醚,得化合物(3)136~156 g,收率70%~87%。直接用于下一反應。

2-氯-2-環丙基乙烯-1,1-二甲酸單乙酯(4):于安有磁力攪拌的反應瓶中,加入上述化合物(3)及95%的乙醇100 mL,攪拌下滴加由29.4 g(0.52 mol)氫氧化鉀與350 mL 95%的乙醇配成的溶液。加完后繼續攪拌反應3 h,直至pH7~8。減壓濃縮。加入360 mL水溶解,乙醚提取(乙醚層棄去)。水層加入碎冰200 g,鹽酸酸化。乙醚提取3次,每次用乙醚約300 mL。合并乙醚層,無水硫酸鈉干燥,蒸出乙醚,得粗品(4)72~74 g,收率70%~80%。不必提純直接用于下一步反應。

環丙基炔丙酸乙酯(1):于安有磁力攪拌的反應瓶中,加入上述化合物(4)90 g,三乙胺63 mL,甲苯200 mL,油浴加熱攪拌反應至90℃,約需24 h,直至無二氧化碳放出為止。冷至室溫,依次用10%的鹽酸300 mL、5%的碳酸鈉溶液300 mL洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓濃縮后,減壓分餾,收集87~95℃/1.33 kPa的餾分,得環丙基炔丙酸乙酯(1)30~46 g,收率66%~78%。總收率33%~54%。

β-氯代醚特別是2-氯甲基四氫呋喃和2-氯甲基四氫吡喃是很容易得到的原料,它們用強堿處理可以得到用其他方法難以得到的炔醇類化合物。詳見本書第四章第二節。

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