《武汉工程大学学报》 2015年07期
16-18
出版日期：2015-07-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
一种大剂量制备ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂的方法
０ 引 言有机锌试剂最早是由Ｆｒａｎｋｌａｎｄ在１８４９年发现的，他在研究ＥｔＩ与锌粉的反应时发现生成了Ｅｔ２Ｚｎ及ＥｔＺｎＩ，见反应式（１）. ３EtI+3Zn→３Et2Zn+EtZnI+ZnI2（１）直到１９００年Ｇｒｉｇｎａｒｄ发现格氏试剂以前，锌试剂还是有机化学家形成碳－碳键的好方法. 由于格氏试剂的活性更好，和亲电试剂反应后的产物的产率更高，锌试剂在其后的一段时间几乎被忽视. 然而一些反应，如Ｒｅｆｏｒｍａｔｓｋｙ［１］反应和Ｓｉｍｍｏｎｓ－Ｓｍｉｔｈ［２］反应依然必须在有机锌试剂的存在下进行.有机锌试剂倾向于和过渡金属作用而发生转金属化反应，所生成的这些过渡金属中间体有着很高的活性，从而可以与很多亲电试剂高效地进行反应.这是因为相对于Ｚｎ的ｄ轨道而言，这些过渡金属的ｄ轨道能量要低，可以发生多种途径的反应，而Ｚｎ的ｄ轨道的能量太高，不易参与有机化学反应［３］.正是因为这种特性，使得有机锌试剂近年来被大范围地使用，特别是锌试剂在转金属化［４］后形成的有机铜中间体或钯中间体可以与一大批亲电试剂进行偶联［５］，为有机锌试剂的应用开辟了一片新天地，见反应式（２）. ■ （２）有机锌试剂的制备通常可以用金属锌粉与卤化物进行氧化加成来制备，见反应式（３）. ■（３）但是这种方法制备的锌试剂对一些敏感的基团（如酯基、氰基、羰基等）的耐受性不太高. 近年来，Ｋｎｏｃｈｅｌ６ 报道了在无机盐氯化锂存在下的氧化加成制备有机锌试剂（ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂）的方法，该法能高效高选择性地制备有机锌试剂，所得的有机锌试剂更稳定、对各种敏感基团的耐受性更好、在ＴＨＦ中的溶解度更高，和各种亲电试剂反应能高产率得到相应的产物［６-７］． 通常来说，由于受到传热和传质的影响，常规方法合成的锌试剂的剂量都不大（２～１５ ｍｍｏｌ之间），放大合成后产率往往会下降. 由于ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂中无机盐ＬｉＣｌ的加入，使得ＬｉＣｌ与有机锌试剂之间形成了相对稳定的络合物，其浓度可以适当提升，稳定性也可以适当增强. 本研究报道大剂量（底物１００ ｍｍｏｌ）制备ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂的方法，生成的ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂产率高（８０％～９１％），稳定性强，该试剂对各种敏感的官能团（如酯基、氰基、羰基、三氟甲基）的耐受性强. １ 实验部分１．１ 仪器与试剂所有底物都是来自Ｍｅｒｃｋ或Ａｌｄｒｉｃｈ或Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ，所有的溶剂都严格的按照标准方法来处理. 取无水溶剂和试剂的注射器在使用前均用氩气置换空气，所有的无水无氧操作都采用严格的Ｓｃｈｌｅｎｋ真空线技术. ＧＣ（气相色谱，流动相为氢气）用带自动注射器ＧＣ－８１３０ （Ｆｉｓｏｎｓ）色谱仪测定. 详细信息为：1个 ＦＩ 检测器， 和1个－１７１０毛细管柱（０．２５ ?滋ｍ ×２５ ｍ×０．２５ ｍｍ，Ｍａｃｈｅｒｅｙ－Ｎａｇｅｌ）. １．２ 典型操作ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂１Ｂ（见表１）的制备：在1个干燥并装有磁子的５００ ｍＬ支口瓶中，加入无水ＬｉＣｌ粉末（４．２ ｇ，１００ ｍｍｏｌ），使其在高度负压下高温（约１７０ ℃）加热约２０ ｍｉｎ. 在支口瓶冷却到室温后，氩气保护下，向体系中加入锌粉（１９．５ ｇ， ３００ ｍｍｏｌ），并再次使其在高度负压下高温（约１７０ ℃）加热约２０ ｍｉｎ，然后使支口瓶内的气氛被氩气置换３次. 支口瓶被再次冷却到室温后，向混合物中加入无水ＴＨＦ约１００ ｍＬ，剧烈搅拌下，向混合物中加入１，２－二溴乙烷（摩尔分数 ５％），用热风枪使其保持弱的沸腾（稍稍冒泡即可）并维持约１０ ｍｉｎ，待体系冷却到室温后，向其中加入三甲基氯硅烷（ＴＭＳＣｌ：摩尔分数１％～２％），并维持弱的沸腾约１０ ｍｉｎ. 最后向混合物中加入对碘苯甲酸乙酯（ｅｔｈｙｌ ４－ｉｏｄｏｂｅｎｚｏａｔｅ：２７．６ ｇ，１００ ｍｍｏｌ），反应在常温下搅拌３ ｄ，利用水解反应在ＧＣ 上监测反应，反应结束后将反应液静置过夜并用Ｉ２来测定锌试剂的浓度. 可在一个星期后用同样的方法测定其浓度检测其活性是否降低. 本研究中所有ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂（１Ｂ－８Ｂ）的大剂量制备归纳在Ｔａｂｌｅ １中. Table 1 KNOCHEL锌试剂的大剂量（100 mmol）合成Table 1 The preparation of KNOCHEL zinc reagents in large scale (100 mmol)２ 结果和讨论本研究大剂量（１００ ｍｍｏｌ）地合成了ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂，收率为８０％～９１％. 无水ＬｉＣｌ粉末的干燥十分重要，在高度负压和高温（约１７０ ℃）下，ＬｉＣｌ粉末的最佳干燥状态为蓬松状粉末，加入１，２－二溴乙烷（摩尔分数５％）和三甲基氯硅烷（ＴＭＳＣｌ： 摩尔分数１％～２％）的目的是使锌粉表面活化，增强其反应性能. 由于卤代烃的反应活性不同，使得他们的反应时间不同，加热可以适当的加速反应进程（表１，条目７）. 通常而言，所得到的ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂为浅黄色或者深棕色溶液，稳定性较强，在氩气保护下存放１个星期后，用碘代反应监测其浓度和活性，发现其浓度和活性没有明显降低. 各种敏感的官能团（如酯基、氰基、羰基以及三氟甲基）在ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂的制备中可以被高度耐受. ３ 结 语本研究报道了大剂量（底物均为１００ ｍｍｏｌ）地合成ＫＮＯＣＨＥＬ锌试剂，生成的锌试剂产率高（８０％～９１％），稳定性强. 该试剂对各种敏感的官能团（如酯基、氰基、羰基以及三氟甲基）的耐受性强，底物上的卤素没有特定的限制，实用性广，这些锌试剂在氩气保护下存放１个星期后，其活性没有明显降低. 致 谢感谢国家自然科学基金委员会、教育部、湖北省教育厅、武汉工程大学研究生处、武汉工程大学团委的资助！