关于 PCC 作用下氧化碳正离子成环反应条件的探究

汇报人：李雷2010 年 11 月 11日

天津大学化工学院应用化学系（精细化工）

contents

一、背景简介

二、问题的提出

三、问题的拟解决方案

四、提出问题后的几点思考

背景简介PCC 试剂：20 世纪 70 年代，美国著名化学家 ， 1990 年诺贝尔化学奖得主，哈佛大学教授 E.J.Corey （ 1928 年—至今）报道了氯铬酸合吡啶配合物（ Pyridinium Chlorochromate ）的合成方法及其在醇羟基氧化反应中的应用。该试剂通常在二氯甲烷溶剂中使用，具有制备、使用、后处理安全和方便的优点。在简单添加剂的存在下，可以几乎应用于所有类型的醇羟基的氧化反应，伯醇被高度选择性的氧化为相应的醛。

N

H

CrO3Cl-

Ref: E.J.Corey, Suggs,J.W. Tetrahedron Lett. 1975,2647.

N+ CrO3

aq.HCl(6.0mol/L),20-40min,

80%--95%PCC

0℃

OHPCC

OH+

OH OH

OH

PCC

O

a b

背景简介

Ref: E.J.Corey, Suggs,J.W. Tetrahedron Lett. 1975,2647.

氧化碳正离子成环反应：1975 年， E.J.Corey 提出“氧化碳正离子成环反应”的概念。在以香茅醇为反应底物时， PCC 本身的酸性和氧化性可以“一锅法”完成胡薄荷酮的合成。 (2.5eq PCC ， rt ， 36h ， 70%yield)具体过程为伯醇氧化为醛，碳正离子成环和仲醇被氧化成 α ， β- 不饱和环酮的三步串联反应。 E.J.Corey 给这个反应起名为“氧化碳正离子成环反应”。

进一步的研究发现，氧化碳正离子成环反应具有广泛的适应性。该反应成环条件温和，产物的收率一般在中等至中等偏上水平。

背景简介

OH

PCC(3eq),CH2Cl2,rt,36h

71% O

OH

PCC(3eq),CH2Cl2,rt,4.5h

78%

O

OH

Ph

PCC(3eq),CH2Cl2,rt,16h

69%

OH

Ph

Ref:E.J.Corey, Ensley,H.E, Suggs,J.W. Org.Chem.1976,41,380 E.J.Corey, Boger,Dale L. Tetrahedon.Lett. 1978,2461

6-exo-trig

6-endo-trig

6-endo-trig

问题的提出对于该类 PCC 引发的氧化碳正离子成环反应，有两个非常严格的局限性，即为：（ 1 ）反应底物必须是 2,2- 二取代的烯烃，以生成 β ， β- 二取代不饱和环己酮。（ 2 ）该反应只能用于六元环化合物的制备，不能合成五元及七元环化合物。

OH

烯烃为 2 ， 2- 二取代类型

O产物为六元环体系

OH O

OH

O

Ref: 胡跃飞 , 《现代有机反应》第一卷 氧化反应 P68 页

问题的拟解决方案Baldwin’s rules:

C* 与 Y 基团间：单键 -sp3 杂化轨道： Tet ； 双键 -sp2 杂化轨道： Trig ； 三键 -sp 杂化轨道：Dig 。

单键： 3 to 7-exo-tet favoured 5 to 6-endo-tet disfavoured

双键： 3 to 7-exo-trig favoured 3 to 5-endo-trig disfavoured 6 to 7-endo-trig favoured

三键： 3 to 4-exo-dig disfavoured 5 to 7-exo-dig favoured 3 to 7-endo-dig favoured

X-

Y

exo

XY-

X- Yendo

X Y-

**

**

Ref: Jack E. Baldwin, J.C.S. CHEM. COMM., 1976,734 Jack E. Baldwin, Richard C. Thomas,la Lawrence I. Kruse,lb and Lee Silberman, J. Org. Chem., 1977,42(24):3846-3852

问题的拟解决方案Baldwin’s rules:

Ref: Jack E. Baldwin, J.C.S. CHEM. COMM., 1976,734

问题的拟解决方案

控制变量法：

1. 形成六元环体系不变，改变烯烃上取代基的数目（一取代或零取代）。

2. 烯烃上取代基的数目不变，改变成环的大小（形成五元环或七元环）。

3. 烯烃上的取代基数目和成环的大小同时改变（一取代、五元环）。

问题的拟解决方案方案一：形成六元环体系不变，改变烯烃上取代基的数目（一取代或零取代）。形成六元环体系不变，改变烯烃上取代基的数目（一取代或零取代）。

烯烃上取代基的主要作用是稳定反应中生产的碳正离子 a ，因此，为了减小因取代基数目减少而造成的碳正离子不稳定性，考虑将烯烃上的一取代基设置为对甲氧基苯基。

OH

a

OH

OCH3

OHPCC

OH+

OHOH

OH O

PCC

OCH3 OCH3 OCH3

H3COH3CO

H3CO

6-exo-trig

问题的拟解决方案

方案一底物的合成：

OH

O

SOCl2Cl

O

OCH3

BF3

H3CO

O1.NaBH4,

2. H+/H2O

H3CO

HO

O

HO

O

OH

OOH

OH

OCH3

问题的拟解决方案方案二：烯烃上取代基的数目不变，改变成环的大小（形成五元环或七元环）。烯烃上取代基的数目不变，改变成环的大小（形成五元环或七元环）。以五元环为例。以五元环为例。

5-exo-trig

OH OPCC H+ OHOH

OH

PCCO

OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 H3CO

H3CO

问题的拟解决方案

方案二底物的合成路线为：

X

+ Ph3P Ph3P CMe

CH3ONa

TBSO OHPCC

TBSO O TBSO

H3CO

OCH3

HO

OCH3

OCH3

X=Cl- 或 Br-

OH

OCH3

问题的拟解决方案

方案三：烯烃上的取代基数目和成环的大小同时改变（一取代、五元环）。烯烃上的取代基数目和成环的大小同时改变（一取代、五元环）。

5-exo-trig

OH OPCC H+ OHOH

OH

PCCO

OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 H3CO

H3CO

问题的拟解决方案

方案三底物的合成路线为：

HOOH

O

O

SOCl2

HOCl

O

O

OCH3

BF3

H3CO

OH

O

1.NaBH4

2. H+/H2O

H3CO

OHO

OH

OCH3

提出问题后的思考

1.PCC 试剂本身的酸性是否足够强，生成羰基正离子？

N

H

CrO3Cl- PK OH+

OH

0.01mol/L PCC水溶液 pH=1.75反应时额外加酸

Ref: Jodi T. Williams, John S. Snaith, Organic Letter, 2002,4(21):3727--3730

浓 HCl 溶液浓度 :12mol/L ，质量分数： 37%

提出问题后的思考

2. C--N 类比？？

N

Ts

O

N

Ts

O

N

Ts

OH

N

Ts

OH

条件一： 3eq 浓盐酸， -78℃ ， 16h ，不反应。升温至 25 ℃ ， 5d ，不反应。浓盐酸饱和二氯甲烷， rt ， 25h ，不反应。延长时间至 80h ，得分解产物。条件二：路易斯酸， -78 ℃ ，不反应。升温至 25 ℃ ， 0.5eq MeAlCl2 ，yield: 20% 。

OH

OCH3

O

H3CO

？

Ref ： Jodi T. Williams, John S. Snaith, J.Org.Chem. 2006,71(6):2460--2471

3. 反应底物的顺反异构体是否会影响反应的进行？

OH

OCH3

OH

H3CO

O

OCH3

O

H3CO

PK

提出问题后的思考