epm法在杂环化合物合成中的应用

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1、大学化学第17卷　第4期2002年8月自学之友EPM法在杂环化合物合成中的应用　　文丽荣　曹玮　李国强(青岛科技大学应用化学系　青岛266042)　　摘要　本文讨论了在合成杂环化合物时,利用EPM法如何解释反应现象,预测反应产物,改进反应条件,提高反应收率和设计新反应。　　迄今发现的有机化合物,大约有一半含有杂环核,由于众多的杂环化合物与医药、农药、染料、高分子材料,特别是与核酸、蛋白质、酶、糖、维生素等密切相关,因此,杂环化合物的合成已成为当代有机合成领域的热门话题之一。　　杂环化合物用途十分广阔,特别是在生命科学领域中,各种各样的杂环体系均表现出特殊

2、的和多样的生物活性,许多抗肿瘤药物、杀菌剂、杀虫剂、除草剂及植物生长调节剂都含有杂环核,如噻二唑、均三唑、噁二唑、喹诺酮、头孢菌素等等。　　鉴于杂环化合物应用上的价值,在合成杂环化合物时,不免会遇到一些反应机理的研究和描述,如何正确理解和掌握反应机理,其重要性对于学习有机化学的学生来讲是不言而喻的,[1,2]利用电子推动法(ElectronPushingMethod,EPM)推测反应机理,其优点在于能区别亲电、亲核试剂,标示反应电性中心,指明反应中旧键断裂和新键形成,解释反应基团的迁移和重排。同时,利用EPM法还可以解释反应现象,预测体系产物,改进反应条

3、件,提高收率以及设计新的反应。　　所谓EPM法就是要求利用弯箭头表示电子对的转移,用来描述化学反应中化学键的断裂[1]和生成,以此来说明反应历程的方法。其基本原理在前文中已有论述,这里仅就合成单杂环和稠杂环化合物的过程,针对以上几个问题分别利用EPM法给予阐述,旨在帮助学生熟练地应用EPM法推导反应机理,掌握EPM法在有机合成中的应用。1　解释反应过程,预测体系产物[3]　　当羧酸分别和氨基硫脲,硫代对称二氨基脲反应时,产物为噻二唑[Ⅰ]和均三唑50©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allright

4、sreserved.[4][Ⅱ],从产物可以看出前者硫原子参与成环,而后者是氮原子参与成环。怎样解释这一过程呢?　　反应1的过程为:　　而反应2为:　　利用EPM法可清楚地解释这一过程。在合成化合物[Ⅰ]时,首先硫羰基互变,生成烯硫醇式,后者中的S进攻羰基,发生亲核加成反应,经质子异位脱水而得。而在合成[Ⅱ]时,与反应1不同的是由于产物[Ⅱ]是均三唑,利用EPM法必须遵从反应结果和事实,所以反应为硫羰基外侧的N原子进攻羰基,发生亲核加成反应,经质子异位互变生成均三唑[Ⅱ]。充分熟悉EPM法,不仅能够解释反应的来龙去脉,还可以预测反应产物。同样的反应,如果

5、在不同的条件下,预计会生成不同的产物,怎样推测呢?　　在合成化合物[Ⅳ]时,碱首先夺取硫羰基外侧的NH上的N原子,因为它与硫羰基和芳51©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.环相连,具有更强的酸性,生成的氮负离子与CO发生亲核加成,脱水,互变生成[Ⅳ],而+在[Ⅴ]中,羰基和CS作为碱都能与质子结合,但羰基中的氧原子是更硬的碱,与H结合+有优先权,由于生成了COH,更加提高了C原子的电正性,使得巯基进攻CO中的C原子,发生亲核加成反应,脱水环化。该反应的收率较低,可能

6、原因是由于H对SH的亲核活性有抑制作用。在合成[Ⅵ]类化合物时,反应中有大量的HgS沉淀。此结果可解释为,由于羰基和硫羰基都为路易斯碱,但S原子比O原子更软,在较软的路易斯碱Hg(OAc)2的作用下,S原子优先结合,其结合的结果,同时也提高了硫羰基中C原子的电正性,使CO经互变异构生成的烯醇式中羟基很容易进攻该C原子,脱去一分子的HgS和二分子的醋酸生成[Ⅵ],后经证明,与结果相吻合。2　通过改进反应条件提高反应收率　　反应条件的改变,依赖于正确的反应机理,通过利用EPM法推测反应机理可以改进反应的条件,提高反应的收率。在合成[Ⅶ]时,32取代242氨基

7、252巯基1,2,42均三唑是一种既含有氨基又含有巯基的双官能团化合物,NH2优先进攻羰基发生亲核加成生成席夫碱。随后,另一亲核基团—SH进攻与氯直接相连的C原子上发生SN2反应,关环,脱去一分子的HCl,生成目标物[Ⅶ]。在反应过程中,有HCl生成,反应完毕后用氨水处理有利于反应的完成。可以设想,如果在反应体系中加入吡啶使碱过早参与反应,有可能提高产率,实验证明确实如此。N2氨基均三唑易和NCS反应,可能是由于吡喃环中O原子的诱导效应,使NCS的52©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrigh

8、tsreserved.2sp杂化电子云靠近C原子,增强了NCS中的C原子的电正性