含碳氮双键化合物的合成方法※

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1、1999年第1期高等函授学报(自然科学版)31X含碳氮双键化合物的合成方法黎红梅孙秋香陈彦国宋发辉祝心德(华中师范大学化学系)[1,2]碳氮双键C=N作为官能团在有机化学中占有重要地位。许多药物、杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂以及在有机化合物合成的催化剂中都含有碳氮双键,如甲亚胺类化合物、[2][3]制备含氮有机化合物的中间体,合成氮杂环化合物等。在配位化学中含碳氮双键的化合物通常是很好的配体,如席夫碱类配合物。因此,合成含碳氮双键的化合物具有十分重要的意义,本文主要介绍五种碳氮双键类型化合物的合成方法。[2-6]1羰胺缩合法羰胺缩合是形成碳氮双键的经典方法。如醛、酮与伯胺、羟胺、肼

2、反应分别生成席夫碱、肟、腙。这类反应很早就用于酮、醛的纯化和鉴定,以及羰基保护。后来,人们发现在转氨酶的[7]酶促反应中,就包含一个羰胺缩合的步骤。动力学研究表明该反应是一个加成—消除历[7,8]程。如图所示:-R1R1OH+3CO+RNH2CN223RRHRR1R1OHH-H2O3CNRCN223RRR控制该反应进行的条件是溶液的酸碱性。这类反应通常在酸性条件下进行,反应速率与胺的亲核性成正比,最佳pH值为4,酸度过强会降低氨基的亲核性。在中性介质中,中间体α羟基胺的脱水是定速步骤;在酸性介质中,中间体α羟基胺的形成为定速步骤。羟胺、肼与羰基的缩合反应非常容易进行,不需要催化剂,室

3、温下就能进行;氨和胺类也比较容易进行反应,不过通常在弱酸条件下可以加速反应;关于酰胺类席夫碱报道较少。另外羰基化合物也影响反应速度和反应进行的程度,羰基碳原子的亲电性越强、位阻越小,反应越容易进行。伯胺与醛和烷基酮很容易缩合得到席夫碱,但芳酮则表现出较低的反应活性,需要较长的反应时间和必要的催化剂,如质子酸、ZnCl2、BF3等。但是如果让芳酮与胺的碱金属化合物在液氨里反应,也能得到相应的席夫碱。甲醛、脂肪醛的席夫碱不稳定,易聚合,而芳酮、芳醛的席夫碱则很稳定。仲胺盐与醛酮反应生成亚胺盐,而亚胺盐是使含活泼氢化合物胺烷基化的重要试剂。该方法可以用于大量合成亚胺盐。醛、酮与羟胺及O—取

4、代羟胺缩合生成肟的反应比相应羰基试剂与胺的反应容易进行得X收稿日期:1998-12-10321999年第1期高等函授学报(自然科学版)多。肟的顺反异构体中,反式较稳定,这与席夫碱不同,席夫碱的顺反异构体间的能障低,常温下可以迅速互变。肼与羟基缩合的反应是最容易进行的羰胺缩合类型,生成腙或连氮化合物,并且连氮化合物通常是主要的产物,甚至是唯一的产物。只有在非酸介质和肼过量的情况下才可以得到完全的N未取代的腙。对于芳醛来说,若芳环上连有供电子基团,则生成的腙不够稳定,也不易形成连氮物,如p甲基氨基苯甲醛。相反,若芳环上连有吸电子基团时,则生成的腙稳定,也容易形成连氮物,如p硝基苯甲醛。芳

5、香脂肪酮与肼在非酸性介质中反应得到腙,在酸性条件下则得到连氮物。而二芳基酮在加热、催化剂及脱水剂存在时,才得到N未取代的腙。一端被取代的肼与羰基化合物在酸性条件下反应可以得到产率很高的腙。如氨基脲、氨基硫脲等与羰基化合物反应生成相应基团的腙。酰胺与羰基化合物的反应困难得多。这有动力学和热力学两方面的原因:一方面,酰胺的氨基受相邻羰基的影响,亲核性较弱;另一方面,产物亚胺C=N双键的极性大,特别是碳原子上电子云密度降低,亲电性增强,很容易受亲核试剂的进攻,如H2O、醇的进攻而水解或醇解。为了促使反应进行,需要加热、催化剂和脱水。然而,若将羰基进行修饰,则可以大大提高其反应活性。如将醛转

6、变为缩醛、硫缩醛、烯醇酯、偕二卤化物等,可以使惰性的胺在比较温和的条件下反应,产率也较高。如二乙基缩醛与磷酯酰胺在120—160℃反应蒸出副产物乙醇,得到产率达90%的磷酯酰亚胺:ROOOEtROO-2HOEtPNH2+ArCHPNCHArROOEtRO[9、10、11]此反应的优点是:产率高,产物易纯化,操作简便,还特别适用于母体羰基化合物不稳定或反应性不强的情况。当母体羰基化合物是惰性时,使用其偕二卤化合物与胺反应则容易进行。如二芳酮不容易生成席夫碱,而二氯二苯基甲烷胺则能很容易生成席夫碱。phClph130℃C+NH2CO2EtCNH+EtOH-CO2phClph[11]当羰基

7、上连有很强的吸电子基时,不需要修饰也很容易与酰胺类氨基化合物直接反应。如:F3COORF3COHOORF3COOR-H2OCO+H2NPCNHPCNPF3CSRF3CSRF3CSR[2,4,6]2亚胺交换法选用这个方法要依据相应羰胺缩合反应平衡常数的相对大小。对于同一种羰基化合物来[2]说,它与胺、羟胺、肼的反应活性依次增强,因为席夫碱的平衡常数<肟的平衡常数<腙的平衡常数,因此我们可以用席夫碱与羟胺或肼来交换生成相应的腙或肟,同样也可以用肼来交换肟里的羟