酚醛胺型Mannich碱的合成及其在铜催化偶联反应中的应用

论文摘要

本文研究了一些酚醛胺型Mannich碱的合成工艺及其在铜催化偶联反应中作为配体的应用。实验发现,一些酚醛胺型Mannich碱作为配体可以显著提高碘苯与咪唑间Ullmann偶联反应的产物收率。对甲氧基苯酚、甲醛和哌嗪在甲醇中通过Mannich反应生成酚醛胺型Mannich碱1,4-二（2-羟基-5-甲氧基苄基）哌嗪。研究了影响该反应的主要因素,得到甲醇中的优化工艺条件为：反应温度62℃,反应物的配比为n（对甲氧基苯酚）：n（哌嗪）：n（甲醛）=1：0.505：1.5,反应采用“一锅两步法”,先将20 mL甲醇、25 mmol的无水哌嗪和75mmol的40%甲醛水溶液加入反应瓶中,62℃下剧烈搅拌反应2 h。冷至室温后,再加入溶有50 mmol对甲氧基苯酚的30 mL甲醇溶液,62℃下剧烈搅拌反应12 h,产率达到71%。在得到优化反应条件基础上,研究了一系列底物的拓展,发现含有供电基的取代苯酚比含有吸电基的取代苯酚反应效果要好,目标产物的收率要高。由此提出了可能的反应机理。进一步研究发现,对甲氧基苯酚、甲醛和哌嗪生成酚醛胺型Mannich碱1,4-二（2-羟基-5-甲氧基苄基）哌嗪的反应也可在水中进行,在类似的优化工艺条件下,产品收率可达96%。用水作溶剂,操作简单,安全环保,符合绿色化学的要求。但极性较低的烷基酚因不溶于水而难以起反应。合成的酚醛胺型Mannich碱是含氮氧的多齿配体,研究发现,这些配体对铜催化下水相中碘苯与咪唑的Ullmann偶联反应有促进作用,其中1,4-二（2-羟基-5-甲氧基苄基）哌嗪的效果较好,在三水合磷酸钾存在下,使用底物量10%的碘化亚铜和底物量20%的1,4-二（2-羟基-5-甲氧基苄基）哌嗪,120℃反应24 h,苯基咪唑的收率达96%。无配体时,相同条件下的收率仅为52%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 1.1 Mannich反应简介
• 1.1.1 Mannich反应
• 1.1.2 Mannich反应机理
• 1.1.3 Mannich反应类型
• 1.2 Mannich碱的反应性
• 1.3 Mannich反应和Mannich碱的应用
• 1.3.1 Mannich反应和Mannich碱在有机合成中的应用
• 1.3.2 Mannich碱作为金属催化剂的配体使用
• 1.3.3 Mannich碱作为精细化学品使用
• 1.4 本课题的目的意义和研究内容
• 1.4.1 本课题的研究目的和意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 2. 甲醇为介质合成酚醛胺型Mannich碱的工艺研究
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 反应式
• 2.4 实验操作
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 后处理方式对产品收率的影响
• 2.5.2 溶剂用量对产品收率的影响
• 2.5.3 反应物的配比对产品收率的影响
• 2.5.4 反应时间对产品收率的影响
• 2.5.5 反应温度对产品收率的影响
• 2.5.6 不同反应溶剂对产品收率的影响
• 2.5.7 底物的拓展
• 2.5.8 反应机理推测
• 2.6 产品结构与表征
• 2.7 本章小结
• 3. 水为介质合成酚醛胺型Mannich碱的工艺研究
• 3.1 实验仪器
• 3.2 实验试剂
• 3.3 反应式
• 3.4 实验操作
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 不同的加料方式对产品收率的影响
• 3.5.2 反应物的配比对产品收率的影响
• 3.5.3 反应温度对产品收率的影响
• 3.5.4 水用量对产品收率的影响
• 3.5.5 反应时间对产品收率的影响
• 3.5.6 底物的拓展
• 3.6 本章小结
• 4. 铜催化下水相中碘苯与咪唑的Ullmann偶联反应
• 4.1 实验仪器
• 4.2 实验试剂
• 4.3 反应式
• 4.4 实验操作
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 CuI用量对产品收率的影响
• 4.5.2 配体用量对产品收率的影响
• 4.5.3 不同的铜催化剂对产品收率的影响
• 4.5.4 不同的碱对产品收率的影响
• 4.5.5 不同的配体对产品收率的影响
• 4.5.6 底物的拓展
• 4.6 产品结构与表征
• 4.7 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录