别让溶剂破坏了你的反应:醚类溶剂篇(乙醚、THF、二恶烷)

别让溶剂破坏了你的反应:醚类溶剂篇(乙醚、THF、二恶烷)

乙醚是一种有刺激性气味的无水透明液体,主要用作溶剂、麻醉剂和化学试剂。乙醚微溶于水,能溶解多种有机物是良好的有机溶剂;纯净的乙醚在医疗上用做手术时的全身麻醉剂;工业上乙醚可由乙醇分子间脱水制得。乙醚在空气中会慢慢氧化成过氧化物,加热易爆炸,应避光保存。

四氢呋喃 (THF)是一种无色、可与水混溶、粘度较小的有机液体,是一种常用的中等极性非质子性溶剂。四氢呋喃是一种2B类致癌物,高浓度吸入后可出现头晕、胸闷、胸痛、乏力、胃痛、恶心等症状,长期接触具有肝、肾毒性,在使用时应注意通风。

1,4-二氧六环是含有两个氧原子的杂环化合物,又称二恶烷。可由乙二醇经硫酸脱水制备,也是生产环氧乙烷的间接产品,是工业上常用的优良溶剂。

醚类溶剂是制备格氏试剂、使用丁基锂等有机反应必定使用的溶剂之一,很多有机反应在醚类溶剂中反应性、选择性比较好,几乎所有做有机合成的科研人员都会用到乙醚、四氢呋喃以及1,4-二氧六环。

012醚类溶剂反应性醚是一类十分稳定的化合物,稳定性仅次于烷烃,具有怕酸不怕碱、易氧化难还原的特点。在强酸条件下(如甲磺酸),四氢呋喃自身可开环聚合成聚四亚甲基醚二醇(PTMEG),往四氢呋喃溶液里面滴入一滴对苯甲磺酸,马上出现大量白色固体,聚合反应速率相当快。PTMEG可与甲苯二异氰酸酯制成耐磨、低温性能好、强度高的特种橡胶;与对苯二甲酸二甲酯和1,4-丁二醇制成嵌段聚醚聚酯弹性材料。在氧化条件下,醚α-C-H键容易被氧化,如我们熟知的乙醚需除过氧便是这么回事,在自由基存在下,醚α-H易被自由基攫取,从而得到C自由基,可以发生各类反应。

醚类溶剂的反应性突出体现在C-O键断裂开环和α位C-H键官能团化反应,另外C-C键断裂的反应也有相关报道。

02醚α位C-H键官能团化2.1 C-C 键形成

醚α位C-H键键能较小,在氧化剂作用下容易发生均裂,此类反应一般涉及自由基机理。

2008年,中国人民大学李志平教授等人在CDC(交叉脱氢偶联)的研究基础上报道了Fe2(CO)9催化的、二叔丁基过氧化物促进的醚α位C-H键和1,3-二羰基化合物的C-C键形成反应。

2013年,黄志真教授小组报道了Cu催化的未活化醚和酮α位的交叉脱氢偶联反应,醚α位C-H键键能较小,在叔丁氧自由基作用下可以得到新的C自由基,在二价铜的氧化下得到氧鎓中间体,随后被亲核进攻得到C-C键偶联产物。

2015年,台湾清华大学刘瑞雄课题组报道了Cu催化三级胺与醚的Povarov反应,得到各类并环化合物。

2014年,武汉大学雷爱文课题组报道了醚类化合物与烯烃的交叉脱氢偶联反应,可以高效制备烯丙基醚化合物。

2014年,Eiji Shirakawa等人报道了醚类化合物与芳烃的交叉脱氢偶联反应。除苯环外,醚类化合物还能与吡啶、苯并噻唑等杂环发生Minisci类型自由基反应。

2.2 C-N 键形成

2010年,李志平教授等人报道了Fe催化的醚类α位C-H键胺化反应,能以中等到优秀的收率得到醚与唑的C-N键偶联产物。

2014年,雷爱文课题组报道了Ni催化的一些烷基C-H键与酰胺的脱氢偶联反应,其中四氢呋喃等醚类溶剂也有较好反应活性。

2.3 C-O键形成

二氢THP和二氢THF常用作醇保护基,传统的反应条件一般为酸催化。而若将四氢呋喃αC-H键用卤素等官能团化,也能与醇发生类似的C-O键形成反应。

早在1976年,Kruse等人就发现在SO2Cl2和Et3N作用下可以实现醇或酚与四氢呋喃的C-O键形成反应。(Bu4N)2S2O8, CrCl2, Mn(0)和 VCl3在CCl4存在下也能实现醇与四氢呋喃的反应。这类反应一般经历单电子转移历程,以CrCl2为例,CrCl2与CCl4作用可以得到三氯甲基自由基,随后攫取THF α-H得到C自由基,进而实现THF的α卤代反应,最终与醇发生成醚反应。

2012年,Reddy等人报道了Cu催化的1,3-二羰基化合物与四氢呋喃C-O键脱氢偶联反应,值得该反应O选择性远好于C选择性。

基于类似的原则,THF还可以和烯烃、醇、醛、甲苯、羧酸等发生反应得到酯类化合物。

2.4 对重键的加成反应

醚α位C-H键键能较小,在氧化剂作用下可得到碳自由基。自由基对重键的加成反应十分多,醚α碳自由基是一类富电子自由基(亲核),一般可对全氟烯烃、吸电子烯烃以及炔烃发生自由基加成反应。

Et3B/air是常用的自由基引发体系,这类体系一般不用THF做溶剂,在Et3B/air引发下可实现形式上THFα自由基对醛的加成反应。

03醚C-O键断裂反应前面已经提到过,醚类化合物怕酸不怕碱,在强酸作用下,醚类化合物常发生C-O键断裂反应,利用这一性质可以完成一些复杂分子的合成。

04醚C-C键断裂反应与醚的C-H键和C-O键相比,醚的C-C键更惰性,因此相关的反应较少,而且这类反应一般只有当1,4-二氧六环为溶剂时才出现。

相关推荐