酰胺官能团的脱氧还原反应毕业论文
2022-02-25 19:37:26
论文总字数:18275字
摘 要
酰胺还原反应是有机合成中最重要的反应之一。它在天然产物合成、药物合成、日用化学品工业, 乃至重化工工业中, 都有着极其广泛的应用。在过去长时间的研究中,现在的酰胺还原方法已经已经有了很大的进步,方法的多样化表现在了表现在了各个方面,例如,还原剂与催化剂使用的多样,物理还原手段的可行性等。
有机硅烷与金属催化剂都有着类似的优点:在水与空气中较高的稳定性,通常较低的毒性,并且大部分此两类试剂的反应条件要求不高便于操作。但此类试剂的也有缺陷,酰胺还原的反应中作为催化剂的金属活性不能过低,否则不会参与至反应中,而且在还原反应过后通常会有过量的副产物导致产物不纯。
本实验致力于以溴化镍作催化剂同时以四甲基二硅氧烷作还原剂在酰胺还原中应用的可行性,并寻找可让反应达到最佳产率的反应条件。在正常条件下以溴化镍为催化剂的反应是无法进行的,在本实验中我们会在酰胺中加入一个导向基团从而是溴化镍作为催化剂可以正常参与反应。
关键词:溴化镍 四甲基二硅氧烷 导向基团
Study on Deoxidation Reduction of Amide Functional Groups
Amide reduction is one of the most important reactions in organic synthesis. It is in the natural product synthesis, drug synthesis, daily chemical industry, and even heavy chemical industry, have a very wide range of applications. In the past long studies, the current amide reduction method has already made great progress, and the diversification of the method is manifested in various aspects, for example, the use of the reducing agent and the catalyst, the physical reduction means feasible Sex and so on.
Both organosilanes and metal catalysts have similar advantages: higher stability in water and air, usually lower toxicity, and most of these two reagents are less demanding to handle.However, these reagents are also defective. The metal activity of the catalyst in the amide reduction reaction can not be too low, otherwise it will not participate in the reaction, and there will usually be an excess of by-product after the reduction reaction.
This experiment is devoted to the feasibility of using nickel bromide as a catalyst and tetramethy ldisiloxane as a reducing agent in amide reduction, and to find reaction conditions which allow the reaction to reach the optimum yield. In normal conditions, the reaction with nickel bromide as a reducing agent is not possible. In this experiment, we will add a guide group to the amide, so that nickel bromide as a catalyst can participate normally in the reaction.
Keywords: Nickel bromide Tetramethyldisiloxane Oriented groups
摘要 I
第一章 文献综述 1
1.1酰胺 1
1.1.1 酰胺 1
1.1.2 酰胺还原 1
1.1.3 硅烷 2
1.2 研究历史 3
1.2.1 酰胺还原研究历史 3
1.2.2 硅烷与金属催化剂在酰胺还原历史 4
1.2.3 金属催化剂 6
1.2.4硅烷与金属催化剂相对其他方式的区别 7
第二章 催化还原酰胺键反应的条件筛选 8
2.1 引言 8
2.2 实验原理 8
2.3 实验试剂与仪器 8
2.4 实验步骤 9
2.5 实验结果与讨论 9
2.5.1 催化剂与还原剂的筛选 9
2.5.2 反应条件温度与时间的筛选 11
2.6 章节小结 12
第三章 反应体系的在多种底物中的可行性确定 14
3.1 引言 14
3.2 实验原理 14
3.3实验试剂与仪器 14
3.4实验步骤 14
3.5 结果与讨论 15
3.6 章节总结 16
第四章 展望 17
引用文献: 18
附 录 20
致谢 25
第一章 文献综述
1.1酰胺
1.1.1 酰胺
酰胺是指羧酸中的羟基被氨基(或胺基)取代而生成的化合物,也可看成是氨(或胺)的氢被酰基取代的衍生物。
酰胺是广泛存在于自然界,蛋白质是以酰胺键-CONH-(或称肽键)相连的天然高分子化合物。哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物尿素就是碳酸的二酰胺(H2NCONH2)。许多生物碱如秋水仙碱、常山碱、麦角碱等分子结构中都含有酰胺键。
图1 酰胺键结构简式
酰胺中的官能团 R、R′、R"可以是氢或烃基。从构造上来看,酰胺可看作是羧酸分子中羧基上的羟基被氨基或烃氨基(-NHR或-NR2)取代而形成的化合物;也可看作是氨或胺分子中氮原子上的氢被酰基取代而形成的化合物。 酰胺的命名是根据相应的酰基名称,并在后面加上“胺”或“某胺”,称为“某酰胺”或“某酰某胺”。
除了甲酰胺以外,大部分具有RCONH2这样结构结构的酰胺一般为无色固体。而脂肪族取代类的酰胺RCONHR′、RCONR′2常为液体,其中最重要的是N,N-二甲基甲酰胺(HCON(CH3)2)。分子量较小的酰胺能溶于水,随着分子量增大,溶解度逐渐减小。
酰胺的应用方面比较广,现在主要用作工业溶剂,除此之外在医药工业上也可以用于生产维生素、激素,制造杀虫剂等。在有机反应中,二甲基甲酰胺既可以广泛用作反应的溶剂,也可以当作有机合成的重要中间体。[1][2]
1.1.2 酰胺还原
酰胺还原反应是有机合成中最重要的反应之一。它在天然产物合成、药物合成、日用化学品工业, 乃至重化工工业中, 都有着极其广泛的应用。在实际应用中, 所选用的酰胺化合物往往都是具有多个官能团的复杂分子, 所以酰胺还原反应的选择性是最关键的。因此, 所有关于酰胺还原反应的研究, 几乎都是为了寻找和合成具有不同结构的还原剂来提高酰胺还原反应中的官能团选择性、区域选择性和立体选择性。选择和控制还原反应条件, 可以将酰胺(包括内酰胺)还原成醛、醇、亚胺或胺等不同的目标产物, 这其中最重要的是酰胺还原成胺的反应,根据酰胺还原反应的中间过程, 又可将其分成直接还原法和间接还原法两种类型。[3]
图2 酰胺还原反应式
在过去长时间的研究中,现在的酰胺还原方法已经已经有了很大的进步,方法的多样化表现在了表现在了各个方面,例如,还原剂与催化剂使用的多样,物理还原手段的可行性等。一般而言还原方法可分为两大类直接还原与间接还原,其分类方法在于反应是一步完成还是有中间产物。而现在大部分常用的还原方法均属于直接还原,常见的有金属还原、硼氢化物还原、电化学还原等。而在本论文中所要介绍的有机硅烷还原法也是其中之一。
1.1.3 硅烷
硅烷即硅与氢的化合物,是一系列化合物的总称,甲硅烷( SiH4) 、乙硅烷( Si2H6) 和一些更高级的硅氢化合物均包括在这其中。目前在生产当中应用最多的是甲硅烷,所以很多情况下把甲硅烷简称做硅烷。
硅烷作为一种提供硅组分的气体源,可用于制造高纯度多晶硅、单晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、异质硅、各种金属硅化物。 因其高纯度和能实现精细控制,已成为许多其他硅源无法取代的重要特种气体。硅烷广泛应用于微电子、光电子工业, 用于制造太阳电池、平板显示器、玻璃和钢铁镀层, 并且是迄今世界上唯一的大规模生产粒状高纯度硅的中间产物。硅烷的高科技应用还在不断出现, 包括用于制造先进陶瓷、复合材料、功能材料、生物材料、高能材料等等,成为许多新技术、新材料、新器件的基础。硅烷又以它特有的自燃、爆炸性而著称。硅烷有非常宽的自发着火范围和极强的燃烧能量,决定了它是一种高危险性的气体。[4]
1.2 研究历史
1.2.1 酰胺还原研究历史
还原反应是有机化学中最简单的变换之一,并被广泛应用于实验室和工业过程.[5,6]尽管羰基官能团相对于烷基的还原是迄今为止最常用和相对直接的方法,但是酸及其衍生物,例如羧酸酯和羧酰胺(酰胺)的还原被证明是相当困难的。 传统上,这样的反应会在室温下使用一定化学计量氢化物试剂(例如氢化铝锂(LiAlH 4))或硼氢化钠(NaBH4).[7-12]尽管有效,但这些试剂的主要缺点是在反应过程中会有过量的废金属盐的产生,而这些废金属盐需要后期的分离和处理,同时它们具有通用的还原性能,导致还原过程中对区域选择性的无法完全控制。后者代表了在多级合成中需要特别相关的主要问题,其中其它反应性官能团通常存在于特定的分子中。 使用H2催化还原的替代方法显然更有吸引力,原则上不仅提供了更多的原子效率,而且提供了更多的环境和经济上可接受的解决方案。 此外,多相催化剂可以经常被循环使用而没有显着的活性损失。尽管醛和酮的催化氢化在文献中有充分的证据,并且在商业上被使用,但是在温和的反应条件下,羧酸及其衍生物的还原依旧呈现出更严峻的挑战,相对难易程度,最初由McAlees和McCrindle 提出,[13]为酰胺gt;羧酸gt;酯gt;酸酐gt;酮≈醛gt;酰氯,与在羰基上亲核攻击易感性增加的趋势相同。 因此,最小的亲电子酰胺官能团代表了副反应减少方面上最极端的困难。
甲酰胺对相应胺的选择性催化氢化清楚地表示了这一重要类化合物的最简单的途径。 每年的生产能力超过10万吨,胺类不仅仅是散装化学品,而且也是有机合成中高价值的中间体。 它们用于制造塑料,表面活性剂,纺织品,染料,农用化学品,造纸工业以及精细化工行业的中间体。 尽管在100多年前首次报道了酰胺的直接催化氢化的成功,但是早期工艺涉及到非常高的反应温度和氢气压力的使用,并且通常以较低的甲酰胺转化率和较差的胺产物选择性为代表。这些缺点对进一步追求这一重要领域有着阻碍作用。 然而,在过去20年中,催化科学的发展已经导致氢化所需的反应条件的显著性的降低。 涉及发现和使用新的“第二代”催化剂使反应能在更容易达到的压力和温度条件下有更好的反应活性和反应选择性。 这使得近几年这一催化领域的兴盛与发展。
在主要科学文献中似乎没有对酰胺官能团氢化的催化方法进行全面和批判的评估。该
非均相催化剂体系的最详细描述主要是指在初始非常严格的反应条件下使用Cu-Ba-Cr氧化物催化剂。[14]此外,在一个题目是“使用分子氢的羧酸和碳酸衍生物的催化转化”的综述中包含使用基于同质系统的酰胺氢化(甲酰胺)的一小段内容,[15]以及过去在这项工作即将完成时出现了一些评论,其中重点还在于同质(和氢化硅烷化) )减少方法. 也不表示对甲酰胺氢化的总体领域的关键和综合评估。[16] 此外,因为以前缺少研究,很少能了解到酰胺还原反应所涉及的可能的反应机理,特别是与控制甲酰胺选择性氢化为相应胺的因素有关,和相对于到C-O与C-N键断裂,后一种选择导致形成通常较不理想的醇产物。 因此,而这些问题在近几年的发展之中已经有了大量的解决方法。
1.2.2 硅烷与金属催化剂在酰胺还原历史
由于有机硅烷与金属催化剂在空气和水中的稳定性,易于操作,和通常较低的毒性等特性,有机氢硅烷和氢硅氧烷,与有机金属/金属有机催化剂组合在过去15年中所出现的前体中也是有效的氢化物试剂来源的替代品,如LiAlH4,NaBH4和硼烷,当然这种方法一般用于小规模的酰胺还原反应。 这些反应一般能得到理想化的实验结果。[17]
大多数这些氢化硅烷化还原具有高度的化学选择性和显示对其他反应有一定耐受性的官能团,从而其所能提供的独特功能优于其他试剂如LiAlH4,NaBH4,B2H6等。
现今已经有了很多关于这方面的学术研究,在某些工作中对有机硅烷对酰胺还原的总体趋势有一个顺序的论证,在这论证中指出还原的反应性一般认为叔gt;次级初级酰胺是最有问题的,同时突出强调扩大可用选项的范围。其中三酰胺底物,包括N,N-二取代的乙酰胺,N,3-苯基丙酰胺和N,2-苯乙酰胺,在进行还原反应时最为强烈,从而允许一些金属,有机氢硅烷和氢硅氧烷的选择与组合。 其中的第一个例子之一方法是Ito[18]在报告之中使用Rh包含还原N,N-二苄基乙酰胺催化剂,例如,HRh(CO)(PPh 3)3,在被活化后,通过Ph2SiH2在一定环境条件下进行以THF作为溶剂的反应,得到高达95%的N,N-二苄基乙胺产率。
除此之外,单氢硅烷如Et3SiH更稳定且比聚氢硅烷便宜,作为在室温条件下能正常反应的试剂经常被使用,Igarishi和Fuchikami[19]的报道指出在较高的温度(100℃)下,使用Et3SiH与一系列组合过渡金属络合物前体可以让N-乙酰基哌啶有效地还原成N-乙基哌啶(80-99%产率)。 额外使用a胺(Et2NH)和碘代烷烃如EtI作为助催化剂,也可以在一定的程度上改进催化反应的生产率。 Et3SiH等单氢硅烷(在酰胺:R3SiH = 1:3-4当量)被发现适用于一级三级(包括环状和非环状)酰胺的还原反应。 而且,尽管如此这类还原剂回使次级酰胺的收率下降,但在初级酰胺的试验中证明这些对于其产率的提高具有相当大的作用。
在此之后,又有Nagashima[20]等人报道使用含有a的三钌羰基簇时桥连苊基配体,[(μ3,η2,η3,η5-苊)Ru 3(CO)7]作为催化剂在室温下成功还原叔酰胺,而前体三烷基硅烷如Me2EtSiH.[21]还有其他催化剂体系已被报道能够促进N,N取代的氢化硅烷化乙酰胺的反应进行,在80-100℃时,包括Cp2TiX2(X = F,CH3)/ MePhSiH2和MoO 2 Cl 2 / PhSiH 3在内的还原剂也有相当的作用,同时后者也适合与减少含有大体积环状取代基的底物进行反应。
在研究硅烷作为还原剂的同时,也有人发现了合适的金属催化剂可以提高反应的效率。有人发现识别具有协同作用的含有双Si-H基团的水硅氧烷可以首先使用Pt催化剂来减少还原含有其他可还原功能的酰胺的其余基团,诸如NO 2,CO 2 R,CN,C≡C,Cl和Br部分的基团可以在还原反应中保证其稳定并不参与反应。 不过,后续试验中尝试铂催化的初级酰胺的还原如癸酰胺和对甲苯胺酰胺的结果并不理想。
Beller[22][23]等人则是展现了铁催化还原的N,N-二甲基苄基酰胺及其多种衍生物的途径,使用PhSiH 3或更明显地由廉价的PMHS(PMHS =聚甲基氢硅氧烷)进行反应活化在80°C,一个发现迅速跟着公布了Zn(OAc)2 /(EtO)3SiH组合对于同样高度的化学选择性反应是有效的催化还原体系.[24]随后,situgenerated一个对Fe / N-杂环卡宾络合物同时使用咪唑鎓盐与PMHS对叔酰胺如N,N-二甲基苯甲酰胺的直接氢化硅烷化,在65℃和16-18小时的反应条件下充分进行。这项工作重大的结果表明了此还原体系大大减少反应时间(从16-18到5-7小时)并增加化学选择性,证明加入作为催化剂催化剂的LiCl系统的成功。这归因于路易斯酸介导的中间体的分解还原反应的第一步。新的发展已被应用于增大三苯甲酰胺的最终产率,使胺产率在92-77%的范围内。
在一个里程碑式的发展中,Brookhart et al。 已经描述使用阳离子Ir(III)钳子复合物(POCOP)Ir(H)2(丙酮) [POCOP = 2,6-二(二叔丁基膦基) - 苯基],用来催化一定量的叔酰胺的还原同时使用Et2SiH2作为还原剂[24]。显著地,中性甲硅烷基三酐Ir(V)络合物(POCOP)IrH 3(Et 2 SiH)(条目1)已被鉴定为具有催化活性的种类。 然而,这些系统被证明是不与次级酰胺进行反应。
条目1.高效Ir(V)甲硅烷基复合物[(POCOP)Ir(H)2(丙酮)] 催化剂叔胺的氢化硅烷化[25] |
成功的证明选择性催化氢化硅烷化的第一个证据的次级酰胺由Igarashi提供,Fuchikami[19]使用Ru / Et3SiH / EtI / Et2NH催化剂组合,在使用上述Ru羰基簇催化剂前体,[26]gashima等也报道了这种类型的次级酰胺的还原反应PhCH2CH2C(O)N(H)R(R = Me,Et,Pri)的成功。尽管Me2EtSiH的产品分布包括a仲胺,叔胺和甲硅烷基的混合物烯胺,使用双官能硅氧烷如1,1,3,3-四四甲基二硅氧烷(TMDS)和更高的催化剂浓度导致整体产量大幅度提高,使仲胺还原的反应效率大幅提升。反应混合物进行酸性后处理便可以得到相应的铵盐,其后用碱处理,促进二次分离即可得到高纯度胺。这些催化剂体系的反应性对当前来说,后处理所含的杂质是非常低的。长岛的Pt / TMDS催化体系也被证明是可以有效的进行次级酰胺的氢化硅烷化反应,例如,PhCH2CH2C(O)N(H)。
1.2.3 金属催化剂
在过去的试验中发现能够令反应速度快速增加的和有效的金属有机前体包括含有以下过渡金属的化合物:Ti,Mo,Mn,Re,Fe,Ru,Os,Rh,Ir,Pd,Pt,Cu,Au和Zn。[17] 大多数这些氢化硅烷化还原具有高度的化学选择性和显示对其他的耐受性可还原的官能团,从而提供独特的功能优秀的催化剂如LiAlH4,NaBH4,B2H6等。Shoubhik Dasand Matthias Beller [27]已经开发了使用Zn作为催化剂在温和条件下二次对叔酰胺催化氢化硅烷化的通用和方便的程序同.时不同的金属催化剂对于反应的进行也有着不同的条件,对于不同的底物使用的催化剂也有所不同。催化活性过强可能导致酰胺内可被还原基团参与反应,而催化活性较低的催化剂,有时需要底物上有合适的导向集团以便反应的进行。但无论何种情况金属催化剂一般均可提高反应的效率。
1.2.4硅烷与金属催化剂相对其他方式的区别
许多金属有机催化剂/氢化硅烷化试剂组合可用于还原不同的酰胺类。氢化硅烷化的一般优点类比其他所述的方法就有温和的反应条件,包括中等反应温度(20-100℃)和环境温度压力,这也导致其广泛的对于酰胺反应的适用性。尽管这些优势在对部分酰胺催化时存在,但是在反应时它们至少需要合适的量(通常较为昂贵)氢硅烷或氢硅氧烷试剂作为需要用于最终分离的氢源,难以恢复和再生,而这就是非常明显的缺点,在使用LiAlH4,NaBH4和硼烷的类似物质时也同样存在。此外,反应中的氢硅烷也被认为是一个问题。即使可能能够在后续处理中非常有效地消除来自反应体系的金属残留物,产品与所得相当难以处理的反应混合物分离通常导致总体胺产率的降低。等于,如果对于任何大规模使用还原剂的酰胺还原反应在使用氢硅烷是具有一定的潜在危害,特别涉及不稳定的有毒,自燃和爆炸性气体,硅烷,SiH4.[28-30]。在此背景下,成功使用本来更安全(相对于氢硅烷和其它氢化物源如LiAlH 4),和廉价的聚甲基氢硅氧烷(PMHS)[19]代表着重大进步。但是,它必须是氢化硅烷化与基于铜 - 铬的氧化物的催化剂一同在非常苛刻的反应条件下使用才能达成条件。
第二章 催化还原酰胺键反应的条件筛选
2.1 引言
酰胺键的还原是一个很常见的有机反应,但通常还原成醛或者醇,直接脱氧还原成亚甲基是一个很有挑战性的研究。目前,直接脱氧还原的方法是通过有机硅烷做还原剂,金属或者硼酸化合物作为催化剂。这些方法存在着诸如反应选择性不佳,有机硅烷性价比不高等问题。故本课题致力于发展新的酰胺脱氧还原反应。本课题将在多种不同的催化剂与还原剂中进行筛选,一步法的脱氧还原酰胺键。
2.2 实验原理
一般情况下,以溴化镍作为催化剂是无法让还原反应正常进行,所以在本次实验中我们在酰胺的甲基上加入合适的导向基团,便于溴化镍中的金属原子与酰胺键中的氧原子结合。
硅烷中的硅会与金属原子相结合,之后再与氧原子结合经过一系列反应,硅烷会将氧双键断裂使氧原子还原脱落从而达成还原的目的。
图3 酰胺还原的化学方程式
2.3 实验试剂与仪器
主要试剂:四甲基二硅氧烷,三乙基硅烷,三苯基硅烷,溴化镍固体,甲苯,苯甲酰胺,三乙基硅烷,过氧乙酸镍晶体。
主要仪器:磁力搅拌器,电子天平,压力管,旋转蒸发仪,烧瓶,耐压管,
油浴锅等。
2.4 实验步骤
溴化镍:向密封管中加入苯甲酰胺(0.2 mmol),还原剂硅烷(1mmol),溴化镍催化剂(5mol%),甲苯(1mL)。加入所有试剂完成后密封,放入预热油浴24h,温度设置为110oC,所得溶液冷却至室温。将所得的溶液过滤通过硅胶凝胶垫,并将反应液浓缩,通过柱色谱法纯化,得到所需的纯品。
过氧醋酸镍:向密封管中加入苯甲酰胺(0.2 mmol),还原剂硅烷(1mmol),过氧醋酸镍催化剂(5mol%),甲苯(1mL)。加入所有试剂完成后密封,放入预热油浴24h,温度设置为110oC,所得溶液冷却至室温。将所得的溶液过滤通过硅胶凝胶垫,并将反应液浓缩,通过柱色谱法纯化,得到所需的纯品。
温度筛选:封管中加入苯甲酰胺(0.2 mmol),还原剂硅烷(1mmol),金属催化剂(10mol%),甲苯(1mL)。加入所有试剂完成后密封,放入预热油浴24h,温度分别为110/120/130/140oC,所得溶液冷却至室温。将所得的溶液过滤通过硅胶凝胶垫,并将反应液浓缩,通过柱色谱法纯化,得到所需的纯品。
反应时间筛选:封管中加入苯甲酰胺(0.2 mmol),还原剂硅烷(1mmol),金属催化剂(10mol%),甲苯(1mL)。加入所有试剂完成后密封,放入预热油浴24/36h,温度分别为110C,所得溶液冷却至室温。将所得的溶液过滤通过硅胶凝胶垫,并将反应液浓缩,通过柱色谱法纯化,得到所需的纯品。
2.5 实验结果与讨
2.5.1 催化剂与还原剂的筛选
图4 催化剂与还原剂的筛选的反应式
表1 催化剂与还原剂的筛选的实验结果
序号 | 溶剂 | 催化剂 | 产率% |
1 | Ni(OAc)2·4H2O | 四甲基二硅氧烷 | 0 |
2 | Ni(Br)2 | 四甲基二硅氧烷 | 0 |
3 | Ni(OAc)2·4H2O | 三乙基硅烷 | 0 |
4 | Ni(Br)2 | 三乙基硅烷 | 10 |
5 | Ni(OAc)2·4H2O | 二苯基硅烷 | 0 |
6 | Ni(Br)2 | 二苯基硅烷 | 0 |
在实验的初期,需要确定合适的催化剂与还原剂,而本次实验初步选定两种催化剂与三种还原剂:溴化镍与过氧醋酸镍,四甲基二硅氧烷、三乙基硅烷与三苯基硅烷。
在第一次试验中,并没有获得理想的成果,之后通过增加催化剂与还原剂硅烷的使用量成功使反应正常进行并获得了设想的产物。在本次试验中,由于还原剂与催化剂加入量过少使反应无法进行,进而无法确定合适的催化剂与还原剂,所以在之后的反应中在改变催化剂与还原剂的同时,多种催化剂与还原剂同时进行反应以便确定合适的催化剂与还原剂。
由改变催化剂用量开始:
此实验统一使用四甲基二硅氧烷作为还原剂。
图5 改变催化剂用量的反应式
表2 改变催化剂用量的实验结果
序号 | 催化剂 | X(mol%) | 产率% |
1 | Ni(OAc)2·4H2O | 5 | 61 |
2 | Ni(OAc)2·4H2O | 10 | 53 |
3 | Ni(OAc)2·4H2O | 20 | 61 |
4 | Ni(Br)2 | 1 | 9 |
5 | Ni(Br)2 | 5 | 23 |
6 | Ni(Br)2 | 10 | 54 |
7 | Ni(Br)2 | 15 | 65 |
8 | Ni(Br)2 | 20 | 67 |
在此次实验中发现以过氧醋酸镍作为催化剂时反应有着明显的副反应发生,所以选择溴化镍作为催化剂,而以溴化镍做催化剂时在用量超过10mol%之后反应副产物也会增加,故而选择10mol%用量的溴化镍作为本实验的催化剂。
在这之后是硅烷的用量筛选:
图6 改变硅烷的用量的反应式
表3 硅烷的用量的筛选的实验结果
序号 | 催化剂 | X(eq) | 产率% |
1 | Ni(Br)2 | 2.5 | 48 |
2 | Ni(Br)2 | 5 | 54 |
3 | Ni(Br)2 | 7.5 | 69 |
在之前的反应中发现在还原性硅烷中只有四甲基二硅氧烷能够有少量反应其他硅烷基本不反应,本实验选用四甲基二硅氧烷作为还原剂。由上表的数据可以看出当还原剂用量达到7.5eq时反应效果最佳,但考虑到副反应与硅烷的价格最终选定5eq为合适的用量。
2.5.2 反应条件温度与时间的筛选
实验在筛选催化剂与还原剂的同时可以改变反应的条件确定不同条件下的反应效率,本实验所要筛选的条件是时间与温度。时间与温度均影响反应的效率,过高的温度与过长的反应时间均会导致反应的副产物增加减少目标产物含量,合适的温度与反应时间可以在保证反应的目标产物产率足够的情况下增加反应效率。
图7 改变反应温度的反应式
表4 改变反应温度的实验结果
序号 | 催化剂 | X(℃) | 产率% |
1 | Ni(OAc)2·4H2O | 110 | 53 |
2 | Ni(OAc)2·4H2O | 120 | 22 |
3 | Ni(OAc)2·4H2O | 130 | 14 |
Ni(Br)2 | 90 | 9 | |
4 | Ni(Br)2 | 110 | 54 |
5 | Ni(Br)2 | 120 | 68 |
6 | Ni(Br)2 | 130 | 78 |
7 | Ni(Br)2 | 140 | 82 |
在对于反应温度筛选试验中我们发现以过氧醋酸镍作为催化剂时反应的副反应随着反应温度升高一并增加,这也是选用溴化镍的一个原因。由表中数据我们可以发现反应的产率在140℃以下是随温度升高而升高的,但考虑到不同酰胺物质对于温度的耐受性不同,同时为了减少副反应的发生最终选定130℃为反应温度。
图8 反应时间的筛选
表5 反应时间的筛选实验结果
序号 | 催化剂 | X(h) | 产率% |
1 | Ni(Br)2 | 24 | 54 |
2 | Ni(Br)2 | 36 | 52 |
反应时间的增加所主要免临的主要问题是副反应的增加,而过短的反应时间也会导致反应无法完全进行减少产率。最终选定反应时间为24h。
2.6 章节小结
本次实验的目的是能够找到一种合适硅烷催化体系进行酰胺去氧还原反应,在试验前确定的催化剂有溴化镍与过氧醋酸镍,还原剂有四甲基二硅氧烷、三乙基硅烷与三苯基硅烷。
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