乙烯基膦酸酯與硝酮的反應研究

朱消非

(鄭州大學 學報編輯部，河南鄭州450001)

0 引言

自從乙烯基膦酸酯問世后，各種類型的乙烯基膦酸酯陸續被合成出來，人們對這些乙烯基膦酸酯的反應性能做了大量的研究工作，發現它們在有機合成中有著廣泛的應用.例如它可以形成膦酰基碳負離子再進行一些反應，還可以進行Ene反應、Diels-Alder反應、加成反應、氧化反應、不對稱羥胺基化反應、不對稱雙羥基化反應，以及烯上取代基的反應等［1－4］.然而，有關乙烯基膦酸酯與硝酮的環加成反應的報道為數不多.為考察磷酰基對不飽和烴與偶極子環加成反應的影響，本課題組前期研究了乙烯基膦酸酯與氧化腈的環加成反應［5－6］，作為該工作的延續，又研究了乙烯基膦酸酯與硝酮的環加成反應，發現該反應有三個產物.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

熔點用XT-5A顯微熔點測定儀測定，溫度計未經校正;元素分析用Yanaco CHN Corder MT-3型元素分析儀測定;氫譜用Bruker AC-P200型核磁共振波譜儀測定，TMS為內標;質譜用HP5988A質譜儀測定.所用試劑均為分析純，必要時需經過干燥處理或蒸餾.化合物1和2根據文獻方法合成［6］.

1.2 化合物的制備

4－膦酰基 －3－ 芳基 －N － 芳基 －1，2，3，4－四氫異噁唑(3)的合成.

向裝有溫度計的50 mL四口瓶中加入2.0 mmol乙烯基膦酸酯 1、2.2 mmol硝酮 2，無水苯15 ml，電磁攪拌，通氮氣保護，加熱回流24 h.反應完全后，旋干溶劑，通過柱層析分離得到目標產物3，除3c外，其它產物均為油狀液體，產物3、4和5比例通過粗產物的高效液相確定，測定的結果見表1.

表1 環加成反應產物的相對含量Tab.1 Relative content of cycloaddition products

圖1 乙烯基膦酸酯與硝酮的反應Fig.1 The reaction of vinylphosphonate with nitrone

2 結果與討論

乙烯基膦酸酯與硝酮的環加成反應，反應式見圖1示，得到3個產物，經粗品的HPLC分析確定化合物3個產物的相對含量，發現3為主產物，通過柱層析分離得到3，其結構經元素分析、質譜、核磁確證.為區分4和5的結構，利用制備液相分離開化合物 4c和 5c，通過 3c、4c、5c的1H NMR譜和質譜的比較確定了它們的結構.3c與4c、5c的氫譜差別很明顯，因此可斷定3c為4－膦酰基－1，2，3，4－四氫異噁唑，4c和5c為5－膦酰基 －1，2，3，4 － 四氫異噁唑.4c和5c的結構可通過質譜區分開，如果兩個芳香基團是處于五元環的同側，失去聯苯(－199)是有利的，而得到的4c和5c兩張質譜上都沒有m/z 207或206(M+－199)的峰，因此可確定兩個芳香基團是處于五元環的異側.從結構上分析，由于碳氧鍵和氧氮鍵均長于碳碳鍵，所以5c結構中，膦酰基和對硝基苯這兩個最大基團分處于五元環的兩側，應屬最穩定結構，分子離子峰應強于4c結構.此外，5c結構可以失去亞硝基苯(PhNO)形成不能形成這種結構的峰，所以沒有m/z 299的峰.

采用乙烯基膦酸酯與硝酮在甲苯中回流來制備目標產物，可能是因為溫度高，反應液顏色較深，造成柱層析分離純品困難.將反應溫度降到80℃，收率無明顯變化，但一次柱層析可制得目標產物的純品.另外改變溶劑，對目標產物的收率無明顯影響.從試驗結果可以看出，目標產物3的收率不太高，這是因為C-芳基-N-苯基硝酮本身不穩定，在加熱的條件下更容易二聚，影響了環加成產物的收率.分離得到了反應液中硝酮的二聚產物，圖2為C-對氟苯基-N-苯基硝酮的二聚體的1H NMR譜圖，測得其熔點為142～144℃.

圖2 C-對氟苯基-N-苯基硝酮的二聚體的1H NMR譜圖Fig.2 1H NMR spectrum of Dimerization of C-p-fluorobenzyl-N-benzylnitrone

3 結論

乙烯基膦酸酯與偶極子的環加成反應是構建新型結構的膦酰基雜環化合物的好方法，具有操作簡便、收率較高、原子經濟性等優點;乙烯基膦酸酯與硝酮的環加成反應有三個產物，主產物為4-膦酰基-3-芳基-四氫異噁唑;此外，本文的研究對［2+3］周環反應的區域選擇性和立體選擇性的影響因素提供了有價值的數據.

［1］HOU K K N ，SIMS J ，WATTS C R ，et al.The origin of reactivity，regioselectivity，and periselectivity in 1，3-dipolar cycloadditions［J］.J Am Chem Soc，1973，95(22)：7301－7305.

［2］SIMS J，HOU K K N.Reversal of nit rone cycloaddition regioselectivity with electron deficient dipolarophiles［J］.J Am Chem Soc，1973，95(17)：5798－5801.

［3］汪曉敏，姜妲，唐明生.C，N－二甲基硝酮與丙烯腈1，3偶極環加成反應的理論研究［J］.鄭州大學學報：理學版，2006，38(2)：96 －100.

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［5］YE Yong，Zheng Y，Xu G，et al.Reaction of nitrile oxides with vinylphosphonate：a facile，regioselective approach to 5-phosphonyl-4，5-dihydroisoxazoles［J］.Heteroatom Chemistry，2003，14(3)：254－257.

［6］YE Yong，Xu G，Zheng Y，et al.Cycloaddition of nitrile oxides to substituted vinylphosphonates［J］.Heteroatom Chemistry，2003，14(4)：309－311.