無催化劑下烯烴雙官能團化反應

(浙江工業大學 化學工程學院，浙江 杭州 310014)

在查閱各種文獻的基礎上，筆者通過大量實驗，發展了一種以烯烴、NIS和3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮為原料在室溫下一步合成3-碘-2-氧烯烴加成產物的碘氧雙官能團化新反應。該反應無需任何催化劑，且具有良好的區域選擇性和操作便捷性。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

儀器：1H NMR和13C NMR用Bruker Advance Ⅲ 500 MHz型核磁共振儀(TMS作為內標，CDCl3作為溶劑)；反應過程用薄層色譜跟蹤和分析，除特殊注明需要用碘缸顯色外，其他的均用型號為ZF-I的三用紫外分析儀鑒別；柱色譜為柱層析硅膠(青島海洋化工)。所有反應均在封管中進行，采用磁力攪拌。

主要溶劑和試劑均為市售分析純或者化學純，如無特殊說明無需處理。

1.2 實驗方法

稱取3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮(0.5 mmol，0.082 g)、NIS(1.0 mmol, 0.225 g)和苯乙烯(1.0 mmol，0.104 g)依次加入到25 mL的封管中，用5 mL一次性進樣針量取4 mL 1,2-二氯乙烷(DCE)作為溶劑，室溫下(25 ℃)攪拌，24 h后點板顯示反應結束。反應液用布氏漏斗過濾，用乙酸乙酯洗滌濾渣3 次(每次5 mL)，濾液轉移到50 mL的梨形瓶中，經旋蒸濃縮后用V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=15∶1柱層析分離得到淺黃色固體的目標產物3-(2-碘-1-苯基乙氧基)苯并[d][1,2,3]三嗪-4(3H)-酮，0.137 g，產率為70%。

2 結果與討論

2.1 反應條件優化

以苯乙烯(1.0 mmol，0.104 g)、3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮(0.5 mmol，0.082 g)和NIS(1.0 mmol，0.225 g)為模型反應的底物，以二氯甲烷(DCM)為溶劑，在室溫(25 ℃)條件下反應24 h，成功分離得到了產率為50%的目標產物IVa，筆者在此基礎上展開了進一步的反應條件優化。反應方程式為

2.1.1 溶劑對反應的影響

首先對反應的溶劑進行了篩選。在進而采用的THF，DCE，DMF，1,4-dioxane，CH3CN，Toluene等溶劑中，意外地發現與DCM具有類似結構的1,2-二氯乙烷(DCE)作為溶劑，能夠獲得較好的產率(70%)，而反應在DMF中的產率最低(11%)，結果如表1所示。

表1 溶劑對反應的影響Table 1 The effect of solvent on the reaction

2.1.2 溫度對反應的影響

在以DCE為溶劑取得較優產率后，筆者嘗試對反應溫度進行篩選。實驗結果表明降低溫度對反應不利。這可能是因為溫度降低減慢了反應的速率，同時反應溫度升高導致產率降低或許與含碘化合物的熱穩定性差有關，結果如表2所示。

表2 溫度對反應的影響Table 2 The effect of temperature on the reaction

2.1.3 催化劑對反應的影響

找到較優反應溶劑和反應溫度后，筆者試圖在反應催化劑上展開甄選以提高反應產率，在查閱文獻基礎上[15-18]，選擇了一些廉價的銨鹽作為反應催化劑，如表3所示。實驗結果表明：只有當采用摩爾分數為20%的醋酸銨為催化劑時，反應的產率(71%)與無催化劑反應體系的產率(70%)相當，但考慮到反應經濟性，最終選擇了不使用催化劑。

表3 催化劑對反應的影響Table 3 The effect of catalyst on the reaction

2.2 底物拓展

在獲得的最優反應條件下(苯乙烯(1.0 mmol，0.104 g)，NIS(1.0 mmol，0.225 g)，3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮(0.5 mmol, 0.082 g，反應溫度25 ℃)，以DCE為溶劑，筆者對該烯烴的碘氧雙官能團化反應的普適性進行了考察。結果發現：芳香烯烴芳環上無論連有吸電子基團還是供電子基團反應都能進行，產物具有較好的區域選擇性；底物為間氯苯乙烯時，分離過程的Rf值為0.5，區域選擇性較差，反應得到了IVd和IVd′的混合物，其質量比大約是2∶1；當以脂肪族烯烴為底物時，也可以順利得到相應的產物，但當底物為雜環烯烴2-乙烯基吡啶時，反應沒有給出目標產物。底物拓展結果為

3 產物表征

IVa：淺黃色固體，熔點106～108 ℃；1H NMR (500 MHz，CDCl3)δ為8.237～8.219 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H), 8.043～8.027 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H)，7.861～7.828 (m, 1H，Ar-H)，7.708～7.676 (m, 1H，Ar-H)，7.448～7.411 (m, 2H，Ar-H), 7.291～7.175 (m, 3H，Ar-H), 5.713～5.685 (dd,J1=7.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH), 3.776～3.743 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH2), 3.624～3.587 (dd,J1=10.5 Hz,J2=8.0 Hz, 1H，CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.05, 143.69, 135.12, 134.91, 132.26, 129.74, 128.62, 128.52, 128.02, 125.39, 121.95, 88.78, 3.44；ESI-HRMSm/zC15H12IN3O2[M+H]+理論值393. 0, 檢測值393.0。

IVb：白色固體，熔點134～136 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.347～8.329 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H, Ar-H), 8.155～8.139 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.966～7.933 (m, 1H，Ar-H), 7.812～7.779 (m, 1H，Ar-H), 7.679～7.662 (m, 1H，Ar-H), 7.298～7.235 (m, 2H，Ar-H), 7.161～7.147 (d,J=7.0 Hz, 1H，Ar-H), 6.138～6.109 (dd,J1=8.0 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH), 3.840～3.807 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH2), 3.732～3.615 (dd,J1=10.0 Hz,J2=8.0 Hz, 1H，CH2), 2.444 (s, 3H，CH3)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.25, 143.82, 137.22, 135.04, 133.72, 132.39, 130.68, 129.52, 128.75, 127.53, 126.98, 125.53, 122.06, 85.22, 19.46, 3.38；ESI-HRMSm/zC16H14IN3O2[M+H]+理論值407.0, 檢測值407.0。

IVc：白色固體，熔點117～119 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.326～8.308 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.134～8.118 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.953～7.920 (m, 1H，Ar-H), 7.779～7.767 (m, 1H，Ar-H), 7.444～7.415 (m, 2H, Ar-H), 6.886～6.856 (m, 2H，Ar-H), 5.785～5.757 (dd,J1=8.0 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH), 3.873～3.846 (dd,J1=10 Hz,J2=6 Hz, 1H，CH2), 3.779 (s, 3H，CH3), 3.704～3.667 (dd,J1=10.5 Hz,J2=8.0 Hz, 1H, CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為160.58, 151.10, 143.74, 134.91, 132.26, 129.56, 128.64, 126.99, 125.42, 121.99, 113.92, 88.62, 65.17, 3.63；ESI-HRMSm/zC16H14IN3O3[M+H]+理論值423.0, 檢測值423.0。

IVd，IVd′：淺黃色固體，熔點112～124 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.342～8.315 (ddd,J1=8.0 Hz,J2=4.5 Hz,J3=1.0 Hz, 3H，Ar-H), 8.176～8.099 (m, 3H，Ar-H), 7.989～7.941 (m, 3H，Ar-H), 7.825～7.788 (m, 3H，Ar-H), 7.520～7.502 (m, 3H，Ar-H), 7.461～7.420 (ddd,J1=14.5Hz,J2=7.5 Hz,J3=5.0 Hz, 3H，Ar-H), 7.358～7.311 (m, 4H，Ar-H), 7.249～7.211 (t,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.152～7.134 (m, 1H，Ar-H), 5.741～5.694 (dd,J1=8.0 Hz,J2=6.0 Hz, 2H，CH2), 5.550～5.519 (dd,J1=10.0 Hz,J2=5.5 Hz, 1H，CH), 5.131～5.089 (t,J=10.5 Hz, 1H，CH), 4.907～4.874 (dd,J1=11.0 Hz,J2=5.5 Hz, 1H，CH), 3.831～3.798 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.0 Hz, 2H，CH2), 3.673～3.635 (m, 2H，CH2)；ESI-HRMSm/zC15H11ClIN3O2[M+H]+理論值427.0，實測值427.0。

IVe：白色固體，熔點125～127 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.358～8.340 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.160～8.145 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.977～7.915 (m, 1H，Ar-H), 7.824～7.791 (dt,J1=23.5 Hz,J2=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.425～7.409 (d,J=8.0 Hz, 2H，Ar-H), 7.200～7.141 (t,J=8 Hz, 2H，Ar-H), 5.805～5.777 (dd,J1=8.0 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH2), 3.887～3.853 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH2), 3.727～3.690 (dd,J1=10.5 Hz,J2=8.0 Hz, 1H，CH), 2.349 (s, 3H，CH3)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.48, 144.15, 140.18, 135.27, 132.61, 132.50, 129.66, 129.03, 128.38, 125.83, 122.41, 89. 17, 21.62, 3.91；ESI-HRMSm/zC16H14IN3O2[M+H]+理論值407.0, 實測值407.0。

IVf：白色固體，熔點125～127 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.333～8.315 (dd,J1=8.0Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.136～8.120 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.949～7.916 (m, 1H，Ar-H), 7.796～7.764 (m, 1H，Ar-H), 7.469～7.452 (d,J=8.5 Hz, 2H，Ar-H), 7.395～7.378 (m, 2H，Ar-H), 5.798～5.771 (t,J=7.0 Hz, 1H，CH2), 3.855～3.821 (dd,J1=10. 5Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH2), 3.719～3. 683 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH), 1.286 (s, 9H，C(CH3)3)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為152.82, 143.78, 134.92, 132.27, 132.14, 128. 65, 127.71, 125.53, 125.43, 122.08, 88.74, 88.08, 34.65, 31.17, 3.66；ESI-HRMSm/zC19H20IN3O2[M+H]+理論值449.1, 實測值449.1。

IVg：白色固體，熔點141～143 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.289～8.271 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.088～8.072 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.951=7.890 (m, 1H，Ar-H), 7.784～7.741 (m, 1H，Ar-H), 7.481～7.445 (m, 2H，Ar-H), 7.336～7.293 (m, 3H，Ar-H), 5.682～5.665 (d,J=8.5 Hz, 1H，CH), 4.780～4.723 (m, 1H，CH), 2.306～2.293 (d,J=6.5 Hz, 3H，CH3)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.01, 143.72, 135.40, 134.89, 132. 23, 129.63, 128.17, 128.65, 128.15, 125.37, 121.98, 92.52, 25.56, 24.79；ESI-HRMSm/zC16H14IN3O2[M+H]+理論值407.0，實測值407.0。

IVh：白色固體，熔點114～116 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.215～8.197 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.034～8.018 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.859～7.826 (m, 1H，Ar-H), 7.704～7.672 (m, 1H，Ar-H), 7.437～7.409 (m, 2H，Ar-H), 6.970～6.936 (t,J=8.5 Hz, 2H，Ar-H), 5.682=5.654 (dd,J1=8.0 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH), 3.762～3.729 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH2), 3.591～3.554 (dd,J1=10.0 Hz,J2=8.0 Hz, 1H，CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為163.61 (d,1JC-F=247.5 Hz), 151.33, 143.99, 135.33, 132.69, 131.40(d,4JC-F=2.5 Hz), 130.37(d,3JC-F=2.5 Hz), 128.99, 125.70, 122.24, 115.92 (d,2JC-F=21.25 Hz), 88.33, 3.80；ESI-HRMSm/zC15H11FIN3O2[M+H]+理論值411.0, 實測值411.0。

IVi：淺黃色固體，熔點113～115 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.391～8.373 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.221～8.205 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.004～7.971 (m, 1H，Ar-H), 7.848～7.816 (m, 1H，Ar-H), 7.676～7.661 (d,J=7.5 Hz, 1H，Ar-H), 7.438～7.407 (td,J1=7.5,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.364～7.306 (m, 2H，Ar-H), 6.269～6.265 (d,J=2.0 Hz, 1H，CH2), 5.083～5.062 (m, 1H，CH), 4.136～4.089 (m, 1H，CH2), 3.434 (dd,J1=14.5 Hz,J2=12.0 Hz, 1H，CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.46, 143.99, 143.17, 135.54, 135.13, 132.49, 130.84, 128.86, 127.55, 127.01, 125.59, 125.16, 122.19, 99.22, 43.87, 23.63；ESI- HRMSm/zC16H12IN3O2[M+H]+理論值405.0，實測值405.0。

IVj：淺黃色固體，熔點83～85 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.347～8.329 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.181～8.165 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.990～7.956 (m, 1H，Ar-H), 7.831～.786 (m, 1H，Ar-H), 4.754～4.723 (td,J1=6.0,J2=3.5 Hz, 1H，CH), 4.580～4.548 (dd,J1=10.0 Hz,J2=6.0 Hz, 1H，CH), 2.519～2.458 (m, 1H，CH2), 2.273～2.270 (m, 1H，CH2), 2.023～1.942 (m, 2H，CH2), 1.926～1.856 (m, 1H，CH2), 1.706～1.624 (m,1H，CH2), 1.562～1.457 (m, 2H，CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.32, 143.83, 135.01, 132.36, 128.66, 125.45, 122.06, 88.17, 34.07, 28.44, 27.24, 24.16, 21.59；ESI-HRMSm/zC13H14IN3O2[M+H]+理論值371.0, 實測值371.0。

IVk：白色固體，熔點128～130 ℃；1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.284～8.266 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.0 Hz, 1H，Ar-H), 8.057～8.041 (d,J=8.0 Hz, 1H，Ar-H), 7.892 ～7.838 (m, 3H，Ar-H), 7.809～7.790 (dd,J1=8.0 Hz,J2=1.5 Hz, 2H，Ar-H), 7.726～7.695 (m, 2H，Ar-H), 7.487～7.433 (m, 2H，Ar-H), 5.980～5.952 (dd,J1=7.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH), 3. 943～3.909 (dd,J1=10.5 Hz,J2=6.5 Hz, 1H，CH2), 3.777～3.740 (dd,J1=10.5,J2=8.0 Hz, 1H，CH2)；13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為151.53, 144.11, 135.32, 134.25, 133.08, 133. 01, 132.67, 129.08, 129.04, 129.83, 128.62, 128.13, 127.21, 126.79, 125.80, 124.75, 122.38, 89.41, 39.50；ESI-HRMSm/zC19H14IN3O2[M+H]+理論值443.2, 實測值443.2。

4 結 論

在反應溫度為25 ℃下，以二氯乙烷為溶劑，采用摩爾比為2∶1∶2的烯烴、3-羥基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮和NIS，通過三組分加成反應實現了烯烴的碘氧雙官能團化反應，成功地合成了一系列的3-(2-碘代-1-苯基乙氧基)苯并三嗪類化合物。所有產物均經1H NMR，13C NMR確認。該反應具有條件溫和、底物適用范圍較好和區域選擇性好等優點。同時，在查閱文獻的基礎上，推測該反應產物可以被鋅粉等試劑還原成2-碘代苯乙醇類化合物，后續將展開相關的研究。