第二章 含氮醚類九員環環氧化物的合成
2.3 實驗結果與討論
2.3.2 以金(I)離子催化合成含氮醚類九員環環氧化物
先前本實驗室已成功使含氮烯炔醇化合物在室溫下以 PPh3AuCl 和 AgOTf 進行環化反應得到順式的 3,4 號雙取代的吡咯啶（式 2-16）2。
（式 2-16）
在這裡，我們使用同樣的條件，對順式的含氮炔醇環氧化物使用 10 mol%的氯化三苯基膦金和三氟甲磺酸銀，以二氯甲烷作為溶劑，在室溫下 反應。結果得到了含氮醚類九員環環氧化物（式 2-17）。而反式的環氧化 物，在相同條件下並沒有任何反應。推測可能是因為環張力太大，因此不 易生成17。
（式 2-17）
先前已經由實驗室的學姊將環化條件最佳化 17：在室溫下，以乾燥過 的二氯甲烷做為溶劑，利用氯化三苯膦基金和三氟甲磺酸銀進行共催化，
反應 24 小時後可得到最高產率 25 %，而起始物則回收 58 %。我們也嘗試 將反應繼續放至更長時間，但是產率幾乎不變，而加熱則會使起始物分解。
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接著改變末端炔上不同的取代基，展開一系列的環化反應，再根據結果做 討論，了解其反應的特性（表 2-3）。
表 2-3：不同芳香族取代環化結果
觀察各個不同取代基合環結果，芳香族取代產率約在 16-34%，而取代 基若有立體障礙存在，將使得產率降低（ entry 7,8）。苯環上具有鄰位酯 基取代和對位硝基取代時，炔基無法提供電子與金配位，所以無任何反應 發生（entry 12, 13）。同時也將取代基改變為烷基（entry 9, 10, 11），產率 皆比芳香族取代高出許多，其原因為：立體障礙越來越小，由此三個例子 可發現一個趨勢，當取代基越小，產率越高，因此甲基取代的產率可達 69
%。若是芳香族取代的環化反應，以 TLC 確認反應時，除產物和起始物之 外，也會發現其它極性與起始物相近的未知物，推測可能是羥基攻打環氧
24 有產生，此分裂通常為 doublet of doublet（圖 2-1）。而在 4-甲苯基取代、
間位酯基取代則為 triplet（圖 2-4、2-5），觀察萘取代的氫譜，在 5.30 ppm
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圖 2-2：化合物 II-68b 的13C NMR 光譜圖
圖 2-3：化合物 II-68b 的 X-ray 繞射圖
圖 2-4：產物 II-68f 的1H NMR 光譜圖
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圖 2-5：產物 II-68h 的1H NMR 光譜圖
另外，觀察烷基取代的環化反應，對照芳香族取代的環化產物氫譜，
化學位移會有所改變。最明顯的不同是雙鍵上的氫，其化學位移在烷基取 代時略在 4.65 ppm 左右，因為末端炔取代由芳香族變為烷基後，失去了 共振效應，deshielding effect 減弱，因此化學位移便向右移（圖 2-8）。觀 察到甲基取代為 triplet（圖 2-11），另外的丁基和丙烯基取代則是 doublet of doublet。圖 2-6 為丙烯基取代之環化產物，即使取代基上有雙鍵仍可以順 利得到產物。從起始物和產物的氫譜便可判定丙烯基取代並未發生反應。
而 H-6 因為雙鍵與氧可產生共振所以具有 shielding effect。同樣由1H NMR、
13C NMR 之光譜數據、X-ray 繞射分析圖鑑定結構（圖 2-8、2-9、2-10）。
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160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 ppm
圖 2-9：產物 II-68n 的13C NMR 光譜圖
圖 2-10：產物 II-68n 的 X-ray 繞射圖
圖 2-11：產物 II-68l 的1H NMR 光譜圖
根據本實驗室在 2010 年發表將含氮烯炔醇利用金銀共催化合成吡咯 啶2，推測含氮醚類九員環環氧化物形成反應機制如下：
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流程 2-11：九員環產物生成機構
金與含氮烯炔醇化合物的炔鍵配位誘使羥基攻打後，形成九員環中間 體，接著再進行克萊森類型重排反應以及金的還原除去而得到產物。在這 裡環氧化物在羥基攻打炔鍵形成中間體 II-70 後，由於雙鍵已被氧化為環 氧基，因此不會發生分子內克萊森類型重排反應，於是獲得含氮醚類九員 環環氧化物。這證明了在本實驗室先前推測的反應機制中，九員環中間體 確實的存在。
在取代基為間位硝基苯和間位酯基苯時，除了九員環產物之外，還有 另一個少許產物點生成。純化後，測得氫譜也具有不同的化學位移，如下 圖（圖 2-12）：
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圖 2-12：產物II-68g及未知產物II-71g的1H NMR光譜圖
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圖 2-13：產物II-68h及未知產物II-71h的1H NMR光譜圖
將含氮醚類九員環環氧化物的的氫譜與此未知產物做比較後，不同於 5.30 ppm的三重峰，此未知產物在 5.70 ppm左右產生一根單峰，因此推測 這產物是金與炔鍵配位之後，羥基攻打炔基另一碳，因此得到的產物可能 為含氮醚類八員環環氧化物II-71。以下利用產物II-71g的 1H-1H COSY和
1H-13C HMQC以及1H-1H NOSEY（圖 2-14、圖 2-15、圖 2-16）做鑒定：
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圖 2-14：產物II-71g的1H-1H COSY圖
探討1H-1H COSY圖譜，H-6，也就是雙鍵上的氫不與其他的氫產生偶 合，H-7 也未與其他的氫產生偶合。H-3 則是與H-2 產生偶合，而H-2 和H-1 化學位移差異不大，可從H-2 可以推出其H-1 的化學位移，再由H-1 找出其 相連的氫H-9。所以此產物可能為含氮醚類八員環環氧化物（表 2-4）。
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圖 2-15：產物II-71g的1H-13C HMQC圖
經1H-1H COSY圖判斷相對應的氫之後，再觀察1H-13C HMQC圖譜，
H-1、H-2 化學位移接近，而碳譜上兩者也是重疊，H-9、H-9’則是在同一 個碳上，再看H-3、H-3’也是屬於同一個碳上的氫。所以判定此產物為含氮 醚類八員環環氧化物（表 2-4）。
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圖 2-16：產物II-71g的1H-1H NOSEY圖
另外觀察NOSEY圖譜，H-6 與H-7 在空間上有關聯而與H-9 無關聯，
因此判定雙鍵屬於 Z-form，而H-6 受到苯環的影響，具有deshielding effect
，因此化學位移較九員環化合物的H-6 大。另外將所得八員環產物整理如 下表：
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表 2-4：含氮醚類八員環環化產物結果
從這兩個例子推測發生機制如下：
流程 2-12：八員環產物生成機構
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受到拉電子基的影響，炔鍵的電荷密度非常的低，但是拉電子基並不 會使得炔鍵無法與金配位。而此時羥基便可選擇攻打另一個碳，接著進行 金的還原除去進而形成八員環化合物。當取代基為對位硝基苯和鄰位酯基 苯時，由於可使炔鍵共振，令其無法與金配位，因此不發生反應。而取代 基為間位硝基苯和間位酯基苯時，其金銀催化環化反應途徑可能有以下兩 種：
圖 2-17