該反應之反應機構可以從文獻中知道,首先參考 2004 年 Bishop 的研 究 1,當起始物 1 直接與苯胼試劑 6 進行反應,由於 1 號氮上的電子,相較 於與苯環相連之 2 號氮上電子反應活性較佳,會和起始物 1 分別進行 1,4-或 1,2-加成反應。進行 1,4-加成反應會形成具取代基的 chalcone 結構,此時再 由 2 號氮的電子對羰基進行加成反應,脫去一個水分子後便得到具吡唑結構 的產物 2;而進行 1,2-加成反應則會產生具 C-N 雙鍵的 hydrazone 結構,此 時再由 2 號氮的電子對 4 號位進行加成反應形成產物 5。此兩種反應機構如 下圖 1.17 所示。
圖 1.17 以化合物 1 直接形成化合物 4、5 之反應機構
而在加入嗎啉與起始物 1 反應形成化合物 4,在酸性環境的催化下,
嗎啉基團會被質子化,形成了帶正電的中間物,此中間物相較於起始物 1 為 更好的麥可受體,可和水形成化合物 3,或是和苯胼進行 1,4 加成反應。若 是以苯胼做為麥可供體進行加成反應,其 2 號氮上的電子則會再和羰基進行 加成反應,脫去一個水分子後便得到具吡唑結構的產物 2,反應機構如下圖 1.18 所示。
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圖 1.18 以嗎啉試劑參與反應之反應機構
在水和苯胼共存的條件下,由於苯胼 1 號氮上電子的親核性較強,因 此會優先和帶正電的中間體進行反應,使得化合物 2 成為主要產物,然而若 將苯胼的反應活性降低,例如在苯胼上加上硝基等強拉電子基,則會使得水 解的優先性大於苯胼,而使化合物 3 成為主要產物。
而當反應所加入的酸過多時,由於酸的濃度升高,使得酸有機會催化 羰基的氧原子,使 2 號位的碳具有更強的正電性,進而讓苯胼進行 1,2-加成 反應,再進一步合環形成具吡唑結構的產物 5,反應機構如下圖 1.19 所示。
圖 1.19 化合物 3 進行 1,2-加成反應並合環形成產物 5 的反應機構 為 了 證 明 反 應 機 構 , 我 們 以 具 4- 甲 氧 基 的 起 始 物 1i , 以 及 benzohydrazide 作為活性較低的苯胼試劑進行本反應,可以順利得到未脫去
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水分子的中間產物,並由 X-ray 繞射光譜確認其結構,其結構圖如下圖 1.20 所示。
圖 1.20 以 benzohydrazide 得到未脫水的中間產物
最後以 NMR 光譜追蹤反應的過程,將所使用的試劑改為氘代溶劑,
同時為了能追蹤反應的過程,將酸的當量數降至 1-2 滴,,使反應可以延長 以便持續追蹤反應的進行,其結果如下圖所示:
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首先先將二苯基丙炔酮 1 及嗎啉分別偵測 NMR 光譜圖,將兩者混合 後,在室溫即可以反應生成具嗎啉取代基的中間物 4。另外將苯胼試劑測定 NMR 光譜後,與中間物 4 混合。
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苯胼試劑與中間物 4 混合後,加入 1-2 滴的 TFA ,並以微波加熱十分 鐘,便開始產生產物的特徵峰,即上圖中化學位移最高之訊號,以 10-15 分 鐘為一單位追蹤反應,可以發現產物的特徵峰逐漸升高,而中間物 4 的特徵 峰逐漸縮小。
於反應到達 60 分鐘時,再加入 3-5 滴 TFA 以促進反應的進行,當反 應持續加熱共 150 分鐘時,中間物 4 的特徵峰完全消失,僅剩產物及部分未 完全反應之苯胼的特徵峰。
就 NMR 光譜對本反應的追蹤觀察,首先可以證明本反應中確實有中 間物 4 的生成,且以中間物 4 與苯胼反應的過程中,未發現其他的訊號產生,
說明了取代合環的過程沒有產生其他的中間物,且以中間物 4 作為麥可受體,
與苯胼試劑反應的速度極快,在加成後直接合環形成具吡唑結構的化合物 2。
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