合環反應反應機構探討及環化產物化學結構鑑定

推導其化學反應機制如下：以含氮炔基支鏈的環氧基環己酮化合物為 例 ΙΙ-85a。起始物 ΙΙ-85a 在催化劑布忍司特酸－雙三氟甲基磺醯亞胺 (NHTf2，bis-(trifluoromethanesulfonyl) imide)的催化下，氫離子會先質子 化環氧基，接著氧上孤對電子會回推，進行 hydride-shift，而得到中間體含 氮炔基支 鏈的環己 二酮 ΙΙ-110，再 進行 烯醇-酮互 變異構 化(enol-keto tautomerization)，生成中間產物 ΙΙ-110。接著，再經由酸催化，質子化酮 基，型成中間體 ΙΙ-112，再進行炔－酮置換反應。由先前文獻推測反應會 經由生成中間體氧環丁烯 ΙΙ-113。再經由[2+2]逆環加成反應，得到 ΙΙ-114a，

最 後 經 由 烯 醇 - 酮 互 變 異 構 化 ， 即 可 以 得 到 具 有 異 喹 啉 結 構 的 產 物 ΙΙ-108a(流程 2-17)。

流程 2-17

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產物 II-108a 結構分析如下： ¹H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.98 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.69-7.61 (m, 3 H), 7.54 (t, J = 7.8 Hz, 2 H), 7.29 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 4.59 (dd, J = 7.3 Hz, 5.5 Hz, 1 H), 4.10 (d, J = 16.5 Hz, 1 H), 3.77 (ddd, J = 12.3 Hz, 5.5 Hz, 1.0 Hz, 1 H), 3.56 (ddd, J = 16.4 Hz, 4.9 Hz, 2.5 Hz, 1 H), 3.08 (dd, J = 12.3 Hz, 7.8 Hz, 1 H), 2.46-2.39 (m, 2 H), 2.41 (s, 3 H), 2.39-2.28 (m, 1H), 2.12-1.84 (m, 3 H)。

產物 II-108a 和起始物 II-85a 的 ¹H NMR 光譜圖進行對照，起始物 II-85ª 結構中的氮相鄰兩邊碳上的氫(4.52 ppm, 4.25 ppm, 4.02 ppm, 3.44 ppm)及位於環氧基相鄰碳上的氫(3.93 ppm)化學位移明顯的改變。

由產物 II-108ª 的¹H NMR 光譜圖分析，判定 4.59 ppm 為 H-9，4.10 ppm 為 H-7’，3.77 ppm 為 H-8’，3.56 ppm 為 H-7，3.08ppm 為 H-8。藉由耦合 常數來確定 H-8’ (J = 12.3 Hz)和 H-8 (J = 12.3 Hz)為同一個碳上的氫。H-9 (J = 7.3 Hz, 5.5 Hz) 則會受到 H-8 (J = 7.8 Hz)、H-8’ (J = 5.5 Hz) 影響而分 裂成 doublet of doublet。而 H-7 除了會受到同一個碳上的氫 H-7’互相耦合，

還會受到 W 構型的⁵J 的影響而有分裂因此具有 ddd 分裂。

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10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ppm

1.09211.04192.10324.0345

1.0073

1.0151

0.98351.00380.99541.0000

1.97615.1363

1.9792

圖 2-2 化合物 ΙΙ-85a ¹H NMR 光譜圖

圖 2-3 化合物 ΙΙ-108a ¹H NMR 光譜圖

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起始物 II-85a 由¹³C NMR 光譜圖可以觀察炔基位於 85.7 ppm 及 82.0ppm，以及分子內具有一個酮基。

由產物 II-108a 的¹³C NMR 光譜可以得知，分子結構中具有兩個羰基。

由 DEPT-135 可以得知，此化合物具有五個二級碳；由 ¹³C NMR 光譜及 DEPT-90 光譜中可以判斷 21.5 ppm 為甲苯磺醯基上甲基的一級碳；而 48.7 ppm 為 C-9 的三級碳。

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 ppm

圖 2-4 化合物 ΙΙ-85a ¹³C NMR 光譜圖

圖 2-5 化合物 ΙΙ-108a ¹³C NMR、DEPT-135 及 DEPT-90 光譜圖

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由圖 2-4 產物 ΙΙ-108a HSQC 光譜圖判斷 C-9 (48.7 ppm)為一個三級碳，

C-9 上的氫 H-9 之化學位移為 4.59 ppm；C-8(46.1ppm)上的氫 H-8’及 H-8 之化學位移分別為 3.77ppm 及 3.08 ppm；C-7(43.1 ppm)上的氫 H-7’及 H-7 之化學位移分別為 4.10 ppm 及 3.56 ppm。

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由¹H-¹H COSY 光譜圖可以確認 H-7 只有對應到 H-7’，因此確認為同 一碳上的氫。H-8 除了對應到 H-8’以外，還對應到 H-9。因此確認 H-8 和 H-8’為同一碳上的氫，且 H-9 為相鄰碳上的氫。

圖 2-7 化合物 ΙΙ-108a 的¹H-¹H COSY 光譜圖

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由 NOESY 光譜可以觀察到 H-7’與 H-8’兩個原子核的空間距離較為接 近，具有 NOE 效應，因此推論 H-7’與 H-8’為同向的氫。H-9 與 H-8’、H-8 空間距離較為相近，因此具有 NOE 效應。H-7 與 H-8 具有 NOE 效應，因 此推論兩者為同向的氫。

圖 2-8 化合物 ΙΙ-108a NOESY 光譜圖

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最後，由 X-ray 繞射分析圖證明產物Ⅱ-108a 其結構。

^-108a

N O

O

S O O

圖 2-9 化合物 ΙΙ-108a X-ray 繞射分析光譜圖

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利用起始物 ΙΙ-85g，鄰位具有酯基的取代的芳香環化合物，進行相同 條件的環化反應。預期環化產物為 ΙΙ-108g，測量得到的¹H NMR 光譜圖及

13C NMR 光譜圖不符合預期結果。推測產物 ΙΙ-108g 在鄰位有酯基取代，

造成結構上利於進行由烯醇-酮互變異構化 (enol-keto tautomerization)形 成共振式 ΙΙ-115，在經由一次烯醇-酮互變異構化形成共振式 ΙΙ-104a。綜 合以上三種共振式結構，而造成¹H NMR 光譜圖及¹³C NMR 光譜圖和其他 取代基較為不同。(式 2-10)。

(式 2-10)

H-7'的化學位移為 5.01 ppm，H-7’受到結構中的酯基上的酮基去遮蔽 的影響，造成 H-7’化學位移較為 downfield。由 H-7 與 H-7'具有相同的耦 合常數為 14.5 Hz，因此確認為同一個碳上的氫。H-8 與 H-8’為互相耦合的 氫，具有相同的耦合常數為 17.0 Hz。

36 ppm)比較，顯得化學位移 downfield 許多。因此推測化合物 ΙΙ-103g 受到共 結構結存在的影響，造成¹³C NMR 光譜圖和預測不相同。

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ppm

圖 2-11 化合物 ΙΙ-108g ¹³C NMR 光譜圖

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2.3.4 3,5,5-三甲基含氮炔基支鏈之環氧基環己酮的製備 A. 環己烯酮醇化合物 ΙΙ-93 的製備

使用 Isophorone ΙΙ-94 作為起始物，依 Morita-Baylis-Hillman 的反應條 件進行 1,4-加成反應，生成化合物 ΙΙ-93(式 2-11)。

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將含氮炔基環氧基酮化合物 ΙΙ-91 在鈀及碘化酮催化劑催化下，和芳 香族碘化物或芳香族溴化物進行 Sonogashira 反應，即得到末端取代為芳香 族的含氮炔基支鏈之環氧基環己酮化合物 ΙΙ-86(表 2-7)。

表 2-7

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