2-1 反應條件的篩選
2-1-1 製備多取代萘呋喃方式
實驗室製備的醋酸酯(acetate)110 和萘酚 109 (2-naphthol)為起始物,用碳酸 銫為催化劑催化其反應,得到產物萘呋喃 111(napthofuran),產率到達 91%。
式二十五、醋酸酯 110 和萘酚 109,碳酸銫為催化劑,製備產物萘呋喃 111
2-1-2 以製備多取代萘呋喃方式製備苯呋喃 112
苯呋喃 112逆合成分析,以苯酚(phenol)113 和醋酸酯110 為起始物,與式二
十五相同反應條件。反應得到的產物,為進行Michael reaction 的酯類 114,非進 行合環之後的苯呋喃(式二十六),因此置換碳酸銫為其他金屬,對反應進行催化。
式二十六、以製備多取代萘呋喃方式製備苯呋喃 112
16 (Aluminum oxide)為催化劑,得到產物苯呋喃 107(式二十六)。苯酚 113 和醋酸酯 110 為起始物,使用相同的反應條件,在反應 24 小時之後,起始物完全分解掉。
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物為苯呋喃。三號取代的苯酚,起始物 119 和 120產生很微量的新點,但起始物
的大部分殘留,起始物 120 和 121,經過三天後,沒有任何反應,甲氧基(Methoxy)
和二甲胺基(Dimethylamino)取代的苯酚 123 和 124,在 TLC 片上都產生新的點,
二甲胺基苯酚 124 的產物,從光譜上判斷為苯呋喃,甲氧基苯酚 123 的產物光譜,
可能為兩種化合物,在 TLC 上同一個點。四號單取代苯酚 125 和 126,反應三 天後,起始物幾乎都殘留,沒有反應。結論,以苯酚 115 及苯酚 124 為最適合之 苯酚衍生物。
圖四、碳酸銫為催化劑,探討其他取代基的苯酚及相同的醋酸酯110 的反應
19 子能力較強的呋喃和噻吩( thiophen ),產率為 89%和 91% (entries 5、6),產率明 顯的提高。取代基為烷基(entry7),產率為 31%,明顯的下降許多,因此推斷取
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表二、苯酚 115 對不同取代基的醋酸酯進行反應
2-2-2 反應機構的探討
苯酚 115 與醋酸酯反應,得到苯呋喃的反應機構有幾種可能性,分別討論:
苯酚 115 氧原子電子回推,由苯環上的碳原子,攻擊烯丙基醋酸酯 110,進行 SN2’
反應,進行 Oxa-Michael 反應;第二種情形,苯酚 115 氧原子電子回推,由苯環 上的碳原子,攻擊烯丙基醋酸酯,進行 SN2 反應,進行 Oxa-Michael 反應;或是,
苯酚 115 氧原子電子,攻擊烯丙基醋酸酯,進行 SN2’反應,進行 Michael 反應;
最後,苯酚 115 氧原子電子,攻擊烯丙基醋酸酯,進行 SN2 反應,進行 Michael 反應(圖五)。
圖五、可能的反應機構
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從圖五看出,四種不同的反應機構,產生同分異構物的產物。可先從光譜 上分辨四種結構分子,圖六為產物 132 氫原子 NMR 光譜,取代基在呋喃的二號 碳原子位置和三號碳原子位置,光譜的吸收峰差異很小。圖七為產物 132 碳原子 NMR 光譜,相同的,無法由光譜分辨取代基的位置。圖八為產物 135 的氫原子 NMR 光譜,取代基為烷基,由於烷基和羰基的極性差異,因此,分辨出取代基 與呋喃中間,相鄰一個碳原子,但無法分辨取代基在呋喃的二號位置或三號位置。
圖六、產物 132 氫原子 NMR 光譜
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圖七、產物 132 碳原子 NMR 光譜
圖八、產物 135 氫原子 NMR 光譜
圖九為產物 132 與 133 分子,經由再結晶,X-ray 晶體繞射分析,取代基與 呋喃中間,相鄰一個碳原子,與產物 135 氫譜推測的結果相同,取代基是在呋喃
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的三號碳原子位置,因此推論,反應機構是進行 SN2´反應,進行 Oxa-Michael 反應。
圖九、產物 132 與 133 的晶體結構
圖十為反應機構,苯酚 115 氧原子電子回推,由苯環上的碳原子,攻擊烯 丙基醋酸酯 110,進行 SN2’反應,形成中間產物 136。接著鹼移除氫,氫原子電 子回推,氧原子電子進行 Oxa-Michael 反應,形成化合物 137,最後,進行 elimination 反應得到產物 129。
圖十、反應機構 : SN2´接著進行 Oxa-Michael 反應
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圖十一、苯酚 123 的產物J-J coupling 數值
產物 144 氫原子光譜放大圖中,氫 a 的吸收峰跟氫 c 的吸收峰相比,J-J coupling 數值明顯小很多,和氫 b 的吸收峰為 doublet of doublet,都證明產物 144
的結構。產物144’氫原子光譜放大圖中,氫 B 的吸收峰雖然和其他吸收峰重疊,
氫 A 的吸收峰跟氫 C 的吸收峰相比,J-J coupling 數值相近,因此,推定產物144’
的結構,為在鄰位的合環。
圖十二、產物 144 氫原子光譜放大圖 圖十三、產物 144’氫原子光譜放大圖
2-3-2苯酚 124 的產物鑑定
將圖十分析的結果應用於起始物苯酚 124 的產物結構鑑定,產物 138-143 氫 D 的 J-J coupling 數值如表五,其數值都接近於氫 a 的 2.0 Hz,除此之外,產物 141 的分子經由再結晶,X-ray 晶體繞射分析結構也確認此分析結果。
28 SN2’-Oxa-Michael-Elimination 反應合成苯呋喃。起始物苯酚 115、124 和醋酸酯 110 在碳酸鍶的催化下,用氯仿為溶液,可以得到產率在 70%到 90%,更確定了
29 shift,δ)以 ppm 為單位,1H-NMR 光譜化學位移以四甲基矽烷(tetramethylsilane,
TMS)、氘化氯仿(含氯仿) 為內標準,定義其化學位移分別為:0、7.26 ppm。
1H-NMR 光譜分裂形式之定義:s,單重峰(singlet);d,雙重峰(doublet);t,
三重峰(triplet);q,四重峰(quartet);m,多重峰(multiplet)。耦合常數以 J 表示,單位為 Hz。13C-NMR 光譜是以同型儀器操作,化學位移以氘化氯仿為內 標準,定義其化學位移分別為 77.0 ppm。
2、高解析質譜(HRMS):使用 Finnigan/Thermo Quest MAT 95XL 型質譜儀作為 測定儀器。由中研院儀器服務中心(EI、ESI 和 FAB)代為測定。
3、X-ray 單晶繞射:使用 Nonius Kappa CCD Axis 四環單晶繞射儀、Enraf-Nonius FR-590 四環單晶繞射儀(CAD4)作為測定儀器。由國科會台灣師範大學貴儀中 心代為測定。
4、薄層色層分析片(TLC):使用 Merck Silica gel 60 F254 玻璃之 TLC,薄片展 開後,以紫外燈檢視。
5、管柱色層層析:Merck Silica gel 60 F,230-400 mesh ATSM 為填充物,用加壓 快速層析(flash column chromatography),依 Still 之操作方法操作,溶劑比例是 以體積比配製。(J. Org. Chem. 1978, 43, 2923.)
6、紅外線光譜儀(IR):使用 Perkin Elmer FTIR 型紅外線光譜儀作為測定儀器。
7、熔點:使用 MEL-TEMP Ⅱ型作為測定熔點儀器。