嘉南藥理科技大學專題研究計畫成果報告
鋯錯合物促進比咯化合物之合成
計畫類別：□個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號：CNAC-91-10
執行期間：91 年 1 月 1 日至 91 年 12 月 31 日
計畫主持人：李進送 共同主持人：
計畫參與人員：
執行單位：醫藥化學系
中華民國 92 年 02 月 18 日
一、中文摘要
1-鋯-2-氮-環戊-3-烯錯合物在室溫下 可與乙酸乙酯或 DMF 進行插入反應，經由 氫氧化鈉水溶液水解後，可得到不錯產率 的比咯。另外，我們也可直接使用有機鋰 或鎂粉還原 Cp2ZrCl2，再加入單氮二烯、
乙酸乙酯或 DMF，水解後亦可直接產生比 咯化合物。我們亦已推出此反應之詳細反 應機構。
關鍵詞：單氮二烯、1-鋯-2-氮-環戊-3-烯、
比咯
Abstract
Insertion of ethylacetate or DMF into 1-zircona-2-azacyclopent-3-ene complexes at 50 oC affords pyrroles in moderate yield when they quenched with KOH aqueous. In addition, we also can directly add n-BuLi or Mg powder into Cp2ZrCl2 THF solution, followed by addition of 1-azadiene, ethylacetate or DMF to produce pyrroles after hydrolysis. Here, we have proposed a detail mechanism for this reaction.
Keywords: 1-azadiene, pyrrole, 1-zircona-2- azacyclopent-3-ene
二、緣由與目的
共軛二烯金屬錯合物的合成，性質及
其在有機合成上的應用已被廣泛研究[1]，
其中第 IV 及 V 早期過渡金屬共軛二烯錯合 物的合成[2-4]，結構及其活性探討，漸受 到多數化學家的注意，因這類錯合物具有 特殊 metallacyclo-3-pentene(1) 的鍵結形
式，其對一些未飽合 C-C，C-O 及 C-N 有 機化合物有很高反應活性[5]，使得有機金 屬在有機合成上的應用，開闢出一條新的 反應途徑。
然而異核共軛二烯金屬錯合物的合成 及其活性探討，至目前為止被研究還相當 少，這類錯合物除了其配位模式呈多樣性 變化外，亦有可能應用到有機雜環化合物 的合成，因此在有機合成上的應用應相當 具有潛力。
由於第 IV 及 V 早期過渡金屬共軛二烯 錯合物具有相當高反應活性，因此本實驗 室將合成第 IV 族過渡金屬單氮二烯錯合 物，且已成功利用式 1 及式 2 反應，單離 出高產率單氮二烯鋯錯合物 2。
嘉南藥理科技大學專題研究成果報告
鋯錯合物促進比咯化合物之合成
Zirconocene Complexes Promote The Synthsis of Pyrroles
計畫編號：CNAC-91-10
執行期限：90 年 01 月 01 日至 91 年 12 月 31 日 主持人：李進送副教授
(E-mail : limike@mail.chna.edu.tw)
Cp2M
1 M=Zr, Hf, Ta...
Cp2ZrCl2
Ph N R1 Cp2Zr N R1 Ph i) n-BuLi, -78 oC-rt
ii)
(1)
2
根據 1H ，13C 及變溫 NMR 等光譜資料顯 示，單氮二烯鋯錯合物的鍵結形式較接近 2A，而非 2B η2-C=N 及η2-C=C 的鍵結模 式，此與錯合
物 1 的鍵結模式非常相似。
目前文獻對於第 IV 族過渡金屬含氮 錯合物的報導以雙氮二烯鋯錯合物的合成 及活性探討最多[6]，但最近有些化學家開 對η2-亞氨鋯錯合物的合成，活性及其在η2- 亞氨鋯錯合物的合成，活性及其在有機合 成上的應用開始感興趣，他們以下列方
法合成亞氨鋯錯合物 3[7]，3 對未飽和 C-C，C-O，C-N 有機化合物有很高反應活 性[8]，利用此反應可合成一些雜環化合 物 ， 如 pyrrole[7,8] ， 1,2,3,4-tetrahydroquinone[9]等。
三、結果與討論
在八十三年國科會計畫中，我們已單 離出高產率單氮二烯鋯錯合物 2，此錯合物
對具有 C=O 的化合物有很高反應活性，當 醛或酮化合物加入含 2 錯合物的甲苯溶液 中，在 70℃下，醛酮 C=O 會插入 2 錯合物 的 Zr-C 鍵，形成一七環鋯錯合物 4，
4a 結構已由 X-ray 及 NMR 決定，在酸性 條件下，4 錯合物可被水解成環狀醚 5。此 反應可合成高產率環狀醚。
單氮二烯鋯錯合物(2)與酯類或醯氨的 偶合反應，取 1 當量 2 錯合物及 4 當量乙 酸乙酯或 DMF 置於 THF 溶液中，在 50 ℃ 下反應 20 小時，然後再加入 10% KOH 在 室溫下攪拌半小時，以乙醚萃取三次後，
乾燥、濃縮、再以乙酸乙酯及正己烷混合 液為沖提液，經由矽膠管柱分離可得到不 錯產率比咯 6，結果列於表 I。由表 I 可看
表 I 2 錯合物與酯類及醯氨的偶合反應 entry R1 R2 Y 6 yield(%)a
1 Ph CH3 OEt 56 2 Ph H NMe2 60 3 p-C6H4CH3 CH3 OEt 50 4 p-C6H4CH3 H NMe2 55 5 p-C6H4Cl CH3 OEt 40 6 p-C6H4Cl H NMe2 53 7 C(CH3)3 CH3 OEt 35 8 C(CH3)3 H NMe2 45 9 CH2C6H5 CH3 OEt 58 10 CH2C6H5 H NMe2 62 a. Of isolated product based on 2
Ph N R1 Cp2Zr N R1 Ph Cp2ZrCl2 i) Mg, THF
ii)
2 (2)
Cp2Zr N
R1
Ph
N R1 Ph
Cp2Zr
2A 2B
Cp2Zr Cl Me
Cp2Zr Cl N CH2R SiMe3
Cp2Zr N SiMe3 R RCH2NLi
SiMe3
THF, -78 oC
CH4
3
Cp2Zr N O
R1
Ph R2 R3 Cp2Zr
N R1 Ph
2
R2 R3 O +
a: R1=R2=R3=Ph, b: R1=R2=Ph, R3=H 4
H+
O OH
Ph
R2 R3
5
N P h
R2
R1 C p2Zr
N R1 P h
2
R2 Y
O +
6
出 R1 可為烷基或芳香苯基，而 Y 只要是 很好離去基既可參與反應。
“Cp2Zr”促進單氮二烯與酯類或醯氨 的偶合反應，雖然單氮二烯鋯錯合物(2)可 與酯類或醯氨反應形成比咯，但必須先合 成 2 錯合物，步驟略嫌麻煩，因此，我們 直接使用有機鋰或鎂粉還原 Cp2ZrCl2，再 加入單氮二烯、乙酸乙酯或 DMF，水解後 亦可直接產生比咯化合物(6)，結果列於
表 II “Cp2Zr”促進單氮二烯與酯類或醯氨 的偶合反應
entry R1 R2 Y 6 yield(%)a 1 Ph CH3 OEt 42b 2 Ph CH3 OEt 56c 3 Ph CH3 NMe2 45b 4 Ph CH3 NMe2 59c 5 p-C6H4CH3 CH3 OEt 35b 6 p-C6H4CH3 H NMe2 55c 7 p-C6H4Cl CH3 OEt 45c 8 p-C6H4Cl H NMe2 52c 9 C(CH3)3 CH3 OEt 26b 10 C(CH3)3 H NMe2 47c 11 CH2C6H5 CH3 OEt 54c 12 CH2C6H5 H NMe2 61c a. 單離產率以單氮二烯為準。b. 以 Mg 粉
為還原劑。c. 以 n-BuLi 為還原劑。
表 II。由表 II 可看出以 n-BuLi 為還原劑，
反應效果似乎比鎂粉好，但在實驗過程 上，以鎂粉為還原劑的反應步驟卻簡單多 了。
反應機構探討，此反應之反應機構我 們已推導出來，列於流程圖 I 中，首先，
Cp2ZrCl2在 THF 溶液中，很容易被鎂粉或 n-BuLi 還原成”Cp2Zr”，此反應文獻已報導 過了，當加入單氮二烯於此溶液中，可合 成 1-鋯-2-氮-環戊-3-烯錯合物(2)，此錯合 物對具有 C=O 的化合物有很高反應活性，
當酯或醯氨化合物加入含 2 錯合物的 THF 溶液中，在 50℃下，酯或醯氨化合物中的
C=O 會插入 2 錯合物的 Zr-C 鍵，形成一七 環鋯錯合物 7，此時 7 錯合物中間體會進行 重排形成錯合物 8，錯合物 8 在鹼性條件下 被水解成 9 化合物，再脫水既可得到比咯 產物 6。
單氮二烯是一活性相當低的化合物，
在此我們先合成單氮二烯鋯錯合物(2)，提 升單氮二烯的反應性，再利用鋯金屬喜歡 與氧鍵結的特性，在 2 錯合物溶液中通入 酯或醯氨可得到比咯化合物，我們正嘗試 使用其他含氧或氮的化合物如 CO，CO2， 氰等與 2 錯合物作用，希望能合成一些有 用的雜環化合物。
參考文獻
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Ph N R1 i)
ii) R2C(O)Y
"Cp2Zr"
iii)10% KOH
N Ph
R2 R1 6
流程圖 I
"Cp2Zr" Ph N R1
Cp2Zr N R1 Ph
N Ph
R2
R1
Cp2Zr N O
R1
Ph R2 Y
N R1 Ph R2
O Cp2Zr
Y
2
R2 Y O 6
N R1 Ph R2 HO Cp2ZrCl2
-H2O
10% KOH Mg or n-BuLi
9 8 7
