用三氟甲基碳负离子在硝基芳烃中氧化亲核取代氢。 三氟甲基苯酚的合成外文翻译资料

 2022-11-09 03:11

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用三氟甲基碳负离子在硝基芳烃中氧化亲核取代氢。 三氟甲基苯酚的合成

Marek Surowiec和MieczysławMa˛kosza*

波兰科学院有机化学研究所 Kasprzaka 44/52，PL-01-224Warsaw POB 58, Poland

2004年2月3日收到; 2004年3月18日修订; 2004年4月8日接受

摘要 由Ruppert试剂和TASF产生的三氟甲基碳阴离子加入高电子效应的硝基芳烃，生成sigma;H加合物，随后用二甲基二环氧乙烷氧化成取代的三氟甲基苯酚

@q 2004 Elsevier Ltd.保留所有权利。

1.简介

药物和植物保护剂通常含有F或CF3取代基，因此引入这些基团的方法在现代有机合成中具有重要意义.特别是含有CF3基团的芳烃。合成这些芳烃的有很多方法，主要是：在容易获得的三氯甲基芳烃的CCl3基团中用氯交换氟和用SF4.3处理苯甲酸另一方面，直接引入CF3-基团到芳烃也可以通过Cu催化用Ruppert试剂，CF3SiMe3或其他来源产生的CF3-碳阴离子取代卤素。也可以尝试用Ruppert试剂产生的CF3-替代卤素硝基苯中的卤素或硝基。有一种Cu催化剂，得到了预期的产物三氟甲基硝基芳烃，但产率低。还有一篇关于三硝基苯中的氢氧化亲核取代CF3-阴离子的文章.

通过用碳阴离子或格氏试剂亲核取代氢，可以有效地将碳取代基引入电子无效的芳烃中。通过将这些碳亲核试剂加入到邻位或对位的电子缺陷环中，使反应进行。 NO2基团被氢气占据，形成sigma;H加合物，以多种方式转化为最终产物。当反应碳阴离子在碳阴离子中心含有离去基团X时，碱诱导的sigma;H加合物中HX的beta;-消除产生了替代亲核取代（VNS）的产物。另一方面，sigma;H加合物与外部氧化剂如氧化物的氧化作用。 KMnO4，DDQ等产生取代的硝基芳烃，氧化亲核取代产物，而一些用二甲基二环氧乙烷（DMD）氧化的sigma;H加合物转化为取代酚。氯仿去质子化产生的三氯甲基阴离子沿着VNS途径与硝基芳烃反应，提供亲核二氯甲基化.方案1展现了将碳负离子的sigma;H加合物转化为硝基芳烃成为最终产物的各种方法。

2.结果和讨论

考虑到CF3-阴离子的预期更高的亲核性，氟化氢取代基比CCl3 -阴离子更不稳定，并且从CF3 -阴离子的sigma;H加合物到硝基芳烃的HF消除速率低，我们预计会有很好的结果。通过氧化过程将CF 3基团引入硝基芳烃中，我们首次尝试通过CF3SiMe3（1）与TASF [三（二甲基氨基）锍二氟三甲基硅酸盐]在THF-MeCN中与硝基苯，1-硝基萘，2-和4-氯硝基苯处理后生成的CF3-阴离子反应，然后用Bu4N MnO4-氧化2或DMD给出阴性结果。尽管硝基芳烃是部分消耗的，但在反应混合物中未发现CF3ArNO2或CF3ArOH或含氟的其它芳族产物。由于我们在反应混合物中发现了一些硝基芳基乙腈，因此产生的CF3-阴离子似乎提供了乙腈的去质子化，并且产生的碳负离子与硝基芳烃反应。通过用TASFalent 3,5-二氯-6-硝基苯基乙腈以46％的合理产率处理CF3SiMe3和2,4,6-三氯硝基苯的THF-MeCN来证实该假设。所以，广泛用于醛和酮与CF3SiMe313产生的CF3-阴离子反应的THF-MeCN溶剂体系不能用于其与硝基芳烃的反应。也许是由于CF3-加入到硝基芳烃中的速率和不利平衡，主要过程是与MeCN的酸碱平衡。因此，在进一步的研究中，我们使用THF-吡啶溶剂系统，不能使用纯THF，因为它不溶解TASF。在270℃下用THF和Py（1：1）中的1和TASF处理硝基苯和对氯硝基苯，然后用Bu4Nthorn;MnO4-或DMD氧化得到阴性结果。由于硝基芳烃主要是回收的，我们可以假设ArNO2转化为sigma;H加合物的忽略不计。因此，我们在进一步的研究中使用了更多的亲电子硝基芳烃。结果列于表1中。

当用DMD的丙酮溶液处理等摩尔量的Ruppert试剂1,3-氰基硝基苯2和TASF在THF-Py（1：1）中在270℃下的溶液时，反应形成三个异构体的混合物。氰基氟甲基苯酚合理的总收率为49％。3-氰基-2-三氟甲基-2a，3-氰基-4-三氟甲基-2b和3-氰基-6-三氟甲基苯酚2c的比例为5.5：1：6。另一方面，用Bu4N MnO4-氧化该体系不产生三氟甲基氰基硝基苯，ONSH为反应的产物。我们已经观察到阴离子sigma;H加合物的MnO4-氧化对添加位点的空间位阻非常敏感，并且通常不会进入在NO2基团的邻位的碳负离子的sigma;H加合物。有趣的是，却添加了CF3碳负离子。该基团优先在硝基的邻位放置，用DMD将sigma;H加合物氧化成2，主要得到2a和2c。在类似条件下，其他高电性硝基芳烃如间二硝基苯3,3-氰基-4-氯硝基苯4,2,4-二硝基溴苯5,1,3,5-三硝基苯6和2-氯-3-硝基吡啶被转化如方案2所示，在这些硝基芳烃与CF3-阴离子的反应中，加成优先进入硝基的邻位。

CF3-阴离子的sigma;H加合物氧化成聚硝基芳烃4,5和6产生了一个有趣的问题：哪个带负电荷的NO2基团被DMD氧化并转化成OH基团？ 令人惊讶的是，位于邻位和邻位的硝基的氧化速率没有显着差异。例如，在CF3的sigma;H加合物中，相应比率的比率等于0.72。

通过分析1H，13C和19F NMR光谱确定通过将CF3-阴离子的sigma;H加合物氧化成硝基芳烃而获得的三氟甲基苯酚的结构。为此，质谱也非常有用。在所有邻位CF3酚的MS中，通过消除HF形成了明显的离子[M-20] 。

尽管三氟甲基苯酚的产率适中（46-78％），但未反应的硝基芳烃被回收，因此硝基芳烃的物料平衡优异，通常高于90％。在此基础上，我们假设CF3阴离子的sigma;H加合物一旦形成，就被DMD有效地氧化成酚。 然而，尽管芳烃的亲电性高，CF3-转化成sigma;H加合物的程度不是很高。 这可能是由于CF3-快速分解为二氟卡宾。

CF3-与硝基芳烃的sigma;H加合物的形成伴随着混合物的着色（橙色，红色，蓝色等），这些加合物与DMD的氧化导致颜色的消失。通常，氧化在几分钟内完成。仅6的sigma;H加合物的氧化需要几个小时才能完成。 因此，除了预期的酚6a和6b之外，用DMD将sigma;H加合物氧化成1,3,5-三硝基苯，得到大量的ONSH产物a，a，alpha;-三氟乙烯基甲苯，6c。 令人惊讶的是，相应的sigma;H加合物氧化成2-氯-3-硝基吡啶7也得到少量的联吡啶7c。 该副产物可能通过类似于报道的观察结果通过氧化去质子化的吡啶而形成。在这种情况下，CF3-充当从吡啶环中提取质子的碱。该过程表明CF3-尽管是强碱，但是弱亲核试剂并且可以被认为是硬亲核试剂。

用其他氧化剂（MnO4-，DDQ，Br2）氧化CF3-至2和7的sigma;H加合物失败; 只有当用Br2和Et3N处理4的sigma;H加合物时，将一种异构的sigma;H加合物转化为3,5-二硝基-4-三氟甲基溴苯，4d。

3.结论

我们已经证明，通过用TASF处理Ruppert试剂产生的CF3-阴离子增加了硝基芳烃，条件是它们显示出足够高的电子效率。 在我们的手中，这种sigma;H加合物的氧化仅令人满意地用二甲基二环氧乙烷产生取代的三氟甲基苯酚。

4.实验

4.1一般评论

熔点未经校正。 在Perkin-Elmer FT-IR光谱仪上记录红外光谱。 NMR光谱在Mercury-400BB上以400MHz测量或在Gemini-200BB光谱仪上以200MHz测量。 相对于作为内标的四甲基硅烷，以ppm报告化学位移。使用EI在AMD 604 Inectra GmbH仪器上获得质谱，观察到适当的同位素模式。 分析性TLC在Merck alufolien片材Kieselgel 60 F254上进行。对于制备型HPLC，Merck-Hitachi设备与泵L-7100检测器VL-7400一起使用，使用己烷和乙酸乙酯作为溶剂。对于柱色谱硅胶230-400目，使用Merck。除了在使用前在二苯甲酮钾上蒸馏的四氢呋喃之外，从制造商处使用溶剂，硝基芳烃和TASF。Ruppert试剂是A. Marhold博士（拜耳公司）的礼物。

根据所述方法制备DMD的丙酮溶液。

4.2在TASF存在下在THF / MeCN系统中Ruppert试剂与2,4,6-三氯硝基苯的反应

在270℃，氩气下，向搅拌的1（0.6mmol）和硝基芳烃（0.5mmol）的THF（5mL）溶液中滴加溶解在MeCN（1mL）中的TASF（153mg，0.5mmol混合物，搅拌30分钟，移去冷却浴。 进一步搅拌30分钟后，加入HCl水溶液（1mL）。将反应混合物用无水MgSO 4干燥，滤出固相，用二氯甲烷（20mL）洗涤。将溶剂蒸发（25℃，15托），并使用己烷 - 乙酸乙酯20：1作为洗脱液，通过柱色谱法纯化产物。

4.2.1 3,5-二氯-2-硝基苯基乙腈

产量54mg，46％，无色晶体，熔点69-70℃（EtOH）。HR EIMS计算值C 8 H 4 N 2 O 2 35Cl 2 M = 222.9650。实测：229.9654。1 H NMR（400MHz，CDCl 3）：7.61-7.59（m，1H），7.85-7.70（m，1H），3.81-3.75（m，2H）。13CNMR（100MHz，CDCl 3）：137.8,132.5,130.8,128.3,127.7,125.7,114.6,20.3。C8H4N2O2Cl2计算值：C，41.59;实测值：41.59。H，1.75; N，12.13，Cl，30.69。 实测值：C，41.68; H，1.49; N，12.19，Cl，30.79。

4.3 用DMD将CF 3-的sigma;H加合物氧化成硝基芳烃的一般方法

在270℃，氩气下，向搅拌的1（0.6mmol）和硝基芳烃（0.5mmol）的THF（5mL）溶液中滴加溶解在吡啶（1mL）中的TASF（153mg，0.5mmol），混合物为 搅拌5分钟。向混合物中加入水（9mL，0.5mmol）和DMD的丙酮溶液（约0.6mmol，10mL，约0.06M）。在进一步另外搅拌15分钟后，加入稀HCl（1mL）并移去冷却浴。用NaOH水溶液从反应混合物中萃取异构三氟甲基苯酚的混合物，然后通过制备型HPLC分离水层的酸化。

以另一种方式分离产物7a和7b。将反应混合物用无水MgSO4干燥，滤出固相并

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