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【有机合成正片】炔碘鎓试剂的制备及应用
林 宇宸1
1. 大阪大学工学系应用化学科, 日本大阪府吹田市山田丘2-1
2025/12/17
原创
IP:福建
摘要:本文分为两部分,第一部分制备了炔碘鎓盐,第二部分以第一部分的产物为原料制备了一种炔酰胺。 ---------------------------------------------------------------------------------------- 何为【有机合成正片】:充分带领读者看看,真正的现代有机合成操作是什么样子的,现代的有机合成课题组在干什么,需要什么仪器设备,如何后处理,纯化,确定产物结构。 ---------------------------------------------------------------------------------------- 同样的,文章风格仍然仿造organic syntheses的风格,希望大家喜欢。数据完整,可重复性强,可作为标准实验流程。欢迎评论。

炔碘鎓试剂的制备

Check by Lin

流程

苯基苯乙炔基碘鎓三氟乙酸盐的制备

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反应机理如下:

image.png


注意;高价碘化合物具有较强的氧化性,应当避免和强还原性物质接触。本实验整个过程中都需要尽可能的避光。产物对水,光,温度都较为敏感,所以应当储存在密封瓶中,塞紧放置于-15℃冰箱保存。

在充分干燥的500mL的Schlenk烧瓶中,加入碘苯二乙酸[1]16.4g(50.9mmol,1eq),充分置换氮气后,密封并置于-30℃冷却浴中,加入300mL 二氯甲烷[1][2]搅拌。充分冷却至内温达到-30℃[3]。这之后,在10min内缓慢滴入三氟乙酸[1]7.5mL (100.6mmol,1.97eq),外加0.5mL三氟乙酸酐[1] [4](3.54mmol,0.07eq)。反应在-30℃避光进行30min后,将反应瓶取出,回复室温。

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image.png

从上到下从左至右依次为:a)称取碘苯二乙酸,b)加入烧瓶,c)加入DCM后于-30℃保温

d)取三氟乙酸,e)取三氟乙酸酐,f)加入三氟乙酸中,g)避光反应


将反应后的混合物回复至室温,在激烈搅拌下加入苯乙炔[1](5.5mL,0.98eq),溶液立刻变为黄色。加入时间共耗时15min。加完后,在常温避光反应4h。

image.png

image.png

从上至下,从左至右依次为:a)第一阶段反应完成的样子,b)回复至室温,c)量取苯乙炔,

d) 准备滴加苯乙炔,e)开始滴加时,f)反应过程中


反应结束后,将溶液转移至1000mL圆底烧瓶中,在旋蒸仪上进行浓缩至体积减半[5],这之后加入200mL石油醚[1]和100mL乙醚[1]的混合液[6],立刻变为乳黄色浊液。将烧瓶连带该浊液密封,避光在-15℃存放过夜,以使其充分结晶[7]。这样就得到白色晶体产物。

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image.png

从上至下,从左至右依次为:a)反应结束的反应液,b)转移至旋蒸烧瓶,c)开始旋蒸,

d) 浓缩体积至一半,e)加入PE/Et2O混合液,产物析出,f)冰冻使产物充分析出



image.png

冷却过夜后析出的白色晶体


得到的产物进行抽滤,依次用乙醚,石油醚,乙醚洗涤,真空干燥,得到白色的产物苯基苯乙炔基碘鎓三氟乙酸盐。计13.74g(32.8mmol,按碘苯二乙酸计算产率为64.4%)。产物应当包上铝箔纸,并缠紧瓶口,干燥避光在-15℃保存。核磁表征[8]。

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从左至右依次为:a)抽滤洗涤,b)干燥后的产物,c)称量并计算产率,d)保存的样子


注释

[1]碘苯二乙酸来自安耐吉化学公司,未经提纯即可使用;二氯甲烷来自国药化学集团,未经提纯即可使用;三氟乙酸来自安耐吉化学公司,未经提纯即可使用;三氟乙酸酐来自安耐吉化学公司,未经提纯即可使用;苯乙炔来自安耐吉化学公司,未经提纯即可使用,放置久的苯乙炔会呈现黄色,从实验结果上来看没有影响;石油醚(60~90馏分)来自国药化学集团,未经提纯即可使用;乙醚来自国药化学集团,未经提纯即可使用。

[2]由于产物对水有一定敏感性,因此本实验使用的二氯甲烷为在无水无氧系统中,经CaH2 回流处理过夜的二氯甲烷。

[3]碘苯二乙酸在二氯甲烷中溶解度不大,因为在反应过程中始终处于悬浊液的状态,这是正常的。

[4]加入三氟乙酸酐是可选择的,目的是为了除去少量混入三氟乙酸中的水分。

[5]可以在旋蒸烧瓶上提前做上记号,以方便查看体积的情况。

[6]进行沉淀时,应当激烈搅拌,这样才能保证析出的晶体细密而均匀,不包夹溶剂。

[7]产物是纯白色晶体,易溶于二氯甲烷,氯仿等卤代溶剂以及DMF,DMSO等非极性质子溶剂,微溶于乙醚,不溶于水,己烷。产物对水较为敏感,在含水溶液中缓慢分解为副产物(主要为α羟基苯乙酮三氟乙酸酯)。产物在常温敞放3day左右,完全分解为红紫色粘稠物体。在冰柜中冷却时,应当塞紧塞子并用密封袋缠紧,严防水汽进入并包裹铝箔纸避光。

[8]产物的核磁表征为(仅进行碳谱表征)

13CNMR(100MHz,d6-DMSO):

δ=159.25(q,J=37Hz,TFA:C=O) ,

134.99 ,132.96 ,132.50 ,132.27 ,131.41 ,129.46 ,120.60 ,120.29 ,

102.17(C:Ph-C☰) ,44.25(C: ☰ C-I+) .

核磁共振碳谱:

image.png


讨论:

阴离子三氟乙酸根的两个碳原子都因为F的影响产生q裂分,由于核磁浓度较低,仅观察到羧基的碳的峰且峰型较差,CF3(δ预计在117~115附近,J 预计约为220Hz左右)未观察到。

另外两个炔基碳的化学位移(δ=102.17及δ=44.25)远远偏离正常炔基碳的位置(正常炔基碳δ预计在70~80附近)。这是因为炔碘鎓型化合物独特的电子结构造成的。这个结构式根本上决定了炔碘鎓的反应性。

image.png

故连接碘的炔碳反而为富电性,处于高场,连接苯环的炔碳反而为缺电性,处于低场。

另外,此化合物的晶体结构中,实为二聚物。碘由于杂化的原因(sp3d)C-I-C的键角与预期符合,接近90°

image.pngimage.png


炔碘鎓的应用---炔酰胺的制备

Check by Lin

流程

image.png


反应机理如下

image.png


读者可以思考以下的问题:

1.为何氮负离子进攻的不是直接连接碘的炔碳直接得到产物。

2.中间体中一个碳原子同时存在正负电荷的结构叫啥,这种结构还出现在什么地方(什么反应中),他通常会怎么样演变


注意,全程Schlenk线无水无氧操作

在充分干燥的500mL的Schlenk烧瓶中,加入底物I[1] 6.41g(15mmol,1eq),用甲苯[1] [2] 稀释后,注入已干燥并抽换惰性气体的Schlenk烧瓶中,补加甲苯至150mL,将整个烧瓶冷却到0℃。

image.png

image.png

从上至下,从左至右依次为:a)原料I,b)称取原料I,c)用干燥甲苯稀释,

d) 干燥烧瓶中,e)加入原料I,补加甲苯至150mL,f)冷却浴降温


取KHMDS[1] 溶液37.5mL(0.5M in THF,18.75mmol,1.25eq),在保持内温0℃下缓慢滴加入烧瓶中,滴加时间约15min,滴加完后搅拌30min。

image.png

从左至右依次为:a)取KHMDS溶液,b)注入KHMDS,c)注入结束后


准备炔碘鎓盐[1] 8.77g(21mmol,1.4eq),溶于适当的(约80ml)DCM[2] ,缓慢滴加入烧瓶中,在0℃继续保持15min后,将烧瓶恢复室温,搅拌4h(点板监测至反应完全)[3] [4] 。在这个过程中,黄色的反应液会逐渐变为灰黑色。

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image.png

从上至下,从左至右依次为:a)炔碘鎓盐 正在回温,b)炔碘鎓盐的溶液,c)注入炔碘鎓盐溶液ing,

d) 注入完的样子,e)将烧瓶回复室温的样子,f)4h后的反应液的样子


加入少量水淬灭反应液,之后转移反应液到圆底烧瓶,旋干大部分溶剂,加入DCM[1] 和盐水层(饱和氯化铵[1] /水=1:1),混合液转移至分液漏斗,萃取,水层再用DCM萃取2次。有机相合并分别用水,饱和氯化铵,水,饱和食盐水[1] 洗涤,无水MgSO4[1] 干燥。过滤,旋干溶液。反应产物直接进行下一步脱硅。

image.png

image.png

从上至下,从左至右依次为:a)旋蒸反应液,b)旋蒸后的粗混合物,c加入盐水和DCM分液,

d) 对水层再萃取,e)对有机相的洗涤,f)干燥后抽滤的样子


(脱硅此处省略)(其实是因为反应时间太短,几乎是加完就反应完,没有拍照)

脱硅后的产物用硅胶粉拌样,上柱,柱层析分离得到最终产物II。核磁表征[5] [6] [7] 。

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image.png

从上至下,从左至右依次为:a)脱硅后反应液,b)拌硅胶粉的粗混合物,c)过柱ing,

d) 产物的试管,因为过饱和已经有结晶,e)点板监测,f)最终产物


注释

[1]底物I 是自己制备的,含有微量杂质(TsCl),不干扰反应。炔碘鎓按照上述方法制备,在取用时为防止水汽进入,从冷柜中拿出后应恢复到常温再取用。KHMDS溶液来自来自安耐吉化学公司,应当使用新开封的产品。甲苯来自国药化学集团,未经提纯即可使用;二氯甲烷来自国药化学集团,未经提纯即可使用;氯化铵来自国药化学集团,未经提纯即可使用;氯化钠来自国药化学集团,未经提纯即可使用;无水硫酸镁来自国药化学集团,未经提纯即可使用。

[2]反应前半段为标准的严格无水无氧操作,所用的溶剂均应当进行处理:甲苯在惰性气体气氛中,钠珠上回流过夜,以二苯甲酮为指示剂变蓝紫色后收集。二氯甲烷在惰性气体气氛中,CaH2上回流过夜。所有操作均遵守Schlenk线无水无氧操作流程。

[3]反应过程中伴随着溶液的变黑会有少许白色固体析出,这是生成的各种盐类(CF3COOK之类)。

[4]点板监测采用硅胶板,PE/EA=10:1展开,原料Rf=0.22,产物Rf=0.25。原料上方为残留的TsCl,不影响反应。

image.png

点板监测情况


[5]脱硅采用点板监测,点板监测。采用硅胶板,PE/EA=8:1展开,原料Rf=0.36,产物Rf=0.5。

[6]过柱时,对于少量产物可以采用PE/EA混合液过柱,但是对于超过500mg的产物,由于该产物在PE/EA混合物中溶解度很低,会导致无法顺利过柱,这个时候应当用硅胶粉拌样后上柱,改换PE/DCM混合溶液过柱。

但是,在这个过程中,TIPS的脱硅产物(主要是TIPS2O)会悄无声息(无紫外吸收,对CAM,KMnO4显色剂无反应)的从柱子上和产物一同洗脱(大致会在PE/DCM=10:/1时洗出)。

此时会出现在核磁中能清晰看到脱硅成功(有炔氢),但是仍然有大量TIPS氢残留的情况。事实上,只有用PE/DCM混合溶液过柱时,会出现这个情况。因此想要一次性除掉TIPS2O,应当一开始先用PE/EA的混合溶液洗刷,再换PE/DCM混合溶液过柱。当仍然出现这种情况时:

image.png

脱硅后的情况,可以清晰看到炔氢(s ,δ=3.07),但是也有TIPS的残留(m ,δ=1.08)


此时的解决办法是:

1.如上所述,再过一根短柱,首先用PE/EA的混合溶液将产物洗出,再换PE/DCM的混合溶液洗脱。

2.将产物溶于最少量的DCM,用PE打浆。

前者较为适宜。

[7] 产物的核磁表征为

1HNMR(400MHz,CDCl3):

δ=7.98-7.64(dd,2H,Ts-ArH) ,7.59-7.51 (m,1H,ArH) ,7.43-7.25(m+dd,10H,Ts-ArH+ArH) ,3.06(s,1H, ☰ CH) ,2.47(s,3H, Ts-CH3).

13CNMR(100MHz,CDCl3):

δ=144.99 ,139.96 ,134.24 ,134.11 ,131.51 ,129.60(2C) ,129.18 ,129.01 ,128.65 ,128.22 ,127.84 ,122.89 ,122.25 ,83.12 ,82.64 ,78.89 ,70.36 ,21.73.


核磁共振氢谱:

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核磁共振碳谱

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炔烃部分明细

image.png

[ 修改于10个月13天前 - 2025/12/21 06:51:29 ]
+25
科创币
在下松田诚一
2025/12/17
操作讲解细致,机理讲解明晰
2
11
H3PO49作者
10个月13天前IP:福建
948123
1楼

2025/10/21

第一次修改,加重了一些实验细节以供重复,提出两个问题供读者思考。

引用
评论
10个月9天前IP:中国
948162
2楼

如果一开始就用PhI(OCOCF3)2,也就是双三氟乙酰氧基碘苯(PIFA)作为反应物,是不是不用加三氟乙酸也能反应

引用
评论(1)
笔记
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我也是有底线的