苯炔？ 苯炔 (benzynes) 是苯环上一个双键藉由脱去反应 (elimination reaction)，得到带有两个双键一个三键的六员环高活性分子，因六员环构型关係，本来键角应该是 180 度的三键 SP 混成轨域被扭曲而远小于180度，这强大的角张力 (angle strain) 让苯炔的三键性质变弱，在化学家的眼中苯炔更像是两性离子 (zwitterion) 或双自由基 (biradical) 的分子，而红外光谱学 (infrared spectroscopy) 也佐证了这个现象，Rasziszhewski 教授在 1992 年发表在国际期刊 1 上测出来苯炔的红外光谱是在 1846 cm -1 ，键能比三键 (~2250 cm -1 ) 弱很多，而其如 NMR、UV 等光谱学都有类似结果，而这项性质被化学家广泛应用在各种合成策略上，如亲核加成、[4+2] 或 [2+2] 的环加成 (cycloaddition) 反应或插入反应 (insertion reactions) 等等。 苯炔的发现一开始是 Bachmann 教授的假设，因为他们实验室想要大量生产苯基苯 (biphenyl)，于是他们在沸腾的氯苯加入金属钠进行伍兹反应 (Wurtz coupling) 2 ，他虽然得到了苯基苯，但更多的是意料之外的产物 1,2-双苯基苯 (1,2-diphenylbenzene)、联伸三苯 (triphenylene)，这只能用自由基来解释，于是 Bachmann 教授遍假设了一个中间体，苯环上带有双自由基的中间体 I 。 图一、1,2-双苯基苯、联伸三苯、与苯炔双自由基共振式 I。（作者绘製） 接下来是诺贝尔奖得主格奥尔格．维蒂希 (Georg Wittig) 和他的学生在 1 号位有卤素取代的苯环加入苯基锂的反应中发现氟苯速率最快，这与亲电取代反应速率相反（碘 溴 氯 氟），因此他们假设了一个双极 (dipolar) 中间体 II 来解释这个结果 3 ，最后提出苯炔结构强而有力的证据是麻省理工 John D. Roberts 教授，他的团队利用 13 C 同位素标定氯苯上的 1 号碳，藉由加强硷以及液氨的条件下得到两个 1:1 的产物，证明了苯炔的共振式 III （图二）。 图二、同位素实验与苯炔共振式。（作者绘製） 由于苯炔的高活性与无法纯化的特性，在使用苯炔合成策略的时候往往要一锅化，现今合成苯炔的方法是利用脱去反应，依官能基的不同又有分： [1] 卤苯加强硷脱去一分子的卤化氢（式一），其缺点是要加入强硷可能破坏其他官能基或产生副反应。 [2] 含三甲基硅基与三氟甲磺酸基的苯环加入氟试剂，利用氟负离子与硅形成硅氟键，碳上孤对电子回推脱去三氟甲磺酸形成苯炔，此条件是较温和合成苯炔的条件。 4 [3] 利用六氢狄耳士-阿德尔反应 (hexadehydro Diels-Alder reaction, HDDA) 合成苯炔，优点是起始物製备简单。 5 苯炔的应用有很多，利用其共振式中有两性离子的形式，他可以被亲核试剂攻击，也可以攻击亲电试剂，再加上利用官能基电子效应与共振效应更可以控制其立体化学（图三），其中亲核试剂可以是锂试剂、铜试剂、格里纳试剂等等，想在苯环上接上支链，苯炔是一个很不错的合成策略。 图三、苯炔加成反应示意图。（作者绘製） 苯炔另外一个很着名的应用是可以在狄耳士-阿德尔反应中当亲二烯物 (dienophile)，在利用带有卤素与可以当好离去基的三氟甲磺酸基的苯环加入 1,3-双苯基异苯并呋喃 (1,3-diphenylisobenzofuran ) V ，加入正丁基锂可以一锅化的得到带有环氧化官能基的蒽 VI（ 图四）。 6 图四、苯炔当亲二烯物的合成实例。（作者绘製） 苯炔化学已经是一个被广泛讨论的化学，其应用并不只有以上所提的两个例子，在许多药物、全合成上也是一种合成利器，如 dynemicin A 是一种从印度土壤中分离出来的天然物，也是一种抗癌药物，其全合成便要利用到苯炔的化学，如图五所示：溴化物 ( VII ) 与有机锂试剂 (LTMP) 反应后，会先形成具有苯炔结构的中间体，再经过加成反应后得到中间产物 ( VIII )，之后再经多步合成可以得到目标产物 dynemicin A。由此例可以证明利用苯炔快速地建立多环产物是非常棒的选择。 7 图五、苯炔结构应用在天然物 dynemicin A 的合成中。（作者绘製） 参考文献 Radziszewski, J. G., Hess Jr, B. A., & Zahradnik, R. (1992). Infrared spectrum of o-benzyne: experiment and theory. Journal of the American Chemical Society , 114 (1), 52-57. Bachmann, W. E., & Clarke, H. T. (1927). THE MECHANISM OF THE WURTZ-FITTIG REACTION1. Journal of the American Chemical Society , 49 (8), 2089-2098. Wittig, G. (1942). Phenyl-lithium, der Schlüssel zu einer neuen Chemie metallorganischer Verbindungen. Naturwissenschaften , 30 (46), 696-703. Tadross, P. M., & Stoltz, B. M. (2012). A comprehensive history of arynes in natural product total synthesis. Chemical reviews , 112 (6), 3550-3577. Hoye, T. R., Baire, B., Niu, D., Willoughby, P. H., & Woods, B. P. (2012). The hexadehydro-Diels–Alder reaction. Nature , 490 (7419), 208-212. Matsumoto, T., Hosoya, T., Katsuki, M., & Suzuki, K. (1991). New efficient protocol for aryne generation. Selective synthesis of differentially protected 1, 4, 5-naphthalenetriols. Tetrahedron letters , 32 (46), 6735-6736. Shair, M. D., Yoon, T. Y., Mosny, K. K., Chou, T. C., & Danishefsky, S. J. (1996). The total synthesis of dynemicin A leading to development of a fully contained bioreductively activated enediyne prodrug. Journal of the American Chemical Society , 118 (40), 9509-9525. 查看更多
第1天
关注盖德视界
添加小助手
