DBU的制備與應(yīng)用

背景及概述

DBU：1，8-二氮雜二環(huán)-雙環(huán)(5，4，0)-7-十一烯，是一種雙環(huán)脒類化合物，具有強(qiáng)堿性。2005年發(fā)表在nature上的一篇文章表示，DBU作為可轉(zhuǎn)換極性溶劑，并可作為萃取劑應(yīng)用于油脂的萃取操作中，萃取率較高，在分離的過程中只需要通入CO2使轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子液體極性變高，使得油層與離子液體層分離，然后還可以向離子液體層中通入N2排出而極性降低，回收重復(fù)利用。DBU作為一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的有機(jī)強(qiáng)堿，在許多合成反應(yīng)中得到應(yīng)用，顯示了其他強(qiáng)堿難以起到的催化作用，具有反應(yīng)條件溫和，合成步驟簡化，產(chǎn)物選擇性專一與產(chǎn)率高等特點(diǎn)。可以預(yù)言，隨著人們對DBU認(rèn)識的深入，DBU在改進(jìn)現(xiàn)有的合成工藝、開拓新的有機(jī)合成方法、合成新的產(chǎn)物的研究中將有廣泛的用途。

制備

合成DBU的一般方法是己內(nèi)酰胺與丙烯腈親核加成生成N-(2-氰基乙基)己內(nèi)酰胺，經(jīng)催化加氫得N-(3-氨基丙基)己內(nèi)酰胺，脫水環(huán)合得到DBU，在合成N-(3-氨基丙基)己內(nèi)酰胺時(shí)，一般不使用溶劑，操作簡單，但不易控制反應(yīng)溫度，常產(chǎn)生大量的聚合物。在合成DBU時(shí)，通常需要在壓力下催化加氫，對反應(yīng)設(shè)備要求較高。

應(yīng)用

DBU是一個(gè)強(qiáng)堿性試劑，但它卻是一個(gè)弱的親核試劑，易與質(zhì)子結(jié)合而不易與碳原子結(jié)合，因此DBU的應(yīng)用主要是作為強(qiáng)堿性試劑轉(zhuǎn)移質(zhì)子，起到堿或催化劑的作用。DBU參與反應(yīng)的特點(diǎn)是，一般需要等物質(zhì)的量的DBU，應(yīng)用的反應(yīng)也主要集中在有質(zhì)子轉(zhuǎn)移的一些反應(yīng)，如消除、異構(gòu)、加成、酯化、醚化、酰胺化、重氮化等反應(yīng)。

1.消除反應(yīng)

DBU已被應(yīng)用到多種消除反應(yīng)中，使試劑分子引入不飽和鍵，作為有機(jī)合成的中間體和原料，僅舉幾個(gè)例子就足以看到DBU在消除反應(yīng)方面的應(yīng)用。

1）鹵代烷消除鹵化氫

典型的反應(yīng)是1，1-二碘丁烷與等物質(zhì)的量的DBU一起加熱回流至出現(xiàn)棕色固體，從反應(yīng)混合物中蒸餾分離得到產(chǎn)物(E)-1-碘-1-丁烯，產(chǎn)率為80%。通常DBU難以使乙烯基鹵化物脫鹵化氫生成炔烴，但是特殊結(jié)構(gòu)的(E)-乙烯基溴和DBU在中回流，幾乎定量地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的炔，而(Z)-式異構(gòu)體卻不能發(fā)生此類反應(yīng)。用DBU使鹵烴脫鹵化氫的例子很多，足以說明DBU是一種很有效的鹵代烷脫鹵化氫試劑。

2)N-鹵代酰胺消除鹵化氫

在DBU作用下，N-鹵代酰胺能順利地脫去鹵化氫，隨后重排成異氰酸酯，N-氯代甲酰胺在DBU的作用下，重排得到異氰酸酯，收率達(dá)到90%以上。而用三乙胺之類的有機(jī)堿代替DBU，難以得到異氰酸酯。

2.異構(gòu)反應(yīng)

雙鍵異構(gòu)和差向異構(gòu)反應(yīng)在有機(jī)合成中極其有用，DBU在這種異構(gòu)反應(yīng)中都具有良好的催化作用。

1）雙鍵異構(gòu)反應(yīng)

利用DBU可以將β，γ-不飽和酯類化合物轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的α，β-不飽和酯。在DBU作用下，60%的3-戊烯酸酯異構(gòu)成穩(wěn)定的2-戊烯酸酯；在催化劑DBU作用下，β，γ-不飽和腈也能異構(gòu)成穩(wěn)定的α，β-不飽和腈。

2）差向異構(gòu)反應(yīng)

立體異構(gòu)體混合物和DBU在室溫下反應(yīng)1h，其順式-3，4-異構(gòu)體轉(zhuǎn)化成反式-3，4-異構(gòu)體，選擇性為96%。這對合成特殊構(gòu)型化合物提供了一種方法。

3.DBU做為堿性試劑脫α-H產(chǎn)生碳負(fù)離子中間體的反應(yīng)

DBU是使具有活潑α-氫化合物脫去質(zhì)子形成碳負(fù)離子的堿性試劑，其中以Michael加成反應(yīng)為典型，其反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少。在環(huán)己酮甲酸酯和丙烯酸甲酯反應(yīng)中，以DBU做堿性試劑，得到產(chǎn)物，收率為96%。

DBU使硝基化合物與含雙鍵的乙烯基酮發(fā)生Michael反應(yīng)，產(chǎn)率為95%；化合物15和2-環(huán)戊烯酮發(fā)生Michael反應(yīng)，水解脫羧后生成(+)-3-環(huán)戊酮，總產(chǎn)率為43%，光學(xué)純度達(dá)96%。而用三基鋰或叔丁氧基鉀為催化劑得到產(chǎn)物的產(chǎn)率雖然接近，但光學(xué)純度卻低得多，僅為7%～76%。此外，在丙二酸和己醛發(fā)生的Knovenagel縮合反應(yīng)中，用DBU做堿性試劑，在90℃下反應(yīng)10h，得到β，γ-不飽和異構(gòu)體的選擇性為94%，產(chǎn)率為56%。

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4.酯化、醚化、酰胺化反應(yīng)

DBU可用做從羧酸、鹵烴制備酯、胺類化合物及從醇制備醚、酯和氨基甲酸酯等化合物的催化劑。這類反應(yīng)是通過羧酸或醇與烷基鹵化物、酰基化劑或者其他親電試劑脫質(zhì)子而成，其中酯化和酰胺化反應(yīng)一般在室溫下即可進(jìn)行，而醚化反應(yīng)一般在60～80℃下進(jìn)行。

5.環(huán)加成反應(yīng)

在合成2，5-二甲基-3-基-2-環(huán)戊烯酮時(shí)，利用DBU作催化劑，產(chǎn)率達(dá)到70%。在合成四氫吡咯衍生物時(shí)，也是利用DBU作催化劑經(jīng)過環(huán)加成而得到的，產(chǎn)率也達(dá)90%以上。

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6.重氮化反應(yīng)

近發(fā)現(xiàn)，在合成α-重氮酮和α-重氮酯的反應(yīng)中，DBU有很好的催化作用。在DBU的催化下，磺酰疊氮化合物對有關(guān)化合物的活性部位進(jìn)行重氮化反應(yīng)，條件溫和，產(chǎn)率高。