摘 要

将氟原子或含氟基团引入有机分子中后，分子的酸性、亲脂性、极性以及代谢稳定性等性质将会有显著改变。含氟功能有机分子在材料、医药、农药、能源等领域得到了广泛的应用。因此，发展新型的有机氟化学试剂和反应，合成含有三氟甲基（CF₃）的手性化合物，是当代有机化学学科的研究热点之一。目前用于构筑手性三氟甲基化合物的策略有两种：直接三氟甲基化法和基于三氟甲基砌块的催化不对称转化法。由于直接三氟甲基化法一般需要使用有毒有害、价格昂贵的氟化试剂，并且反应条件较为苛刻，因此限制了其在不对称合成中的应用。三氟甲基砌块法具有选择性好，反应条件温和，产率较高等优点，吸引了许多化学工作者的关注。

目前，基于三氟甲基-α,β-不饱和化合物的不对称催化反应研究主要集中于β-CF₃-α,β-不饱和化合物的转化，而关于α-CF₃-α,β-不饱和化合物的研究较少。因此，合成新型α-三氟甲基-α,β-不饱和化合物，并将其用于不对称催化反应中构筑含三氟甲基手性化合物具有一定的挑战性，但是意义重大。

本文中，首先合成了α-三氟甲基-α,β-不饱和化合物(Z)-3-[3-苯基-2-(三氟甲基)丙烯酰基]恶唑烷-2-酮，并用核磁共振氢谱和氟谱对其进行表征，结果与化合物结构一致。此外，本论文还探究了该化合物与吲哚、苯胺和硝酮之间的反应。

关键词：三氟甲基；不饱和酰亚胺；不对称催化

Abstract

The acidity, lipotropism, polarity and metabolic stability of organic molecule will change significantly when fluorine atoms or fluorine-containing groups are introduced to the compounds. Compounds bearing one or more fluoric groups are widely used in the fields of material, pharmaceuticals, agrochemicals and energy. Therefore, the development of new fluoro organic reagents and reactions and the synthesis of chiral trifluoromethylated compounds become the research focus of modern organic chemistry. There are two strategies to construct chiral trifluoromethylated compounds: direct method and prochiral trifluoromethylated compounds transformation. The harsh reaction conditions, poisonous and expensive fluorinated reagents of direct method limit its development. The prochiral trifluoromethylated compounds transformation has the advantages of mild reaction conditions, good selectivity and high yields. So this method has attracted many chemists.

The researches of trifluoromethylated-α, β-unsaturated compounds are mainly about β-CF₃-α, β-unsaturated compounds, but the researches of α-CF₃-α, β-unsaturated compounds are scarce. So the synthesis of α-trifluoromethylated-α, β-unsaturated compounds and the application of them to asymmetric catalysis reactions to construct chiral trifluoromethylated compounds are challenging but are of great significance.

Firstly, we synthesized a α-trifluoromethylated-α, β-unsaturated compound - (Z)-3-(3- phenyl-2-(trifluoromethyl)acryloyl)oxazolidin-2-one. All compounds were characterized by ¹H NMR and ¹⁹F NMR analysis. Then, we used the α-trifluoromethylated-α, β-unsaturated compound as substrate and explored its reaction with indole, aniline and nitrones.

Keyword: Trifluoromethylated; Unsaturated imide; Asymmetric catalysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1氟化学概述 1

1.2 含三氟甲基化合物合成方法 2

1.3 含三氟甲基有机物的应用 2

1.4 含CF₃不饱和化合物的研究现状 4

1.4.1 β- CF₃不饱和化合物研究现状 4

1.4.2 α- CF₃不饱和化合物研究现状 12

第2章 设计思想 14

2.1 分子设计 14

2.2 α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物合成路线 14

2.3 基于α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物的反应研究 15

第3章 实验部分 16

3.1 实验仪器及药品 16

3.1.1 实验仪器 16

3.1.2 实验药品 16

3.2 α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物的合成 18

3.2.1 α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物第一条合成路线 18

3.2.1.1 （乙氧基羰基碘甲基）三苯基磷碘化物的合成 18

3.2.1.2 2-碘-3-苯基丙烯酸乙酯的合成 19

3.2.1.3 (Z) -2-三氟甲基-3-苯基-丙烯酸乙酯的合成 19

3.2.1.4 (Z) -2-三氟甲基-3-苯基丙烯酸的合成 20

3.2.2 α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物第二条合成路线 20

3.2.2.1 (Z) -2-三氟甲基-3-苯基丙烯酸的合成 20

3.2.2.2 (E)-3-苯基-2-(三氟甲基)丙烯酰氯的合成 21

3.2.2.3 (Z)-3-(3-苯基-2-(三氟甲基)丙烯酰基)恶唑烷-2-酮的合成 22

3.3 基于α-三氟甲基-β-苯基-双取代不饱和化合物的反应研究 22

3.4 实验结果与讨论 23

第4章 总结与展望 25

参考文献 26

附录 合成物质的¹H NMR谱图和¹⁹F NMR谱图 28

致 谢 31

第1章 绪论

1.1氟化学概述

氟作为一个有特殊性质的元素，早在16世纪就引起了人们的关注。1530年，Agricola就在其著作中提到将萤石（主要成分CaF₂）和其他矿石混合在一起可以在熔炼时降低冶炼温度的方法。之后的1764年，Marggraf首次使用萤石和硫酸为原料在蒸馏条件下分离出一种物质，后来Scheele将其命名为氢氟酸，并对其作了初步的研究。直到一百多年后的1886年，法国化学家Moissan利用电解无水氟化氢的方法，第一次分离得到了氟气。伴随氟单质的发现，氟化学的发展和应用才真正开始。此后在1896年，Swarts等人报道了一氟乙酸乙酯的合成，这才揭开了有机氟化学的序幕，从此有机氟化学成为了研究热点。20世纪30年代到50年代，美国杜邦公司含氟制冷剂氟利昂的研制成功，以及发现含氟聚合物——聚四氟乙烯，美国曼哈顿计划以及冷战时期各国国防军工领域对含氟材料的需求，都极大推进了含氟有机化合物在工业和商业上的快速发展和广泛应用。在1954年，J.Fried等人发现了α-氟代醋酸可的松，该化合物比相应的醋酸可的松作为糖皮激素的消炎活性高10~12倍，这向人们第一次展现了在有机分子中引入氟原子后，可以极大地提高该分子的生理活性。1957年在临床上使用5-氟尿嘧啶用于治疗癌症，给癌症治疗带来了一次历史性突破，再一次向人们展现了氟原子引入有机分子中能够表现出特殊的作用^[1]。

氟原子是元素周期表中VIIA族中原子半径最小的原子，它在所有的元素中具有最高的电负性，这是由于其外层孤对电子对内核的屏蔽作用，也正是这种屏蔽效应使得全氟烷烃具有很高的动力学稳定性。同时含氟化合物也具有很高的热力学稳定性，并且随着氟原子个数的增多趋于越稳定，这是由于碳原子的2s和2p轨道与氟原子的2s和2p轨道之间的重叠效应以及氟碳之间产生的偶极共振效应^[2]。在有机分子中引入氟原子或含氟基团后，可以改变分子的电荷分布以及立体效应，能够显著改变分子的酸性、亲脂性、极性以及代谢稳定性^[3]。