两分子脂肪腈在碱的催化下,自身缩合生成烯胺。该反应是由Thorpe于1904年首先报道的。机理是在碱作用下,一个腈的 α -碳上的氢被碱夺取生成碳负离子,后者对另一分子的腈的氰基进行亲核加成。
同一分子中含有两个氰基(二腈)时,在碱性条件下发生分子内的Thorpe反应,称为Thorpe-Ziegler(索普-齐格勒)缩合反应。水解产物是 α -氰基酮,继续水解得到 β -酮酸,后者脱羧生成环酮。与Dieckmann缩合反应有些相似。
Thorpe-Ziegler缩合反应的反应机理如下:
该反应在合成环状化合物时有重要用途。应用高度稀释技术,对于5~8元环状化合物的合成,产率较高。二对于9~13元环,收率下降,甚至不反应。对于14或更大的环,收率又开始上升。
具体例子如下(Malassene R,Toupet L,Hurvois J-P,et al.Synlett,2002,895)。
Thorpe-Ziegler反应的产物往往不是亚胺,而是烯胺。继续水解则可以生成环酮。
Thorpe在研究己二腈的环化反应时发现,使用少量的乙醇钠作碱时,环化反应几乎不发生;而当使用等摩尔的乙醇钠时,却得到了Michael加成产物(二聚体)。使用叔丁醇钠-叔丁醇时,主要产物是二聚体,收率67%~76%。但用等摩尔的叔丁醇钠在甲苯中反应,则得到85%收率的单环化产物。
后来Thorpe-Ziegler反应有一些改进的方法,包括使用高度稀释技术、以乙醚、THF等作反应介质、使用 N -取代苯胺钠等作催化剂等。
如下反应可能属于自由基型反应(Curran D P,Liu W.Synlett,1999:117)。
Satoh等(Wakasugi D,Satoh T.Tetrahedron,2005:61,1245)2005年报道了如下反应,其中的中间体可以分离得到,最终得到不饱和环酮。
二腈类化合物的一种方便的合成方法是二醇的芳基磺酸酯与氰化钠反应。例如:
1-苯基-4-磷杂环己酮
C 11 H 13 OP,192.20
【英文名】 1-Phenyl-4-phosphorinanone
【性状】 43.5~44℃。
【制法】 Snider T E,Moris D L,Srivastava F C,et al.Org Synth,1973,Vol 53:98(1988,Coll Vol 6:932).
双氰乙基苯基膦( 3 ):于安有搅拌器、温度计、滴液漏斗、回流冷凝器的反应瓶中,通入氮气,加入乙腈50mL,苯基膦( 2 )50g(0.454mol),10mol/L的氢氧化钾10mL,冰水浴冷却。搅拌下于40~60min滴加丙烯腈50.0g(0.94mol),控制滴加速度,使反应液温度不超过35℃。加完后己烯室温搅拌反应2.5h。用100mL乙醇稀释,冷至0℃。放置,直至结晶析出完全。过滤,冷乙醇洗涤,真空干燥,得化合物( 3 )74~84g,收率76%~86%,mp 71~74℃。合并滤液和洗涤液,浓缩,可以再得到产品5~9g,总收率80%~93%。
4-氨基-1,2,5,6-四氢-1-苯基膦-3-甲腈( 4 ):于安有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝器的反应瓶中,充入氮气,加入叔丁醇钾25g(0.22mol),甲苯200mL,加热回流,搅拌下滴加由化合物( 3 )43.2g(0.2mol)溶于400mL甲苯的溶液,约40~50min加完。加完后继续回流反应3h。冷至室温,加入250mL水,搅拌30min,析出固体。过滤,冷乙醇洗涤,于78℃/133Pa真空干燥,得化合物( 4 )36~38g,收率84%~88%,mp 134.5~137℃。
1-苯基-4-磷杂环己酮( 1 ):于安有搅拌器、回流冷凝器的反应瓶中,加入化合物( 4 )35g(0.162mol),6mol/L的盐酸400mL,剧烈搅拌下回流反应30h。冰浴冷却,慢慢加入冷的10mol/L的氢氧化钾300mL,加完后继续搅拌10min。乙醚提取,乙醚层水洗,无水硫酸镁干燥。过滤,旋转浓缩,生成的油状物放置后固化。得粗品23~26g,mp 38~43℃。纯品mp 43.5~44℃。
3-甲基螺[4.14]十九-3-烯-2-酮
C 19 H 32 O,276.46
【英文名】 3-Methylspiro[4.14]nonadec-3-en-2-one
【性状】 无色油状液体。
【制法】 Wakasugi D,Satoh T.Tetrahedron,2005,61:1245.
{1-[氯(对甲苯亚磺酰基)甲基]环十五基}乙腈( 3 ):于安有磁力搅拌器、低温温度计的反应瓶中,加入正丁基锂的THF溶液10mL(1.80mmol),冷至-78℃,加入乙腈0.096mL(1.80mmol),搅拌反应10min后,加入化合物( 2 )237.0mg(0.60mmol)溶于2mLTHF的溶液。搅拌反应10min后,用氯化铵水溶液淬灭反应。用氯仿提取,过硅胶柱纯化,得无色油状液体( 3 ),其中小极性者190.8mg,收率73%,大极性者61.9mg,收率23%。
2-氨基-3-甲基螺[4.14]十九-1,3-二烯-1-甲腈( 4 ):于安有磁力搅拌器、低温温度计的反应瓶中,加入LDA(0.23mmol)溶于2mLTHF的溶液,冷至-78℃,加入化合物( 3 )33.1mg(0.076mmol)溶于1mLTHF的溶液,于-78℃继续搅拌30min。而后加入丙腈基锂0.30mmol(由丙腈和正丁基锂于-78℃制备),慢慢升至室温反应2.5h。用饱和氯化铵淬灭反应,以氯仿提取。过硅胶柱纯化,得无色结晶( 4 )19.0mg,收率80%,mp 162~164℃。
3-甲基螺[4.14]十九-3-烯-2-酮( 1 ):于安有搅拌器、回流冷凝器的反应瓶中,加入化合物( 4 )97.2mg(0.31mmol),冰醋酸21mL,85%的磷酸9mL,水2mL,搅拌回流32h。以10%的氢氧化钠溶液中和,氯仿提取。过硅胶柱纯化,得无色油状液体( 1 )83.3mg,收率93%。