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吲哚类化合物的合成及其相关问题研究

郭翔海  
【摘要】: 吲哚是一种重要的精细化工原料,广泛应用于医药、农药、香料、染料、食品和饲料添加剂等领域。3-甲基吲哚和5-甲氧基吲哚是吲哚的重要衍生物和化学合成中间体。对于这几种化合物简便、经济工业合成方法的研究,一直是研究工作者关注的热点。 在吲哚合成研究中,本文最初考虑以我国氯霉素工业副产的邻硝基乙苯为起点进行试验,设想将苯环上的乙基功能化可以降低反应温度,从而增加反应专属性,并使产物较易于精制。基于此,我们设计了吲哚合成路线一。路线一以邻硝基乙苯为反应原料,经通常的氧化和还原操作得到2-(1-羟基乙基)苯胺,然后环合得到吲哚。但反应结果并不理想,尤其是最后环合收率只有18.8%。对此我们只好放弃其作为工业方法开发的可能。 吲哚合成路线二借鉴了Watanabe吲哚合成以及Ryuichi的邻氨基苯乙醇环合条件,以邻硝基甲苯为原料,首先用甲醛对苯环上的甲基进行羟甲基化合成邻硝基苯乙醇,然后采用Raney Ni为催化剂催化邻硝基苯乙醇氢化还原以及邻氨基苯乙醇的闭环,最终合成了吲哚,三步反应总收率77.7%。本文对该路线进行了系统工业化条件研究,取得了以下成果: 1、研究了羟甲基化缩合反应,阐明该反应是一个两步串联反应,其中第一步为平衡反应。对该反应进行了优化,得到最适合该反应的催化剂为20% NaOH水溶液,最佳反应温度为50℃,原料中甲醛和邻硝基甲苯的最佳投料摩尔比为0.4~0.5。 2、对羟甲基化反应中催化剂碱量减少的原因进行了探讨,表明这是因为碱催化下甲醛的Cannizzaro歧化反应所生成的甲酸中和了碱催化剂。 3、对催化氢化反应的研究结果表明,Raney Ni是适合该反应的催化剂;催化氢化可以在有或没有溶剂的条件下进行;反应的最佳反应温度为110℃;Raney Ni催化剂在催化氢化中的活性稳定性良好。 4、对催化环化反应的研究结果表明,Raney Ni催化下邻氨基苯乙醇的环化机理可能是按照先脱氢后环合的路线进行;贵金属元素的加入(除钌外)能够有效提高Raney Ni催化剂的环合活性,其中金属钯的效果最佳;三苯基膦的加入能够大大提高添加有贵金属元素的Raney Ni催化剂的环合活性,而对单一Raney Ni体系几乎没有实质影响。三苯基膦添加到Raney Ni-Rh体系时,效果最佳。 5、发现在环化反应中,高温、有氧存在、Raney Ni催化下,吲哚(可能与邻氨基苯乙醇也有关)能够发生二聚反应生成不对称的2,3'-二吲哚。此外,本文利用邻硝基乙苯,平行地运用羟甲基化、氢化还原和闭环反应,顺利地合成了3-甲基吲哚,总收率也达到约70%。 本文设计了两条5-甲氧基吲哚的合成路线。路线一是从邻硝基乙苯出发、探索Bamberger反应的模型实验。路线二从邻硝基甲苯出发,在羟甲基化为邻硝基苯乙醇之后采用锌粉还原成相应的羟胺,在甲醇中进行扩展Bamberger反应得到2-(β-羟基乙基)-4-甲氧基苯胺。通过RuCl2(PPh3)3催化闭环,经提取分离得到5-甲氧基吲哚。对于邻硝基苯乙醇起,还原、转位、闭环三步收率分别为62%、27.6%和89.9%,总约15%。


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