毕业论文设计三元杂环的研究进展及其在合成中的应用Word文件下载.docx

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关键词：

三元杂环；

氧杂环丙烷；

氮杂环丙烷；

硫杂环丙烷

Abstract

Triatomicheterocycliccompoundswerediscoveredmorethanonecentury.Inrecentyearswiththestructureanalysisandtheappraisaltechnology'

sprogress,moreandmoretriatomicheterocycliccompoundswerediscovered.Theuseandapplicationscopeofitscompoundalsoisdevelopedunceasinglyanditsapplicationdomainisexpanded.

Triatomicheterocycliccompoundisagiantkindoforganiccompoundbecauseofitsuniquestructureandthenaturewhichenablesitswidespreadandtheimportantuseinmanydomains.Andtheirnatureandtheapplicationresearchreceivemoreandmoreattention.Therefore,triatomicheterocycliccompoundsareveryimportant.Itisnotonlyasaresultoftheirwidespreadexistence,butalsowidespreadapplicationinchemistry,biologyandindustryaspects.Triatomicheterocycliccompoundexistsinmanynaturalproducts,suchasVitamin,hormone,antibiotic,alkaloid,medicine,theagriculturalchemicalsandotherimportantproductsofchemicalindustry,e.g.thecorrosioninhibitor,anti-senilemedicine,sensitizer,stabilizerandsoon.

Inthisarticle,itspreparationandapplicationoforganicsynthesiswereintroduced.Theimportantreactionsofoxa-cyclopropane,aziridine,sulfurheterocyclicpropaneandtheirderivativeswerereviewed.Itssocialapplication,developmentandthetechnicalimprovementwereintroduced.Finallyitalsointroducedthefutureprospectsfordevelopmentoftriatomicheterocycliccompounds.

Keywords:

triatomicheterocycliccompound;

oxa-cyclopropane;

aziridine;

sulfurheterocyclicpropane

前言

三元杂环类化合物是现今社会中应用比较广泛的一类化合物，在工业、农业、医药方面都有很显著的作用。

对于这样一类杂环化合物,我们既要讨论它们的结构、物理性质和光学特性，也要讨论他们重要的化学性质、反应及合成。

对于每一类三元杂环化合物的合成都按照其原理进行分析；

然后有选择性地介绍与该结构类型相关的衍生物、天然产物药物和其它具有生物活性的化合物[1]；

最后，列举适当的合成实例或选择性的合成转化，内容涉及广泛，对三元杂环类化合物的内容进行了进一步的完善。

这篇论文主要阐述了三元杂环中一些重要的化合物的反应及其在合成方面的应用。

这里分别介绍了氧杂环丙烷、硫杂环丙烷、氮杂环丙烷等一些常见的重要的三元杂环，还有二氧杂环丙烷、氧氮杂环丙烷、2H-氮杂丙烯、3H-二氮杂环丙烯啶等一些重要的化工三元杂环中间体。

并且通过这篇论文中的一些例子详尽地阐明了杂环化合物的结构、反应性能和合成的基本原理。

由于其独特的结构和性质使得它们在许多领域中都有着非常广泛和重要的用途，相信它们在未来社会各个方面将发挥着无法取代的作用。

第一章概述

所谓的三元杂环即一个三碳的环状结构，当上面的一个C原子被其它取代基取代时便形成了三元杂环。

通常最常见的三元杂环母体有三种，它们分别为氧杂环丙烷、硫杂环丙烷、氮杂环丙烷。

三元杂环的性质主要来自于大的键角张力，环的张力导致了化合物的高反应性，所以它们可以发生很多反应形成许多有用的物质，社会各个方面都不可缺少它们。

现在各国都加强了对三元杂环的深入研究，并且有很多作用明显对人类有益的，已经进行了大批量的生产，尤其在抗生素、维生素等药物方面，还有燃料、塑料、杀毒剂等工业制品方面。

我们对三元杂环类物质的技术掌握更是突飞猛进，从开始的简单型三元杂环已经深入到了大型三元杂环聚合物。

相信它将在未来的社会发展中体现出更大的作用。

1.1氧杂环丙烷的结构

氧杂环丙烷俗称环氧乙烷，它是一种无色、溶于水的剧毒气体。

其波谱学和电子衍射学研究表明，它的结构接近于一个等边三角形如下图[2]：

图1-1氧杂环丙烷的结构

氧杂环丙烷的张力焓是114kJ·

mol-1，离子的电位是10.5eV；

由于氧杂环丙烷的结构,决定了它是一种非常容易发生反应的物质。

1.2硫杂环丙烷的结构

硫杂环丙烷由于硫原子的原子半径较大，3个原子形成一个锐角三角形。

如图

图1-2硫杂环丙烷的结构

由化学热力学测定表明，硫杂环丙烷的张力焓为83kJ·

mol-1比环氧乙烷低；

其离子电位9.05eV和偶极矩1.66D也低于氧杂环丙烷。

核磁共振谱的化学位移为δH=2.27,δC=18.1。

1.3氮杂环丙烷的结构

氮杂环丙烷本身是一种无色、溶于水、有氨气味的毒性液体，热稳定性较好，但是最好在其中加入氢氧化钠保存在冰箱中。

氮杂环丙烷也叫环氮乙烷，键长和键角与氧杂环丙烷基本相同。

N原子上的非键电子对和N—H键所处的平面垂直于氮杂环丙烷环的平面。

图1-3氮杂环丙烷的结构

1.4其他重要的三元杂环

1.4.1二氧杂环丙烷

图1-4二氧杂环丙烷的结构

原位形成的二氧杂环丙烷具有较好的协同催化作用，所以二氧杂环丙烷是目前催化效果最好应用最广泛的试剂之一。

1.4.2氧氮杂环丙烷

图1-5氧氮杂环丙烷的结构

氧氮杂环丙烷是肟和硝酮的异构体，是一种无色液体微溶于水。

氧氮杂环丙烷在类化合物在工业个各方面既是重要的氧化剂又是重要的合成中间体。

1.4.32H-氮杂丙烯啶

图1-62H-氮杂丙烯啶的结构

2H-氮杂丙烯啶热稳定性是及其不稳定的，所以保存它必须要在非常低的温度下，而被取代后的2H-氮杂丙烯啶相对是较稳定的。

1.4.43H-二氮杂环丙烯

图1-73H-二氮杂环丙烯的结构

3H—二氮杂环丙烯本身是一种气体或无色液体。

液态的3H-二氮杂环丙烯化合物可分解爆炸。

三元杂环及其衍生物在现今社会越来越受到关注，三元杂环化合物的反应活性主要决定于环的张力，但是也与杂原子的性质有关，三元杂环类化合物的典型反应是亲核性开环生成1，2-二取代的脂肪族化合物。

这种特性使得它不管是在医药还是工业、生活各个方面都有突出的贡献，而且它也是攻克癌症这一绝症的主要药效团。

三元杂环及其衍生物未来的发展前景将是不可限量的，下面我分别介绍一下常见的几种重要的三元杂环类化合物及它们的一些重要反应。

第二章氧杂环丙烷在合成中的应用

氧杂环丙烷的性质主要来自于大的键角张力，环的张力导致了化合物的高反应活性，非常容易发生典型的开环开链反应，所以氧杂环丙烷在很多合成中起着非常重要的作用。

2.1氧杂环丙烷的合成

工业上制备氧杂环丙烷是由乙烯在银催化下用空气直接氧化制备，而在实验室中氧杂环丙烷的合成通常有4种方法，下列

（1）、（3）和（4）都是基于相同的原理，即氧负离子分子内取代ß

-碳上的离去基。

（1）ß

-卤代醇环化脱卤代氢，在碱性条件下，ß

-卤代醇脱质子生成对应的共轭碱，进而发生分子内取代卤原子的反应。

这个反应在常温下便可以进行，1859年，Wurtz通过氢氧化钠作用于2-氯乙醇首次制得了氧杂环丙烷。

（2）烯烃的环氧化，烯烃与过氧酸反应生成环氧化物。

在Prileschajew反应中，常用的是过氧苯甲酸，间氯过氧苯甲酸或单过氧邻苯二甲酸。

在弱极性溶液里，反应是按协同方式进行的。

过氧酸具有很强的分子内氢键，协同反应是立体选择性的，（Z）-烯烃生成cis-环氧化物，（E）-烯烃生成trans-环氧化物。

Sharpless环氧化反应是用过氧叔丁醇，在四异丙氧基钛和（R,R）-（+）-或（S,S）-（–）-酒石酸二乙酯（DET）存在下，烯丙醇和取代烯丙醇与该试剂反应，选择性地生成对应的环氧化物。

在（R,R）-（+）-DET存在下，生成对映异构体P1（ee>

90%）；

而在（S,S）-（–）-DET存在下，则生成另一种对映异构体P2（ee>

90%）。

因此Sharpless环氧化反应是该类化合物的重要不对称合成法。

（3）Darzens反应（缩水甘油酸酯合成法），在乙醇钠存在下，α-卤代酸酯与羰基化合物反应生成2-乙氧羰基环氧化合物，该类产物也称作缩水甘油酯。

反应的第一步是α-卤代酸酯在碱的作用下脱质子化生成对应的碳负离子；

然后是该碳负离子对羰基化合物进行亲核加成，该步反应是速率决定步骤；

最后一步是分子内取代卤原子。

（4）Corey合成法，该合成方法是由卤化三烷基锍盐或卤化三烷基亚砜盐衍生的S-叶立德与羰基化合物反应。

2.2氧杂环丙烷类化合物的反应及应用

氧杂环丙烷是石油化工的重要中间体，世界年产量大约为800万吨，在社会各个领域中都起着重要的作用[2]。

氧杂环丙烷类化合物除具有强的环张力外，另一个明显的性质是它的Bronsted和Lewis碱性，这是由于氧原子的非成键电子对所致。

所以他们可以与