王衛(wèi)東，史正春，計(jì)海峰，下茂徹朗

(1.吉林化工學(xué)院化工與材料工程學(xué)院，吉林吉林 132022; 2.沈陽(yáng)化工研究院測(cè)試評(píng)估中心，遼寧沈陽(yáng) 110071;3.鹿兒島大學(xué)工學(xué)部，日本鹿兒島 890-0065)

·快遞論文·

三-2-吡喃酮與二苯酮的固相［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)*

王衛(wèi)東1，3，史正春2，3，計(jì)海峰1，下茂徹朗3

(1.吉林化工學(xué)院化工與材料工程學(xué)院，吉林吉林 132022; 2.沈陽(yáng)化工研究院測(cè)試評(píng)估中心，遼寧沈陽(yáng) 110071;3.鹿兒島大學(xué)工學(xué)部，日本鹿兒島 890-0065)

4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮分別與原甲酸三氯乙酯，三(溴甲基)氧磷和1，3，5-三(溴甲基)苯經(jīng)取代反應(yīng)制得三-2-吡喃酮(3a～3c);3a和3b分別與二苯酮(4)通過(guò)經(jīng)歷4的三線激發(fā)態(tài)，橫穿3的C5-C6，C5'-C6'和C5″-C6″雙鍵經(jīng)固相［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)，高位置、高配向選擇性地合成了4個(gè)新型的氧雜類化合物(5a，5a'，5b和5b')，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR，IR，LR-MS和HR-MS表征。

固相;［2+2］光環(huán)加成反應(yīng);三-2-吡喃酮;二苯酮;合成

固相光化學(xué)合成屬于無(wú)溶劑有機(jī)反應(yīng)，在天然產(chǎn)物、醫(yī)藥、香料等精細(xì)有機(jī)合成中，具有特別重要的意義［1］。二組分有機(jī)晶體或固體混合物的光化學(xué)反應(yīng)常利用其非共價(jià)鍵作用，在晶體中形成堅(jiān)固、規(guī)則的分子排列來(lái)控制反應(yīng)的選擇性，因而受到廣泛關(guān)注［2-7］。

本課題組已進(jìn)行了2-吡喃酮與順丁烯二酰亞胺之間1∶1復(fù)合晶體［8-10］、2-吡喃酮與二苯酮類化合物的固體混合物(氧雜類化合物的形成)［11］的高選擇性［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)，以及二-2-吡喃酮與二苯酮的二重［2+2］光環(huán)化加成反應(yīng)的研究［12-14］。作為本課題組在固相光化學(xué)反應(yīng)研究的一部分，本文將4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮(1)分別與原甲酸三氯乙酯(2a)，三(溴甲基)氧磷(2b)和1，3，5-三(溴甲基)苯(2c)經(jīng)取代反應(yīng)制得三-2-吡喃酮(3a～3c);3a和3b分別與二苯酮(4)通過(guò)經(jīng)歷4的三線激發(fā)態(tài)，橫穿3的C5-C6，C5'-C6'和C5″-C6″雙鍵經(jīng)固相［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)，高位置、高配向選擇性地合成了新型氧雜類化合物(5a，5a'，5b和5b'，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR，IR，LR-MS和HRMS表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

MFG.CO型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(溫度未校正); IR-Report-100型紅外分光光度計(jì)(KBr壓片); JNM-GSX400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));JEOLJMS-HX110A型質(zhì)譜儀;UVL-400P型400 W高壓水銀燈。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)3的合成(以3a為例)

N2氣保護(hù)，在三口燒瓶中加入1 5.00 g (39.6 mmol)，1，8-二氮雜雙環(huán)［5.4.0］十一碳-7-烯(DBU)6.03 g(39.6 mmol)和乙腈75 mL，攪拌使其溶解;緩慢滴加2a 3.32 g(13.2 mmol)的乙腈(25 mL)溶液，滴畢，回流(95℃)反應(yīng)73 h。冷卻至室溫，用三氯甲烷(200 mL)溶解，用飽和氯化銨溶液調(diào)至pH 7.0，用蒸餾水(3×200 mL)洗滌，減壓蒸除溶劑后殘余物用乙腈重結(jié)晶得白色絮狀晶體6，6'，6″-三甲基-4，4'，4″-(原甲酸三氯乙酯基)-三-2-吡喃酮(3a)4.79 g。

分別用2b和2c代替2a，用類似方法合成白色絮狀晶體6，6'，6″-三甲基-4，4'，4″-［三(溴甲基)氧磷基］-三-2-吡喃酮(3b)和6，6'，6″-三甲基-4，4'，4″-［1，3，5-三(溴甲基)苯基］-三-2-吡喃酮(3c)。

3 a:收率11%，m.p.198℃～200℃;1H NMR δ:2.22(s，6H，CH3)，4.26(m，6H，CH2)，4.50(m，6H，CH2)，5.01(s，1H，1-H)，5.42(s，3H，ArH)，5.80(s，3H，ArH);IR ν: 1 687 cm-1;LR-MS m/z:521{［M+H］+};HRMS m/z:Calcd for C25H28O12{［M+H］+}520.482 6，found 520.483 3。

3 b:收率12%，m.p.146℃～149℃;1H NMR δ:2.21(s，6H，CH3)，4.27(m，6H，CH2)，5.42(s，3H，ArH)，5.81(s，3H，ArH); IR ν:1 704 cm-1;LR-MS m/z:465{［M+H］+}; HR-MS m/z:Calcd for C21H21O4P{［M+H］+} 464.354 9，found 464.355 7。

3 c:收率10%，m.p.233℃～236℃;1H NMR δ:2.19(s，6H，CH3)，4.35(m，6H，CH2)，5.65 (s，3H，ArH)，6.13(s，3H，ArH)，7.17～7.44 (m，3H，ArH);IR ν:1 704 cm-1;LR-MS m/z: 493{［M+H］+};HR-MS m/z:Calcd for C21H21O4P{［M+H］+}492.473 6，found 492.474 2。

(2)5的合成(以5a和5a'為例)

在研缽中加入3a 260 mg(0.50 mmol)和4 273 mg(1.50 mmol)，研磨10 min使其呈細(xì)粉末狀。平鋪夾于兩片Pyrex玻璃板間，N2氣保護(hù)下于室溫用400 W高壓水銀燈照射反應(yīng)96 h。反應(yīng)混合物經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(乙酸乙酯)∶V(正己烷)=1∶1］分離后用二乙醚重結(jié)晶得5a和5a'(1/1)108 mg，收率21%。

用類似方法合成混合物5b和5b'(1/1)20 mg，收率4%。

5 a:m.p.175℃～178℃;1H NMR δ:1.62 (s，9H，CH3)，3.27(ddd，J=3.2 Hz，5.6 Hz，9.2 Hz，3H，OCH2)，3.70(m，6H，OCH2)，3.81(ddd，J=3.2 Hz，6.4 Hz，9.2 Hz，3H，OCH2)，4.17(s，3H，ArH)，5.00(s，1H，1-H)，5.05(s，3H，ArH)，7.20～7.49(m，30H，ArH);13C NMR δ:27.6，54.5，60.3，70.1，87.0，92.7，102.7，110.5，125.7，126.4，127.7，127.8，127.9，128.4，139.8，143.8，163.8，166.4;IR ν:1 690 cm-1;LR-MS m/z: 1 068{［M+H］+};HR-MS m/z:Calcd for C64H58O15{［M+H］+}1 068.134 0，found 1 068.133 3。

5 a':m.p.174℃～176℃;1H NMR δ:1.64 (s，9H，CH3)，3.30(ddd，J=3.2 Hz，5.6 Hz，9.2 Hz，3H，OCH2)，3.89(ddd，J=3.2 Hz，6.4 Hz，9.2 Hz，3H，OCH2)，4.14(s，3H，OCH2)，4.30(m，3H，ArH)，5.00(s，1H，1-H)，5.01 (s，3H，ArH)，7.18～7.47(m，30H，ArH);IR ν:1 692 cm-1;LR-MS m/z:1 068{［M+H］+}; HR-MS m/z:Calcd for C64H58O15{［M+H］+} 1 068.134 0，found 1 068.132 6。

5 b和5b':m.p.58℃～61℃;1H NMR δ: 1.65，1.66(s，9H，CH3)，3.07，3.68(dd，J= 6.4 Hz，11.6 Hz，6H，OCH2)，3.27，3.37(dd，J=6.4 Hz，11.6 Hz，6H，OCH2)，4.08，4.15 (s，3H，ArH)，5.01，5.05(s，3H，ArH)，7.19～7.46(m，30H，ArH);13C NMR δ:27.6，51.2，65.8，87.0，93.2，102.7，125.6，126.3，127.7，127.8，127.9，128.0，128.4，128.5，128.6，139.6，143.5，143.6，163.4，165.9;IR ν:1 704 cm-1;LR-MS m/z:1 012{［M+H］+};HR-MS m/z:Calcd for C60H51O13P{［M+H］+}1 012.007 1，found 1 012.002 5。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

LR-MS和HR-MS分析結(jié)果表明，目標(biāo)產(chǎn)物為1/3加成體。在5a和5b的FT-IR譜圖中，分別于1 692 cm-1和1 705 cm-1處出現(xiàn)2-吡喃酮環(huán)上較強(qiáng)的C=O吸收峰。NMR的光譜分析結(jié)果顯示［2+2］加成物5a和5b的烯基氫質(zhì)子吸收峰分別位于5.01和5.05處，對(duì)比二-2-吡喃酮與4的固相［2+2］光環(huán)加成產(chǎn)物［12］，可進(jìn)一步推定5a和5b的化學(xué)結(jié)構(gòu)與Scheme 1吻合。

2.2 固相與液相光反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

固相及液相光反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，在氯仿中3與4的光反應(yīng)由于苯頻哪醇(6，Chart 1)優(yōu)先生成，對(duì)5的生成起阻礙作用，故對(duì)該反應(yīng)體系來(lái)說(shuō)，固相光反應(yīng)與液相光反應(yīng)相比，氧雜類化合物的形成更具有高效性;在乙腈溶液中未能獲得目標(biāo)產(chǎn)物，暗示溶劑的極性對(duì)液相光反應(yīng)影響較大;3c與4之間無(wú)論是在固相還是在溶液中均無(wú)目標(biāo)產(chǎn)物生成，這可能由于三個(gè)2-吡喃酮環(huán)間的苯環(huán)存在立體障礙影響。

表1 3和4的［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)*Table 1［2+2］photocycloaddition reactions of 3 with 4

2.3 混晶的考察

3與4的1∶3混晶的IR分析發(fā)現(xiàn):3的內(nèi)酯的羰基與二苯酮的羰基分別出現(xiàn)了15 cm-1～21 cm-1和5 cm-1～17 cm-1低波長(zhǎng)位移，暗示在3 和4之間存在較弱的分子間氫鍵鍵合。采用Win MOPAC AM1(Fujitsu)方法［10-11］計(jì)算的3a和4 的1∶3混晶氫鍵距離和鍵能分別為2.3 ?～2.4?和8.7 kcal·mol-1。

2.4 固相光反應(yīng)機(jī)理

反應(yīng)機(jī)理通過(guò)猝滅實(shí)驗(yàn)及MO分析可確定為:該［2+2］環(huán)加成反應(yīng)始于二者基態(tài)下3的2-吡喃酮環(huán)上C6與4的羰基氧之間靜電相互作用，經(jīng)歷4的三線激發(fā)態(tài)，橫穿3的C5-C6，C5'-C6'和C5″-C6″雙鍵，利用已被增強(qiáng)的靜電相互作用而進(jìn)行的光反應(yīng)過(guò)程［11-14］(Scheme 2)。

［1］張寶文，程學(xué)新，劉勇勇，等.有機(jī)合成光化學(xué)及其研究現(xiàn)狀［J］.感光科學(xué)與光化學(xué)，2001，19(2): 139-155.

［2］Ito Y，F(xiàn)ujita H.Unusual［2+2］Photocycloaddition between tryptamine and 3-nitrocinnamic acid in the solid State［J］.Chem Lett，2000，29(3):288-289.

［3］Tanaka K，Toda F.Solvent-free organic synthesis［J］. Chem Rev，2000，100(3):1025-1074.

［4］Koshima H，Kawanishu H，Nagano M，et al．Absolute asymmetric photocyclization of isopropylbenzophenone derivatives using a cocrystal approach involving single-crystal-to-single-crystal transformation［J］.J Org Chem，2005，70(11):4490-4497.

［5］Shichi T，Takagi K.The photochemistry and stereochemical control of clay-intercalated compounds［J］.J Syth Org Chem，2002，60(11):1076-1086.

［6］青山弘.固相のにおける光反応―結(jié)晶狀態(tài)有機(jī)光反応［J］.有機(jī)合成化學(xué)(日)，1980，38(12): 1134-1140.

［7］戸田芙三夫.固相反応場(chǎng)の設(shè)計(jì)と活用［J］.有機(jī)合成化學(xué)(日)，1990，48(6):494-507.

［8］Obata T，Shimo T，Yoshimoto S，et al．Peri-，siteand stereocontrolled photocycloaddition of 4-methoxy-6-methyl-2-pyrone with maleimide induced by the hydrogen bond and CT stacking in the solid state［J］. Chem Lett，1999，28(2):181-182.

［9］Obata T，Shimo T，Yasutake M，et al．Remarkable interaction effects of molecular packing on site-and stereoselectivity in photocycloaddition of 2-pyrones with maleimide in the solid state［J］.Tetrahedron，2001，57(8):1531-1541.

［10］Shimo T，Uezono T，Obata T，et al．X-ray and MO analysis of highly stereoselective solid-state photocycloadditions of 2-pyrones with maleimide［J］.Tetrahedron，2002，58(30):6111-6116.

［11］Shimo T，Yamaguchi R，Odo Y，et al．Efficient photochemical oxetane formation from 2-pyrones and benzophenones in the solid State［J］.Heterocycles，2004，63(7):1541-1545.

［12］Wang W，Shimo T，Shinmyozu T，et al．Solid-state photocycloaddition of 6，6-dimethyl-4，4-polymethylenedioxy-di-2-pyrones to benzophenone［J］.Heterocycles，2006，68(7):1381-1392.

［13］Wang W，Shimo T，Hashimoto H，et al．Solid-state photocycloaddition of 6，6'-dimethyl-4，4'-［bis(methylenoxy)phenylene］-di-2-pyrones with benzophenone ［J］.Tetrahedron，2007，63(50):12367-12372.

［14］王衛(wèi)東，孫國(guó)富，下茂徹朗.含有芳環(huán)的二-2-吡喃酮與二苯酮的固態(tài)二重［2+2］光環(huán)加成反應(yīng)［J］. SJFCD，2012，1(2):9-17.

Solid-state［2+2］Photocycloaddition Reactions of Tri-2-pyrones with Benzophenone

WANG Wei-dong1，3，SHI Zheng-chun2，3，JI Hai-feng1，SHIMO Tetsuroc3

(1.College of Chemical and Materials Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，China; 2.Testing and Evaluation Center，Shenyang Research Institute of Chemical Industry，Shenyang 110071，China; 3.Faculty of Engineering，Kagoshima University，Kagoshima 890-0065，Japan)

Tri-2-pyrones(3a～3c)were prepared by substitution reaction of 4-hydroxy-6-methyl-2-pyrone with tris(2-chloroehtyl)orthoformate，tris(bromomethyl)phosphine oxide and 1，3，5-tris(bromomethyl)benzene，respectively.Four novel oxetane derivatives(5a，5a'，5b and 5b')were synthesized by solid-state［2+2］photocycloaddition reactions of benzophenone(4)with 3a and 3b，respectively，with high site-and regio-selectivity across the C5-C6，C5'-C6'and C5″-C6″double bonds of 3 via the triplet excited state of 4.The structures were characterized by1H NMR，13C NMR，IR，LR-MS and HR-MS.

solid-state;［2+2］photocycloaddition reaction;tri-2-pyrone;benzophenone;synthesis

O623.5

A

1005-1511(2014)03-0327-04

2013-03-11;

2014-03-03

吉林省教育廳基金資助項(xiàng)目［吉教科合字(2009)第438號(hào)］

王衛(wèi)東(1968-)，男，漢族，吉林琿春人，博士，副教授，主要從事有機(jī)光化學(xué)的研究。E-mail:wangweidong1968@hotmail.com