無水三氯化鋁代替質子酸或酸酐作催化劑實現吲哚自身偶聯反應方法

摘　要：提出了一種由無水三氯化鋁代替質子酸或酸酐作催化劑實現吲哚自身偶聯反應的新方法。該方法使用了廉價的催化劑、操作簡便、高收率（８６％－９０％）且反應時間短（小於４０ｍｉｎ）。此反應的原子利用率為１００％，在有機合成中具有一定的應用。透過核磁共振氫譜、核磁共振碳譜對產物的結構進行了表徵。另外文中還提出了可能的反應機理。

引言

吲哚（２，３－苯並吡咯）是一種重要的含氮雜環化合物，它是有機合成的重要中間體，在醫藥、農藥、香料、食品、飼料新增劑和染料等方面具有廣泛的應用。吲哚由於其獨特的生物活性和藥理作用，使它已成為生物、醫藥和材料交叉領域的明星分子，多年來一直吸引著化學工作者對其結構進行修飾和進行仿生全合成研究。自然界含吲哚環系的化合物分佈很廣，自１９８３年以來已經發現了３　５００多種，其中許多都具有重要的生物活性，與生命活動密切相關。對吲哚自身而言，化學反應也極其豐富，可透過各種方法進行衍生化。在吲哚分子結構中，Ｃ－３位的反應活性最強，與其相關的反應型別最多，因此在眾多的衍生物中Ｃ－３位取代的吲哚最引人矚目。相關文獻報道，吲哚在質子酸或酸酐的催化作用下，會發生一種自身偶聯反應，這種反應的原子利用率為１００％，具有十分重要的研究價值。２０１１年，Ｎｏｒｉｏ　Ｓｈｉｂａｔａ課題組報道了吲哚在三氟乙酸酐的催化作用下攪拌過夜可發生二聚生成吲哚偶聯產物；２０１３年，席真等人報道了吲哚在飽和氯化氫氣體的乙醚溶液中攪拌１８ｈ後也可得到同樣的產物。雖然兩種方法都成功地實現了吲哚的自身偶聯，但仍存在一定缺陷：（１）反應時間較長（例如１８ｈ或過夜）；（２）產物收率較低（例如６３％）；（３）準備工作煩瑣（例如需製備飽和氯化氫氣體的乙醚溶液）。因此，探尋一種適宜的反應條件實現吲哚的自身偶聯仍是一個亟待解決的問題。眾所周知，無水三氯化鋁是一種經濟易得、便於操作、使用較為廣泛的路易斯酸催化劑。本文嘗試使用無水三氯化鋁代替氯化氫氣體和三氟乙酸酐催化吲哚的自身偶聯反應。實驗表明，在無水三氯化鋁作催化劑，０℃和二氯甲烷作溶劑的條件下，反應在４０ｍｉｎ內即可完成，本文最終實現了三種吲哚自身偶聯產物的合成，收率可達８６％－９０％。反應方程式為：

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１　實驗部分

１．１　主要儀器與試劑

儀器：５０ｍＬ圓底燒瓶，磁子，暗箱式紫外分析儀（ＺＦ－２０Ｄ），ＩＮＯＶＡ－４００ＭＨｚ核磁共振儀（美國Ｖａｒｉａｎ公司），ＢＬ　１２０Ｐ型電子分析天平，ＩＫＡ（ＲＨ　ｂａｓｉｃ　１），ＳＨＺ－Ｄ（Ⅲ）型迴圈水式真空泵，ＲＥ－２０００Ａ型旋轉蒸發儀。

試劑：實驗中使用的試劑均為市售分析純。

１．２　合成步驟

在已放入磁子的５０ｍＬ圓底燒瓶中，將１０ｍｍｏｌ反應底物溶解於２０ｍＬ二氯甲烷中，之後把圓底燒瓶放入冰浴中冷卻至０℃；在通風良好且磁子攪拌正常的條件下向圓底燒瓶中分批加入１２ｍｍｏｌ［１３］無水三氯化鋁，確保反應繼續在０℃下進行；用ＴＬＣ薄層色譜分析監測反應，當底物完全反應時（小於４０ｍｉｎ），向體系中緩慢注入０℃的水並不斷攪拌，直至有機層和水層均變為澄清透亮；用分液漏斗將有機層分離並用飽和食鹽水洗滌三次，有機層用無水硫酸鈉乾燥２０ｍｉｎ後過濾，濾液經旋蒸濃縮得到粗產品；粗產品經柱層析（乙酸乙酯／石油醚＝１／６）後得到相應的白色固體產物。２　分析與討論

２．１　核磁資料分析

首先由核磁資料可知三個產物的碳、氫原子個數：產物１ｂ含有１４個氫原子和１６個碳原子；產物２ｂ含有１８個氫原子和１８個碳原子；產物３ｂ含有１２個氫原子和１６個碳原子。其次可知三個產物的１　Ｈ　ＮＭＲ訊號是相似的，均有五種相似的特徵峰。以產物１ｂ為例說明：

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值得注意的是產物２ｂ與１ｂ、３ｂ相比，１　Ｈ　ＮＭＲ和１３Ｃ　ＮＭＲ在高場有兩個明顯的－Ｍｅ訊號。另外，產物２ｂ和３ｂ由於－Ｍｅ和－Ｂｒ的特殊位置，使其１　Ｈ　ＮＭＲ在低場多了兩組單峰。綜上所述，三個產物的１　Ｈ　ＮＭＲ和１３Ｃ　ＮＭＲ均與其結構相符。

２．２　反應機理討論筆者結合相關文獻及實驗結果，提出了可能的反應機理：首先三氯化鋁活化吲哚的Ｃ－３位，生成亞胺離子中間體，使吲哚的Ｃ－２位顯正電性；接下來另一分子吲哚Ｃ－３位的碳原子進攻這個正電中心［１７］，實現偶聯；偶聯中間體發生質子轉移［並失去三氯化鋁形成最終產物，離去的三氯化鋁繼續催化反應（圖１）。