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研究生: 高子喬
Kao, Tzu-Chiao
論文名稱: 掩飾鄰苯醌與單態氧之化學反應探討與其在有機合成之應用
Photooxygenation of Masked ο-Benzoquinones: Reaction Study and Its Applications in Organic Synthesis
指導教授: 廖俊臣
Liao, Chun-Chen
口試委員:
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2009
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 278
中文關鍵詞: 單態氧光氧化反應掩飾鄰苯醌
外文關鍵詞: singlet oxygen, photooxygenation
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  • 本論文主要討論掩飾鄰苯醌 100 與單態氧(1O2)所進行相關化學反應。單態氧與掩飾鄰苯醌上其中一個電子豐盈性較高的雙鍵作用,依照不同的淬滅方式而形成二種環戊烯酮產物 101 和 102;另外,作為雙烯試劑的掩飾鄰苯醌可與作為親雙烯試劑單態氧進行 [4+2] 環化加成反應而形成 endoperoxide 110。以上兩種反應途徑取決於溶劑效應、取代基效應以及掩飾鄰苯醌 100 之濃度。歸納實驗結果後發現,溶液所提供的分子間氫鍵(例如甲醇)可能有利於形成環戊烯酮產物,反之於無分子間氫鍵的氯仿下以及較高濃度之掩飾鄰苯醌的反應條件較容易生成 endoperoxide;電子豐盈程度較高的掩飾鄰苯醌與單態氧所進行的反應較傾向形成 endoperoxide,例如 R1 或 R3 為甲烷基或甲氧基以及 R2 為甲烷基;反之若 R1 或 R2 為氫原子且 R3 為烷基之電子豐盈程度較相對較低之掩飾鄰苯醌較容易與單態氧反應形成環戊烯酮產物。由於掩飾鄰苯醌與單態氧所形成之環戊烯酮產物相似於一系列天然物衍生物,我們於是應用環戊烯酮產物之合成策略來進行天然物 (±)-Untenone A 的合成,以證明此種方法的有效性。另外,化合物 101 之水解去羧酸反應有助於繼續進行合成類環戊烯酮天然物;化合物 102 藉由加熱或照光所進行之週環反應而得到化合物 136 則提供另一個有效合成 2-pyrone 之策略。


    The thesis mainly focuses on the photooxygenation of masked o-benzoquinones 100 (MOBs) and its related applications in organic synthesis. Two reaction pathways are discovered. The first one is that singlet oxygen (1O2) reacts on one of electron-rich double bond of MOBs to generate two types of oxidized cyclopentenones 101 and 102 depending on two quenching methods. Its intermediates and the reaction mechanism have also been discussed as well. The second pathway is that endoperoxides 110 were formed through the reaction of 1O2 and electron-rich MOBs. Based on the experimental results, the reaction tendency is affected by the solvent effect, substituent effect and concentration effect (of MOBs). The internal hydrogen bonding provided by the solvents (such as methanol) promotes the formation of cyclopentenones 101 and 102. On the contrary, solvents having no hydrogen bonding ability like chloroform and a high concentration of MOBs make the generation of endoperoxides 110 dominate, especially in the cases of MOBs with R1, R2 = alkyl or OMe and R3 = alkyl groups. Electron-deficient MOBs with R1, R2 = H, R3 = alkyl groups tend to yield cyclopentenones 101 and 102 which have a lot of potential in organic synthesis. (±)-Untenone A was synthesized to demonstrate the efficiency of this methodology. Moreover, hydrolysis followed by decarboxylation of cyclopentenones 101 are of benefit to synthesis of cyclopenteneone-like natural products; the pericyclic reaction of cyclopentenones 102 caused by heat or irradiation 136 also provide an alternative methodology of synthesis of 2-pyrones derivates.

    中文摘要 i Abstract ii 謝誌 v 縮寫對照表 vi 表目 xiii 圖目 xiv 第一章 緒論 第一節 單態氧之基本性質和其相關反應之簡介 1 1-1-1 單態氧的發現 1 1-1-2 單態氧的基本化學性質 3 1-1-3 單態氧參與有機反應之溶劑與取代基效應之探討 8 第二節 掩飾鄰苯醌相關反應研究 13 1-2-1 掩飾鄰苯醌製備方法 13 1-2-2 掩飾鄰苯醌與推電子性質之親雙烯劑進行 Diels–Alder 反應 17 1-2-3 掩飾鄰苯醌與拉電子性質之親雙烯劑進行 Diels–Alder 反應 20 第三節 環戊烯酮類之合成與環戊烯酮類天然物之簡介 25 1-3-1 環戊烯酮類化合物之合成 25 1-3-2 環戊烯酮類天然物之簡介 28 第四節 研究構思 32 第二章 實驗結果與討論 第一節 掩飾鄰苯醌與前驅物苯酚的製備 34 2-1-1 苯酚的製備 34 2-1-2 掩飾鄰苯醌的製備 38 第二節 R1, R3 為氫原子之掩飾鄰苯醌與單態氧在甲醇中之反應 41 第三節 結構鑑定(一) 47 第四節 R1, R3 為氫原子之掩飾鄰苯醌與單態氧在甲醇中反應之中間產物的探討與結構鑑定 53 第五節 掩飾鄰苯醌的取代基效應與溶劑效應對於光氧化反應之產物分布的探討 60 2-5-1 取代基效應對於與產物分布的影響 60 2-5-2 溶劑效應對於與產物分布的影響 65 第六節 面不對稱 2,4-環己二烯酮 122a-c 光氧化反應與掩飾鄰苯醌之比較 71 第七節 結構鑑定(二) 75 第八節 環戊烯酮化合物在合成上的應用 80 2-8-1 水解去羧酸反應 80 2-8-2 環戊烯酮環氧化物之重排反應 83 第三章 結論 90 第四章 實驗部份與參考資料 第一節 一般實驗方法 92 第二節 實驗步驟 92 [2-1-1 苯酚的製備] 94 苯酚 99a 之合成 94 化合物 88 之合成 94 苯酚 89 之合成 95 苯酚 99c 之合成 96 化合物 90 之合成 97 化合物 91 之合成 98 苯酚 92 之合成 99 苯酚 99d 之合成 100 苯酚 99f 的合成 100 化合物 94b 之合成 101 苯酚 99e 的合成 102 苯酚 99k 之合成 103 苯酚 97l 之合成 104 苯酚 99l 之合成 105 苯酚 97m 之合成 106 苯酚 99m 之合成 107 苯酚 97n 之合成 108 苯酚 99n 之合成 108 苯酚 97o 的合成 109 苯酚 99o 的合成 110 [2-2 R1, R3 為氫原子之掩飾鄰苯醌與單態氧在甲醇中之反應] 111 化合物 101a 的合成 111 化合物 101b 的合成 112 化合物 101g 的合成 113 化合物 101h 的合成 113 化合物 101i 的合成 114 化合物 101j 的合成 115 化合物 101k 的合成 116 化合物 101l 的合成 117 化合物 101m 的合成 118 化合物 101n 的合成 119 化合物 102a 的合成 120 化合物 102b 的合成 120 化合物 103h 的合成 121 化合物 102i 的合成 122 化合物 102k 的合成 123 化合物 102l 的合成 124 化合物 102m 的合成 125 化合物 102o 的合成 126 化合物 103a 的合成 127 化合物 103i 的合成 128 化合物 103k 的合成 128 化合物 103m 的合成 129 化合物 103o 的合成 130 化合物 105i 的合成 131 化合物 104k 的合成 131 化合物 105k 的合成 132 化合物 104o 的合成 133 化合物 105o 的合成 134 [2-4 R1, R3 為氫原子之掩飾鄰苯醌與單態氧在甲醇中反應之中間 產物的探討與結構鑑定] 135 化合物 100a-III 的合成 135 化合物 100g-II 的合成 135 化合物 100g-III 的合成 136 化合物 100h-II 的合成 137 化合物 100h-III 的合成 138 [2-5 掩飾鄰苯醌的取代基效應與溶劑效應對於光氧化反應之產物分布的探討] 138 化合物 110a 的合成 138 化合物 110b 的合成 139 化合物 110c 的合成 140 化合物 110g 的合成 141 化合物 110h 的合成 142 化合物 110j 的合成 142 化合物 111j 的合成 143 化合物 111j’ 的合成 144 化合物 110p 的合成 145 化合物 110r 的合成 146 化合物 110s 的合成 147 化合物 110t 的合成 147 化合物 110u 的合成 148 [2-6 面不對稱 2,4-環己二烯酮 122a-c 之光氧化反應與掩飾鄰苯醌之比較] 149 化合物 123a 的合成 149 化合物 124a 的合成 150 化合物 125a 的合成 151 化合物 126a 的合成 151 化合物 127b 的合成 152 化合物 128b 的合成 153 化合物 125b 的合成 154 化合物 127c 的合成 155 化合物 128c 的合成 156 [2-8-1 水解去羧酸反應] 156 化合物 135i 的合成 157 化合物 135k 的合成 157 化合物 135l 的合成 158 化合物 135m 的合成 158 化合物 155m 的合成 159 [2-8-2 環戊烯酮環氧化物之重排反應] 160 化合物 137o 的合成 160 化合物 136o 的合成 160 化合物 137a 的合成 161 化合物 137i 的合成 162 化合物 136k 的合成 162 化合物 138b 的合成 163 化合物 138c 的合成 164 第三節 參考資料 165 附錄(一) 光氧化反應裝置圖 171 附錄(二) 化合物 137i 之 ORTEP 數據 173 附錄(三) 中間產物之光譜資料 179 附錄(四) 化合物之氫核磁共振光譜 187 附錄(五) 已發表之國際期刊 275

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