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本工作研究了N-甲基-1,8-萘二酰亚胺(NI18)、N-甲基-1,2-萘二酰亚胺(NI12)和N-甲基-2,3-萘二酰亚胺(NI23)三种异构的萘二酰亚胺与炔烃在苯溶液中的光化学反应,得到了一些新的结果和一系列新化合物,其结构均由NMR,MS,IR等波谱表征,其中大部分还经由单晶X-射线衍射分析确证,研究和讨论了其反应机理。
一.NI18与炔烃光反应生成环丁烯产物——在萘环上1,2-位发生的[2+2]光环加成反应。荧光淬灭、内部重原子效应和三重态敏化实验表明,此反应是NI18的单重激发态S1反应。
环加成反应是高度区域选择性的。这种区域选择性取决于1NI18*与炔烃的前沿轨道相互作用,也可由1,4-双自由基中间体的稳定性解释。
在NI18与对甲氧基苯乙炔、二苯基乙炔和对氯二苯基乙炔光反应中,由于炔烃的氧化电位较低,存在着光诱导电子转移反应与NI18激发态(S1ππ*)直接加成反应的竞争,因而除生成环丁烯产物外,还得到氮杂苯并芘(benzo[a]thebenidine)系列产物。这是由NI18的羰基(S1)和炔烃经电子转移途径发生Paterno-Büchi反应生成的氧杂环丁烯经重排、电环化闭环、脱氢芳构化转化而来。该系列连续反应在光照条件下一锅完成。
氧杂环丁烯的生成也是高度区域选择性的,可从产生的1,4-双自由基中间体的稳定性和NI18-*的电荷分布来解释。
环丁烯产物分子中含1,4-戊二烯结构单元,可以发生多种化学转化,因而可能成为有用的合成中间体或前体。如NI18与苯乙炔的环丁烯产物光解发生双-π甲烷重排(Di-πmethanerearrangement)得到新颖的含环丙烷结构的五环化合物。
二.NI12与苯乙炔、叔丁基乙炔的光反应是炔键插入到NI12的C(O)-N键之间形成萘并氮杂卓二酮产物,但得到的是碳碳双键饱和的氢化萘并氮杂卓二酮,而不是预期的不饱和萘并氮杂卓二酮。其反应机理有待于深入研究。
NI12和对甲氧基苯乙炔光反应除得到插入产物萘并氮杂卓二酮外,还得到光诱导电子转移反应产生的氧杂环丁烯(Paterno-Büchi反应)的转化产物α,β-不饱和醛。
三.NI23与二苯基乙炔光反应得到在萘环1,2-位发生的[2+2]环加成产物环丁烯衍生物。
NI23与苯乙炔光反应得到结构新颖的七环化合物,即一分子NI23和三分子苯乙炔加成产物。这一新奇反应可能经历了NI23与苯乙炔在萘环1,2-位发生[2+2]环加成产生的初级产物环丁烯与另一分子苯乙炔发生[2+2+2]环加成,继之再与第三分子苯乙炔进行[2+2]环加成的连续反应给出最终产物。文献中尚无类似反应的报道。
四.在苯溶液中与炔烃光反应,NI18、NI12和NI23的反应活性和转化率依次降低。
五.本研究表明,与烯烃的光化学反应相比,萘二酰亚胺与炔烃的光化学反应即表现出类似性又有其特殊性。萘二酰亚胺与炔烃的光化学反应能以很高的区域选择性生成环丁烯产物和氧杂环丁烯产物,而这两种小环化合物都可作为继续各种化学转化的活泼中间体,因而萘二酰亚胺与炔烃的光化学反应要比与烯烃的光化学反应在反应途径和机理上更为丰富多彩,并具有较高的合成价值。