双重挤出反应涉及两个小的，通常是无机的片段的损失，桥接两个原子，在原子之间形成双键（最常见的是提供烯烃或亚胺）。这些反应对于空间位阻双键的形成特别有用，因为分子间挤出受空间因素的影响小于分子间反应。

 

介绍

双重挤出反应涉及从杂环系统中失去小的无机碎片，例如在环中的桥接碳之间形成双键（方程1）。这组反应已经应用于受阻烯烃的合成中，其他方法如Wittig反应不成功。分子机器的合成路线也涉及双重挤出反应。这些反应的范围主要受限于所需环状原料的前体的可用性。在高温下或在诸如叔膦的还原剂存在下，容易发生挤出。

（1）

经历双重挤出的环系统的前体包括thiones，selones，重氮化合物和叠氮化物，或硫化氢和吖嗪。硫杂硒和硒二唑啉环系统及其氧化类似物是挤出步骤本身最常用的原料; 然而，存在几种不同的方法来制备这些底物。

机制与立体化学

来自Thia-和Selenadiazolines的烯烃形成

已经详细研究了噻二唑啉的热挤出反应机理。^[2]噻二唑啉1的二氮原子的初始损失产生硫代羰基内鎓盐，其可表示为双自由基，偶极子或四价硫结构。该中间体可以通过1,3-偶极环加成用炔烃或用酸处理来捕获。^[3] [4] 4π-电子，硫代羰基内鎓的旋转闭环得到硫杂丙环2（方程2）。在这个阶段通常可以分离出硫杂环戊烷; 然而，随后用叔膦，^[5]苯基锂，^[6]或铜青铜^[1]处理 导致硫和烯烃形成的挤出。

（2）

来自Sulfenes和重氮化合物的烯烃形成

磺胺和重氮化合物反应生成烯烃，但与使用硫酮和重氮化合物（噻二唑啉为中间体;参见上文）的挤出反应不同，该反应的机理不直接涉及噻二唑啉-1,1-二氧化物。溶剂效应研究^[7]和分离的噻二唑啉-1,1-二氧化物^[8]的独立研究支持逐步极性机制，包括将重氮化合物加入到亚磺酰，然后闭环（方程式3）。相关的噻二唑啉-1,1-二氧化物在加热时失去二氧化硫，得到相应的吖嗪，而不是烯烃。

（3）

来自Thia-和Selenatriazolines的亚胺形成

叠氮化物是重氮化合物的含氮类似物，并且在双重挤出后与硫酮反应得到亚胺。捕获实验在该机制中支持硫代羰基-S-酰亚胺3的中间体，最可能通过叠氮化物和硫酮的环加成反应然后挤出二氮（方程式4）而产生。^[9] Selones对叠氮化物的反应相似。

（4）

范围和限制

双重挤出反应的范围主要取决于前体的可用性。本节包括对前体合成和双重挤出本身的范围和局限性的讨论。

前体的制备

硫堇可以使用Lawesson试剂与酮类^[10]一起制备，或者对于相对稳定的噻吩，可以使用硫化氢和酸催化剂处理相应的酮（方程式5）。^[11]

（5）

用于挤出反应的重氮化合物通常通过氧化相应的腙制备。乙酸铅（IV）可用于芳基腙的氧化（方程式6），^[11]而锰酸钡通常用于从相应的腙中制备受阻烷基重氮化合物。^[12]

（6）

Selones，即酮的硒类似物，可以通过在升高的温度下用元素硒处理相应的三苯基亚膦基腙来制备（方程式7）。^[13]重要的是，当通过缀合或空间位阻稳定时，selones仅是可分离的。

（7）

Alkene和Imine Formation

存在一些适用于双重挤出反应的制备硫杂硒或硒二唑啉的不同方法。“吖嗪加成”方法便于制备和挤出对称的，适度受阻的噻二唑啉。用硫化氢处理对称吖嗪导致在吖嗪的两个π键上加成，并且所得的噻二唑烷可以用乙酸铅（IV）氧化。然后将得到的噻二唑啉在叔膦存在下进行两次挤出，得到所需的烯烃。该方法适用于广泛的基质，绕过中间体硫杂环戊烷的分离（方程式8）。^[14]

（8）

对于更多空间位阻或不对称噻二唑啉的合成，通常使用硫酮和重氮化合物的环加成（方程9）。^[15]硫的自发挤出经常发生在高温下，特别是当可以形成共轭体系。当应用于严重受阻的，不对称的噻二唑啉的合成时，观察到该反应的一个重要限制，其易于进行逆向环化以形成新的噻吩和重氮化合物。这些中间体又可与起始原料结合，在挤出后得到较少受阻，对称的烯烃。^[12]

（9）

对于重氮化合物的硒化合物的反应也观察到类似的反应。

使用杂原子取代的硫酮，可以制备杂原子取代的烯烃。例如，硫代光气和二苯基重氮甲烷在升高的温度下反应产生相应的1,1-二氯烯烃，产率高（方程式10）。

（10）

硫化物和空间位阻的selones与芳基叠氮化物组合，可用于制备N-芳基亚胺（方程11）。^[16]该反应的底物范围被限制为芳基叠氮化物。

（11）

合成应用

当其他烯化方法不成功时，最常使用双重挤出反应。高取代或空间位阻的烯烃是经典烯化方法中最成问题的目标，例如Wittig，^[17] Horner-Wadsworth-Emmons，^[18]和Peterson烯化。^[19]尽管很少有天然产物含有空间位阻烯烃，但是理论上有几个分子也具有这种结构基序（方程12）。^{[20] [21] [22]}

（12）

挤出反应也可用于合成分子机器，其通常包括高度共轭或应变的烯烃作为设计元素。^[23]

与其他方法的比较

当空间位阻烯烃是目标时，其他烯化方法通常不如挤出反应。然而，挤出方法需要制备外来的（并且有时不稳定的）前体，并且该反应对于一些不受阻碍的前体不能很好地起作用。^[24] McMurry偶联反应（方程式13）是双重挤出的替代方案，可用于合成受阻烯烃。^[25] McMurry反应不能用于制备更多受阻分子，例如方程式中所示的那些。12。

（13）

亚胺最常通过胺和羰基化合物的脱水缩合制备。空间位阻的亚胺通常需要使用化学计算量的脱水剂，例如氯化钛（IV）（方程14）。^[26]这些方法，对于受阻的合成有用Ñ烷基亚胺，是一个很好的补充为更少的合成的双重挤压法受阻ñ -芳基亚胺。

（14）

实验条件和程序

典型条件

在双重挤出反应中使用的许多底物和试剂是恶臭，有毒和/或爆炸性的。处理敏感试剂时应小心，反应应在通风良好的通风橱中进行。

无水，非极性溶剂和干燥氮气或氩气氛最常用于这些反应。通常，对于涉及硫的挤出的反应，在初始挤出二氮之后加入叔膦或铜青铜，并将混合物再加热。对于稳定的硫酮和重氮化合物，可能需要金属盐来催化初始环加成反应。

示例程序^[27]

（15）

将硫化氢鼓泡通过剧烈搅拌的环丁酮（21g，0.30mol）20分钟，然后在20分钟内逐滴加入肼水溶液（20mL，7.5M溶液，0.15mol），同时继续通入H ₂ S.加入肼，使H ₂ S再通过20分钟，形成固体产物。将粗反应混合物用CH ₂ Cl ₂（200mL）处理，分离有机层，水层用CH ₂ Cl ₂（2×50mL）萃取。将合并的有机层干燥（MgSO ₄减压除去溶剂，得到5-硫杂-10,11-二氮杂螺[3.1.3.2]十一烷（21.0g，82％）。样品用石油醚（沸点40-60℃）重结晶，得到白色晶体：熔点96-97℃; IR（KBr）3200,2910,1425,1245,1170,1140,1075,850,860,820cm ^-1 ; ¹ H NMR（CCl ₄）δ3.53（br s，2H），2.64-1.61（m，12H）; HRMS（m / z）：C ₈ H ₁₄ N ₂ S的M ⁺ cacld ，170.0878; 发现，170.0868。

将5-硫-10,11-二氮杂螺[3.1.3.2]十一烷（21.0g，0.12mol）溶解在无水石油醚（800mL）中，然后在40分钟内将该溶液缓慢加入剧烈搅拌的粉末悬浮液中。在0℃下，在无水石油醚（100mL）中的乙酸铅（IV）（66g，0.15mol）。加完后，将反应混合物在0°再搅拌40分钟。将反应混合物通过助滤剂垫过滤，并将固体用石油醚（2×100mL）洗涤。合并滤液，减压除去溶剂，得到5-硫杂-10,11-二氮杂螺[3.1.3.2]十一碳-10-烯，为无色晶体（19.0g，92％）。样品用MeOH重结晶，得到无色晶体：熔点72.5-73℃; IR（KBr）2950,1565,1425,1250,1090,950,880,800cm ^-1 ;¹ H NMR（CCl ₄）δ2.96-2.24（m，10H），2.14-1.85（m，2H）; MS（m / z）：168（M ⁺）。肛门。C ₈ H ₁₂ N ₂ S的计算值：C，57.11;实测值：57.11。H，7.19; N，16.65。实测值：C，56.67; H 7.21; N，17.06。

将粉末状5-硫-10,11-二氮杂螺[1-3.3.2]十一碳-10-烯（4.2g，0.025mol）和干燥三苯基膦（12.5g，0.075mol）的混合物在85℃下加热1小时。减压（100毫米）。将挥发性液体产物从逸出的气体中冷凝，并在85℃（100mm）下通过MgSO ₄蒸馏纯化，得到环丁基环丁烷（2.5g，92％）：IR（KBr）2930,1425,1035,915cm ^-1 ; ¹ H NMR（CCl ₄）δ2.66-2.36（m，8H），2.12-1.72（m，4H）; MS（m / z）：108（M ⁺）。肛门。C ₈ H _12的计算值：C，88.83; H，11.18。实测值：C，88.86; H，11.07。