桧烯的合成与应用转化

桧烯，英文名为Sabenene，常温常压下为无色液体。桧烯属于单萜类化合物，纯净的桧烯是一种油状液体，该化合物广泛分布在多种天然植物油中，可用作燃料和香料添加剂，可用于实验室研发和航天航空材料的制备。桧烯结构中含有不稳定的三元环单元，三元环在高温或者金属催化剂的作用下容易发生开环反应。

溶解性

桧烯可溶于有机溶剂包括非极性的石油醚和正己烷，在乙醇和乙醚中溶解性好，但是不溶于水。

储存条件

桧烯结构中含有不稳定的三元环单元，对光和氧化剂比较敏感，需要避光，且避开氧化剂并低温（一般为2到8度）保存。

生物活性

因为桧烯精油具有高度的皮肤刺激性和坏死作用，所以桧烯精油以前被用来治疗寻常疣和尖锐湿疣。时至今日，桧烯仍然被用于某些皮肤药种。

合成方法

图1 桧烯的合成路线

将5 mol % IMesCuCl ( 13.6 mg )催化剂加入到1，1-二取代环氧化物( 0.2 mmol )的无水甲苯( 1 m L )溶液中，所得的反应混合物在加热回流反应若干个小时，通过注射泵缓慢地往反应体系中滴加DAM ( 0.3 mmol)，滴加时间控制在2小时左右。然后密封反应容器，继续在回流状态下搅拌反应2 h，反应结束后往反应混合物中加入饱和NH4Cl水溶液( 1 m L )淬灭反应，用二氯甲烷(3 × 2m L)萃取反应混合物两次，然后将有机层合并，有机组分用盐水洗涤，再用无水Na2SO4干燥有机层，过滤合并的有机物除去干燥剂，滤液在减压条件下浓缩，所得的残余物经硅胶(正己烷/乙酸乙酯= 10:1~3:1)柱色谱分离纯化即可得到目标产物分子桧烯。[1]

 有机合成转化

在有机合成转化中，桧烯结构中三元环并五元环的结构不稳定，容易在过渡金属催化的作用下和亲核试剂发生开环反应，得到五元环开环或者三元环开环的衍生物。

图2 桧烯的应用转化

实验步骤：

在装有磁力搅拌棒的圆底烧瓶中装入桧烯(1当量)和甲醇(0.025M)，在干冰/丙酮混合浴中把混合物冷却到-78℃，同时对空气开放。将臭氧通过溶液冒泡，直到起始材料完全消耗（可以根据TLC点板监测反应进度或者观察到反应溶液中出现蓝色）。用氩气对反应溶液进行鼓泡，鼓泡时间不少于5分钟，以排出多余的臭氧，然后向混合物中加入2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基（1.5当量；溶于少量甲醇），然后加入新鲜制备的七水硫酸亚铁（5%重量/体积，1.2当量）。将烧瓶从冷却槽中取出，并将混合物恢复至室温，在α-烷氧基过氧化氢完全转化为中间的TEMPO-加合物后（可以通过TLC点板跟踪反应进度），再用冰水浴将烧瓶冷却至0℃，在10分钟内慢慢地将双（单过氧邻苯二甲酸）镁六水合物（2.5当量）加入到反应混合物中（可以观察到反应慢慢地变成橙色悬浮液）。反应完成后（可以通过TLC点板监测反应进度，一般在1-2小时之间），在零度条件下，往反应体系中慢慢地加入10%的饱和硫代硫酸钠水溶液和饱和碳酸氢钠水溶液来淬灭反应，将混合物恢复至室温。将混合物转移到一个分离漏斗中，用乙酸乙酯（3×）萃取甲醇和水的悬浮液，分离出有机层并用盐水洗涤合并的有机馏分。干燥合并的有机馏分（无水硫酸钠），过滤合并的有机馏分，在减压下浓缩合并的有机馏分，最后通过硅胶柱色谱法(SiO2, 2 → 5% EtOAc/hexane)分离纯化所得的残留物即可得到桧烯开环衍生化的产物。[2]

参考文献

[1] Yu, Jingxun et al Organic Letters, 18(18), 4734-4737; 2016

[2] Smaligo, Andrew J. et al Angewandte Chemie, International Edition, 59(3), 1211-1215; 2020