在有機合成反應(yīng)中常使用甲基磺酰氯與醇反應(yīng)，將羥基轉(zhuǎn)化為易于離去的甲磺酸酯基。在近期的實驗中，我們卻發(fā)現(xiàn)N-甲基二乙醇胺同甲基磺酰氯反應(yīng)生成的是羥基被氯取代的產(chǎn)物。我們設(shè)計了一系列實驗推測生成氯取代產(chǎn)物的關(guān)鍵原因是在反應(yīng)過程中生成了三元環(huán)的氮鎓離子過渡態(tài)，而形成這一過渡態(tài)必須滿足的條件是:氮原子與羥基之間相隔兩個碳原子，氮原子有足夠的電子云密度，氮原子周圍的空間位阻不能太大。

關(guān)鍵詞

N-甲基二乙醇胺；甲基磺酰氯；氯取代；氮鎓離子

在有機合成反應(yīng)中，醇類作為親核取代反應(yīng)的底物時，羥基并不是一個好的離去基團，因此常使用甲基磺酰氯與醇反應(yīng)，將羥基轉(zhuǎn)化為易于離去的甲磺酸酯基，常見的反應(yīng)方程式如圖式1。然而，我們在用甲基磺酰氯同N-甲基二乙醇胺反應(yīng)時，產(chǎn)物的1HNMＲ譜圖中并未發(fā)現(xiàn)甲基磺酰基中甲基的單峰，表明兩者并未生成甲基磺酸酯，而分析證實產(chǎn)物為N，N-二(2-氯乙基)甲胺，也就是俗稱的氮芥，即發(fā)生了羥基被氯取代的反應(yīng)。通常，羥基被氯取代的反應(yīng)是通過醇類與二氯亞砜反應(yīng)實現(xiàn)的，該反應(yīng)可以高效、單一地生成氯取代產(chǎn)物［1～4］，而尚未見有文獻報道醇類與甲基磺酰氯反應(yīng)生成氯取代產(chǎn)物。本文對生成氯代產(chǎn)物的原因進行了較為深入的研究，設(shè)計了一系列實驗考察了分子結(jié)構(gòu)對稱性、氮原子和氮原子上取代基對反應(yīng)的影響，以期對其形成的機理進行推測。

1實驗部分

1.1N，N-二(2-氯乙基)甲胺(1)的合成

1.1.1以三乙胺為溶劑向干燥的100mL單口瓶中加入1.00g(8.5mmol)N-甲基二乙醇胺，2.58g(25.5mmol)三乙胺和50mL二氯甲烷，冰浴攪拌下滴加2.92g(25.5mmol)甲基磺酰氯，滴加完畢后，室溫下攪拌反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸除溶劑二氯甲烷后得到粗品，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯/石油醚=1∶8，V/V)分離，濃縮后得到1.11g無色油狀物。

1.1.2以三氯甲烷為溶劑向干燥的100mL單口瓶中加入1.00g(8.5mmol)N-甲基二乙醇胺的氯仿溶液40mL，冰浴下滴加3.03g(25.5mmol)二氯亞砜的氯仿溶液10mL，常溫下攪拌3h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸除溶劑氯仿，加入K2CO3水溶液調(diào)節(jié)pH到9，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯/石油醚=1∶8，V/V)分離，濃縮后得到1.42g無色油狀物。

1.2N，N-二羥乙基苯甲胺(2)的合成向干燥的250mL單口瓶中加入5.20g(49.5mmol)二乙醇胺、5.69g(45mmol)氯化芐100mL、1，4-二氧六環(huán)和碳酸鉀6.21g(45mmol)，回流溫度下攪拌2h。反應(yīng)結(jié)束后旋蒸除去溶劑，加入200mL二氯甲烷，用1mol/LNaOH水溶液(100mL×2)洗滌，無水硫酸鎂干燥后過濾，得粗品，經(jīng)柱層析(甲醇/乙酸乙酯=1∶15，V/V)分離，濃縮后得到7.57g無色油狀物，產(chǎn)率86.1%。

1.3N，N-二(2-氯乙基)苯甲胺(3)的合成采用與1.1.2類似的方法合成了化合物3，反應(yīng)完畢后用1mol/LNaOH水溶液(100mL×2)洗滌，無水硫酸鎂干燥后過濾，減壓蒸除溶劑氯仿，得無色油狀物4.54g，產(chǎn)率為97.3%。

1.4二乙二醇二甲基磺酸酯(4)的合成采用與1.1.1類似的方法合成了化合物4，反應(yīng)完畢后用1mol/L鹽酸(50mL×2)洗滌，無水硫酸鎂干燥后過濾，減壓蒸除溶劑二氯甲烷，得粗品，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯:石油醚=1∶1)，濃縮后得到1.16g無色油狀物，產(chǎn)率為81.0%。

1.51，5-戊二醇二甲基磺酸酯(5)的合成采用與1.1.1類似的方法合成了化合物5，反應(yīng)完畢后用1mol/L鹽酸(50mL×2)洗滌，無水硫酸鎂干燥后過濾，減壓蒸除溶劑二氯甲烷，得粗品，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯:石油醚=1∶1)分離，濃縮后得到1.13g無色油狀物，產(chǎn)率為79.7%。

1.6N-甲基-N-(2-氯乙基)芐胺(6)的合成采用與1.1.1類似的方法合成了化合物6，反應(yīng)完畢后用1mol/LNaOH水溶液(50mL×2)洗滌，無水硫酸鎂干燥后過濾，濃縮后得無色油狀物2.30g，產(chǎn)率為83.5%。

2結(jié)果與討論

眾所周知，在有機合成中，甲基磺酰氯是一種很常用的羥基活化試劑，使用甲基磺酰氯與醇類反應(yīng)，可以使醇羥基轉(zhuǎn)化為更易于離去的甲磺酸酯基。但是，我們在近期的研究工作中發(fā)現(xiàn)，使用甲基磺酰氯分別與N-甲基二乙醇胺和N-芐基二乙醇胺反應(yīng)時，產(chǎn)物(即圖式2和圖式5)的1HNMＲ譜圖中均沒有甲磺?；霞谆姆?。同時我們在其紅外譜圖中也沒有發(fā)現(xiàn)1380～1347cm－1和1193～1170cm－1處的SO伸縮振動的特征吸收峰。這說明這兩個反應(yīng)均沒有得到預(yù)期的磺酸酯產(chǎn)物。根據(jù)1HNMＲ譜圖的數(shù)據(jù)，我們懷疑上述反應(yīng)，可能生成了分子內(nèi)環(huán)合的產(chǎn)物，或者生成了羥基被氯取代的產(chǎn)物。因此，我們將由圖式2所得化合物的質(zhì)譜譜圖分別與N-甲基二乙醇胺和二氯亞砜反應(yīng)的產(chǎn)物和N-甲基嗎啉［5］的質(zhì)譜譜圖進行了對比，同時將圖式5所得化合物的質(zhì)譜譜圖分別與N，N-二(2-羥乙基)苯甲胺和純的N-芐基嗎啉［6］的質(zhì)譜譜圖進行對比。很顯然，對比結(jié)果表明上述兩個反應(yīng)沒有發(fā)生分子內(nèi)環(huán)合，而是得到了羥基被氯取代的產(chǎn)物。我們又使用N-甲基-N-(2-羥乙基)芐胺與甲基磺酰氯反應(yīng)，通過核磁數(shù)據(jù)和紅外譜圖的驗證，證明得到的也是羥基被氯取代的產(chǎn)物，即N-甲基-N-(2-氯乙基)芐胺(化合物6)，這說明生成氯取代產(chǎn)物并不需要底物的結(jié)構(gòu)對稱。

我們猜測此類反應(yīng)的發(fā)生可能與N原子的存在有關(guān)，為了驗證這一猜測，我們將N-甲基二乙醇胺中的氮原子換為氧原子或碳原子進行了相同的反應(yīng)。我們用二乙二醇和1，5-戊二醇分別與甲基磺酰氯反應(yīng)，通過核磁數(shù)據(jù)和紅外譜圖確認了二者均很順利的獲得了雙磺酸酯結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。這說明N-甲基二乙醇胺中的氮原子是導(dǎo)致氯取代產(chǎn)物生成的關(guān)鍵因素。為了弄清N原子上的取代基對這一反應(yīng)的影響，我們查閱了文獻，發(fā)現(xiàn)圖式10中的化合物在與甲基磺酰氯反應(yīng)時，均可以得到甲磺酸酯，并沒有發(fā)生氯取代反應(yīng)。即，若將氮原子上的甲基、芐基換為苯基或帶有取代基的苯基［7～10］，或者把氮原子與羥基之間的碳鏈延長［11，12］，就會得到正常的甲基磺酸酯產(chǎn)物。綜上所述，我們可以大致的推測出N-甲基二乙醇胺與甲基磺酰氯反應(yīng)時生成氯取代產(chǎn)物的機理。在這一反應(yīng)機理中，形成三元環(huán)的氮鎓離子過渡態(tài)是為關(guān)鍵的一步，若要形成這一過渡態(tài)，必須滿足以下條件:(1)氮原子與羥基之間相隔2個碳原子;(2)氮原子需有足夠的電子云密度;(3)氮原子周圍的空間位阻不能太大。要形成氮鎓離子過渡態(tài)，以上這3個條件缺一不可。因此，上圖中的化合物11，12由于氮原子與羥基相隔3個碳原子，不能形成這一過渡態(tài)，所以在與甲基磺酰氯反應(yīng)時沒有得到氯取代產(chǎn)物;而化合物7～10的氮原子直接與苯基相連，這一點違背了上述條件(2)(3)，因而也不能形成三元環(huán)過渡態(tài)。

3結(jié)論

本文對N-甲基二乙醇胺與甲基磺酰氯反應(yīng)時生成氮芥的反應(yīng)進行了分析和研究，經(jīng)過一系列實驗推測了這一反應(yīng)的反應(yīng)機理，其中的關(guān)鍵步驟是形成氮鎓正離子過渡態(tài)，形成這一過渡態(tài)的必要條件是(1)氮原子與羥基之間相隔2個碳原子;(2)氮原子需有足夠的電子云密度;(3)氮原子周圍的空間位阻不能太大。