关键词： 苯并氮杂卓   环丁烯酮   硫叶立德   环加成  

摘要： 作为在生物医药和化学合成具有重要的研究价值的氮杂环化合物,苯并氮杂卓和吡啶并氮杂卓衍生物的有效合成方法一直热度不减。鉴于合成这类化合物的重大研究价值,我们结合课题组这些年对乙烯酮研究,试图引入氮硫叶立德作为反应中的氮烯转移试剂,将环丁烯酮作为乙烯酮前体来探索制备苯并氮杂卓类化合物的新途径。本篇论文主要可以分为以下两个内容:（1）综述了苯并氮杂卓类化合物的研究意义和多种有效合成方法。介绍了环丁烯酮和硫叶立德的特点,分别研究了参与的环加成反应的背景研究分析。（2）实现了无金属催化的氮硫叶立德和环丁烯酮的[4+3]环加成反应。通过优化催化剂、溶剂、温度和当量等反应条件,最终得到苯并氮杂卓产物的最优收率为91%,以及吡啶并氮杂卓产物的最优收率达到69%。该反应原料稳定且易制备,无需添加催化剂。同时,反应官能团适用性好,收率优异,并成功通过克级反应和衍生应用实验。随即,推测出了该反应的两种反应途径。首先,环丁烯酮受热开环并生成烯酮中间体。然后,氮硫叶立德对中间体进行一个亲核进攻,加成到中间体上。接着裂解极化的N-S键,环化得到产物。第二种途径是先形成氮丙啶类似物的中间体,然后发生一个重排和芳构化。

关键词： 钌催化   碳氢活化   硫叶立德   芳并吡喃  

摘要： 芳并吡喃是一类重要的结构骨架,存在于各种自然或合成的化合物中。这些化合物具有广泛较好的生物和光电性质而在医药化学,合成化学和光电材料中应用。此外,该结构还是重要的药物中间体,例如Mansonone F、Biflorin等都具有良好的抗菌和抗感染等活性。因此探讨芳并吡喃类骨架的合成与修饰,也越来越受到学者们的关注。本论文尝试开发一种通用、简便高效合成萘并[1,8-bc]吡喃类化合物的方法。以1-萘酚和亚砜叶立德为底物,利用弱配位羟基导向过渡金属钌催化的C-H酰甲基化及环化反应。首先,在对大量文献调研的基础上设计出模板反应,经过对添加剂、碱等条件的考察筛选得到了最优反应条件。随后考察了底物的适用性,不同取代基的1-萘酚类化合物和亚砜叶立德类底物在过渡金属钌的催化作用下,以中等至良好的产率转化为酰甲基化产物。随后,利用一锅法将酰基甲基化产物转化为具有荧光特性的芳并吡喃类化合物。最后,为了探究该反应的机理,我们进行了分子内竞争实验和氢氘交换实验,初步推测可能的反应机理。本文所建立的酰甲基化反应合成萘并[1,8-bc]吡喃类化合物的方法对比以往手段,有着化学选择性较高、底物普适性好、操作简便和经济环保等优点。

关键词： 光氧化还原催化   光催化串联反应   3-羟基异吲哚啉酮   硫叶立德   苯并呋喃酮   碳氮键构建   碳氧键构建  

摘要： 含氮化合物以及含氧化合物广泛存在于具有重要生物活性的天然产物、医药、农药分子以及功能材料当中。因此,如何在温和条件下高效构建碳-氮键以及碳-氧键从而合成一系列含氮或者含氧化合物一直是有机合成化学的重点研究内容之一。近年来,通过可见光氧化还原催化策略构建碳-氮键以及碳-氧键,为实现含氮以及含氧功能分子的合成提供了新的方法和思路。本论文将对可见光驱动的光氧化还原催化构建碳-氮和碳-氧键,从而构建各种功能化合物的最新研究进展进行简要概述,并围绕可见光驱动氧化还原催化的碳-氮键和碳-氧键的构建开展了相关工作,合成了相应的含氮或者含氧类化合物。首先,我们采用可见光驱动的环化/氧化串联反应策略,实现了光氧化还原催化的碳-氮和碳-氧键的构建,在温和条件下实现了一系列3-羟基异吲哚啉酮产物的合成。该方法使用氧气作为外加氧化剂,可以直接使用太阳光作为光源,同时也能够放大到克级规模。基于机理研究实验以及DFT理论计算,我们提出了如下可能的反应机理:有机染料EosinY不仅可以被光照激发作为光催化剂,同时在没有光照的条件下也可以作为氧化还原催化剂;Selectfluor不仅可以作为氧化剂,也可以作为氢原子转移(HAT)试剂。随后,我们使用硫叶立德作为自由基源,通过光致电子转移可控地生成a-羰基碳自由基的策略,发展了可见光驱动苯乙烯、硫叶立德和水的三组分自由基加成/羟基化反应,实现了光氧化还原催化碳-氧键的构建,高效合成了一系列γ-羟基羰基化合物。该体系具有原料易得、反应条件温和、官能团兼容性好等特点,为高效合成γ-羟基羰基化合物提供了有效的方法。通过机理验证实验,二价铜盐Cu(TFA)2·H2O的加入有助于加速碳自由基氧化为碳正离子的过程,从而对反应效率的提高有明显的促进作用。最后,利用光氧化还原催化和铜协同催化策略,发展了可见光驱动的1,3-二烯取代的苯甲酸衍生物与硫叶立德两组分自由基加成/内酯化环化反应,实现了碳-氧键的构建,合成了一系列苯并呋喃酮化合物。该体系反应条件温和、官能团兼容性好、底物普适性广,并且反应可以放大到放1.0 mmol规模。在该体系中,1,3-二烯取代的苯甲酸衍生物中的羧酸部分不仅可以作为亲核试剂,对关键碳正离子中间体进行分子内亲核进攻得到五元环产物;同时也被发现可以作为质子源首先对硫叶立德进行质子化,从而辅助其在光氧化还原催化过程中生成关键的α-羰基碳自由基。

关键词： 杂环化合物   过渡金属催化   烯炔酰胺   硫叶立德   [4+3]环加成   环化/重排反应  

摘要： 杂环化合物广泛分布于自然界,例如维生素、抗生素、核酸等生物活性分子都是杂环化合物。近年来,利用廉价易得的原料,发展高效、便捷、绿色的杂环化合物合成方法仍然是一大挑战。过渡金属催化在构建杂环化合物上已成为一类不可缺少的合成策略。本文采用金(Ⅰ)催化下烯炔酰胺与硫叶立德的串联反应实现了两类不同杂环化合物的便捷、高效合成。主要的研究成果将分三章进行叙述。第一章主要对共轭烯炔酰胺和硫叶立德这两类底物的相关研究工作做了简要的概括。从金属催化共轭烯炔酰胺类底物环化反应和金属-小分子接力催化共轭烯炔酰胺不对称合成反应两块内容对烯炔酰胺类底物参与反应的研究进展进行了阐述。以及对硫叶立德参与合成不同类型杂环化合物的反应进行了阐述。分析了相关工作的优缺点及意义。第二章主要描述了在金催化和碱促进下烯炔酰胺和巴豆酸酯衍生的锍盐经环化/[4+3]环加成反应,分别以中等至优秀的产率实现了许多呋喃并七元含氮杂环化合物以及吡咯并七元含氧杂环化合物的合成。该方法操作简便,条件温和,绿色环保。第三章主要介绍了在金催化和碱促进下烯炔酰胺和α-溴代苯乙酮锍盐经环化/重排反应,一锅生成多种多取代α-吡喃酮衍生物的反应。在最优条件下,对各种不同的底物进行了考察,并以中等的产率得到了一系列目标产物。对可能的反应机理进行了一定研究。

关键词： 铑催化   C-H键活化   硫叶立德   炔酮   茚酮衍生物  

摘要： 硫叶立德是一种两性离子化合物,具有独特的稳定性和实用性,在环氧化、环丙烷化、酰甲基化等方面具有广泛的应用。近年来,亚砜叶立德在过渡金属催化的C-H键活化领域具有重要作用,可以与烯烃、联烯、炔烃等反应生成[4+1]或[4+2]型的环化产物。本论文通过对偶联试剂进行设计,发展了高效的铑催化亚砜叶立德和炔酮的[3+2]环化反应,实现了一系列1-茚酮衍生物的合成。这类化合物存在于多种天然产物之中,同时还是多种药物的基本结构,受到化学研究者的广泛关注,其合成方法的开发具有重要意义。 本论文研究发现,在二氯（五甲基环戊二烯基）合铑（III）二聚体和三氟甲磺酸银（[Cp*Rh Cl2]2/Ag OTf）的催化下,可实现苯甲酰亚砜叶立德的C-H/C-C键活化,进而与炔酮发生[3+2]环化反应,高度区域选择性地得到1-茚酮产物,反应最高产率可达91%。与传统的合成方法相比,本论文所发展的方法操作简单,反应条件温和,原料获取方便,具有高效、绿色的特点。本方法的反应底物兼容性好,各种供电子基、吸电子基的亚砜叶立德和炔酮均可参与反应,总共合成了55个结构不同的1-茚酮衍生物。 本论文对产物的潜在应用进行了探索,发展了基于1-茚酮衍生物的还原、开环和去酰基化等反应,为进一步的应用研究提供了基础。结合文献报道以及控制实验研究结果,本论文对反应机理进行了讨论,提出反应可能经过铑催化碳氢键活化、炔烃插入、羰基插入、碳碳键断裂等步骤。

关键词： 噻唑烯酮   芴硫叶立德   [2+1]环加成   螺环化合物  

摘要： 本文介绍了一种利用[2+1]环加成反应构筑螺环化合物的有效方法。实验以噻唑烯酮和芴硫叶立德前体盐为反应底物,以Cs_(2)CO_(3)作为碱,在甲苯中常温下反应1 h即可获得目标产物;实验结果表明,不同类型的噻唑烯酮均可与芴硫叶立德在室温下顺利反应,以41%~97%的产率和优秀的非对映选择性获得相应的双螺环产物。本实验的意义在于首次利用芴硫叶立德与噻唑烯酮发展了一种新型的高效合成双螺环化合物的方法,这类噻唑类螺环化合物在抗菌、病毒防治、合成医药中间体等方面有着潜在的应用价值。

关键词： 氟烷基硫叶立德试剂   硫叶立德   氢氟酸水溶液   脱氟偶联  

摘要： 氟烷基是一类重要的含氟官能团，广泛存在于农药、医药以及材料分子中，如何向分子中温和、高效地引入氟烷基是氟化学领域的一个研究热点。利用亲电氟烷基化试剂是一种将含氟官能团引入到有机分子中的重要手段。相较于其他研究较多的亲电氟甲基化试剂，如三氟甲基、二氟甲基、一氟甲基化试剂，亲电单氟烷基试剂发展仍然匮乏。本论文主要从亲电氟烷基试剂角度出发，发展了一系列亲电单氟烷基化硫叶立德试剂，并系统探究了该类试剂的反应性能。　　第一部分:我们从商业可得的硫醚原料出发，经过烷基化、氟化、卡宾插入三步反应合成了一系列单氟烷基硫叶立德试剂，并初步探究了其与亲核底物的反应性能，与苯酚、N-羟基三氮唑、磺酸等O-亲核底物发生直接的亲电氟烷基化反应，生成相应单氟烷基取代的醚、磺酸酯。该类试剂由于其高的亲电反应性，对水敏感，而置于手套箱中储存一年以上不发生分解。　　第二部分:基于上述单氟烷基硫叶立德试剂的高反应活性，我们考察了其与羧酸化合物的反应性，并进一步将其应用于含有羧酸残基的小肽、环肽药物分子后修饰中。该类试剂在温和的反应条件下可以实现对小肽、万古霉素环肽药物分子中羧酸残基的高效特异性单氟烷基化修饰，这为多肽残基修饰提供了新的策略。　　第三部分:氢氟酸水溶液作为廉价商业可得的氟化原料，由于高的水合能(439kJmol-1)极大地限制其作为亲核试剂的应用。我们研究发现使用氢氟酸水溶液作为氟源，在1，1，2，2-四氯乙烷中，70℃下10分钟内即能够实现对单氟烷基硫叶立德试剂的直接氟化，获得烷基二氟甲基产物。进一步研究发现其他硫叶立德化合物，如二氟苄基、二氟烷基、二级烷基、单氟环烷基硫叶立德化合物，也均可以与氢氟酸水溶液在25-70℃下，30分钟内完全转化，得到相应的氟化产物。这是首次报道直接使用商业可得HF水溶液作为氟源对硫叶立德类型化合物实现高效的亲核氟化反应。这也为利用18[F]HF水溶液来合成18F的各种探针分子打下了坚实的基础。　　机理探究表明HF水溶液与硫叶立德化合物混合后，质子与硫叶立德试剂的丙二酸酯部分相互作用，形成六元环硫鎓过渡态，硫鎓正离子与氟负离子形成紧密离子对，能够有效克服氟离子的水合能，增加其在有机溶剂中的溶解度，从而实现高效的亲核氟化。　　第四部分:我们从简单易得的偕二氟烯烃出发，在镍催化下实现其与芳基硼锂试剂的脱氟偶联，构建了一系列单一构型的单氟烯烃化合物。该反应中，以ZnBr2作为添加剂，能够与硼锂化合物作用生成某种形式芳基锌活性物种，在0℃下完成转金属，有效促进反应顺利进行。该反应可以兼容常见的官能团具有较好的普适性，可以实现规模合成单一构型单氟烯烃。

关键词： 烷氧自由基   光氧化还原催化   N-官能团化吡啶鎓盐   硫叶立德   2,3-二氢苯并呋喃  

摘要： 2,3-二氢苯并呋喃类化合物是许多天然产物和药物分子中常见的片段,合成化学家们也发展了许多不同的策略来构建二氢苯并呋喃骨架。这些策略中常见的是通过亲核或亲电途径从各种化合物前体或关键中间体转化而来。相较之下,涉及自由基参与的多组分反应来合成各种二氢苯并呋喃类化合物仍鲜有研究。近些年N-官能团化吡啶鎓盐作为一类自由基前体,被广泛运用于自由基参与的反应中。本文利用可见光驱动的邻羟基苯乙烯类化合物、N-烷氧基吡啶鎓盐和硫叶立德多组分环化反应,为2,3-二氢苯并呋喃类化合物的构建提供了一种新的方法。在本论文中,我们利用2-乙烯基苯酚,N-烷氧基吡啶盐和硫叶立德这三个组分,经过一系列的条件筛选,确定了反应的最优条件:在室温和7 W蓝色LEDs照射下,三氟乙醇(CF3CH2OH)作为溶剂、Ru(bpy)3Cl2·6H2O作为光催化剂、CuI作为Lewis酸、1,10-邻菲罗啉作为配体、DABCO作为碱,2-乙烯基苯酚,N-甲氧基吡啶四氟硼酸盐和硫叶立德当量比为1:6:3时,能以74%的核磁收率和69%的分离收率得到目标化合物。随后,我们考察了底物的兼容性,针对反应中的三组分,分别选取了一系列底物进行拓展,以31-69%的分离收率得到相应的目标产物。借助核磁共振氢谱、碳谱、氟谱、高分辨质谱等对所有目标化合物结构进行了表征,针对目标化合物的波谱性质,也进行了归属和指认。值得一提,我们还利用“流反应”装置,提升了该反应中部分反应效果不理想底物的转化率。此外,通过荧光淬灭实验、自由基捕获实验和EPR实验等一系列机理验证实验,对其反应机理进行了初步探究,并提出该反应可能经过反应途径。以上研究成果发表在《ChemCatChem》上。