关键词： 氮杂环卡宾   协同催化   螺环氧化吲哚内酯   氧化吲哚嵌入的邻醌亚甲基化物   螺环四氢呋喃   C–C轴手性   萘酰胺  

摘要： 过去几十年,氮杂环卡宾有机催化作为一种功能强大且用途多样的合成工具,在构建各类结构复杂的分子方面已经取得了极大成功。其中,在不对称合成转化中,氮杂环卡宾也扮演着独特而重要的角色。本文围绕使用氮杂环卡宾不对称催化,主要开展了以下研究工作。 第一章对氮杂环卡宾催化剂形成的几类关键中间体在螺杂环化合物合成中的应用,氮杂环卡宾与金属协同催化的反应以及氮杂环卡宾催化构筑C–C轴手性化合物的研究进展进行了综述。 第二章发展了氮杂环卡宾催化原位产生的氧化吲哚结构嵌入的邻醌亚甲基化物与醛的不对称[4+2]环化反应,以良好产率(up to 98%)、高非对映选择性(up to>20:1 dr)和高对映选择性合成了具有季碳手性中心的螺环氧化吲哚δ-内酯类化合物。通过放大反应和后续的合成转化,进一步突显了该方法的实用性。 第三章发展了新的氮杂环卡宾和钯协同催化不对称[3+2]环化反应,高对映选择性合成了螺环四氢呋喃衍生物。该方法能够兼容多种芳基乙酸酯和乙烯基环丙烷类化合物,以良好产率(up to 95%)和高立体选择性(up to>20:1 Z/E和98%ee)合成了官能化手性螺环四氢呋喃化合物。初步反应机理研究表明,氮杂环卡宾催化剂扮演着双重角色——既作为有机小分子催化剂,又作为金属钯催化剂的配体。对产物进行了官能团化和衍生化,证实了该催化反应的潜在应用价值。 第四章轴手性芳基酰胺化合物是一类非常重要的结构骨架。通过动态动力学拆分策略,首次发展了氮杂环卡宾催化2-甲酰基萘酰胺和苯甲醛类化合物的阻转选择性交叉苯偶姻缩合反应,以中等至良好产率(up to 84%)、高非对映选择性(>20:1 dr)和高对映选择性(up to 95%ee)构筑了一系列含有C–C轴手性的萘酰胺类化合物。实验结果和DFT计算表明,合成的轴手性萘酰胺的C–C轴具有高的热力学稳定性。

关键词： 光氧化还原   环化反应   酯基化   N-芳基丙烯酰胺   喹喔啉  

摘要： 含氮杂环化合物广泛存在于各种天然产物、医药中间体和农药分子中,是有机合成中重要的结构单元。如何简单高效合成含氮杂环化合物一直都是科研工作者奋斗的目标,本文利用光氧化还原策略实现了多种含氮杂环化合物如吲哚酮和喹喔啉酮的构建,为这类化合物的合成提供了一种绿色高效的策略。 本文第一部分介绍了各种利用N-芳基丙烯酰胺的自由基环化构建吲哚-2-酮骨架的方法。相较于文献报道的方法,我们利用叔丁基(全氟吡啶-4-基)氧基氨基甲酸酯作酰胺自由基前体,在可见光照射下,与N-芳基丙烯酰胺发生自由基加成环化反应,合成了一系列具有高附加值酰胺取代的吲哚-2-酮类化合物。该反应底物范围广、官能团耐受性好、反应条件温和,避免使用有毒的金属盐和强氧化剂,具有较大应用前景。 本文第二部分首次报道了可见光光氧化还原催化喹喔啉-2(1H)-酮C3位的酯化反应,利用草酰氯甲酯作酰氧自由基,在可见光促进下,2,6-二甲基吡啶与草酰氯甲酯作用形成酰氧自由基,随后与喹喔啉-2(1H)-酮发生自由基加成反应,合成了一系列喹喔啉-2(1H)-3-甲酯化合物。该反应条件温和、官能团耐受性好,且合成的喹喔啉酯类化合物易于衍生化,具有很大应用前景。

关键词： 三氟甲硫基化   三氟甲基化   含氮杂环化合物   全氟烷基化  

摘要： 由于氟元素的独特性质,将含氟部分掺入母体分子对其结构、功能和反应性有着深远的影响,因此在药物、农业化学和材料科学中有着广泛的应用。氟烷基化可以改变有机分子的性质,如代谢稳定性、亲脂性和生物利用度。三氟甲硫基作为氟烷基之一,被认为具有极高的亲脂性和强吸电性,可以改善化学和代谢稳定性,增强药物分子的细胞膜渗透性。因此,在过去的几十年里引起了药物化学家、有机化学家的极大兴趣。除天然存在的有机氟化物外,其余含氟化合物都必须人工合成。因此,用不同的氟转移试剂进行氟化和氟烷基化一直是直接合成功能性含氟化合物的最有效手段。又鉴于含氮杂环化合物是一类非常重要的精细化学品中间体,在药物合成等领域扮演着重要的角色,绿色修饰和构建含氮杂环化合物同样受到广泛关注。因此开发温和有效的方法将含氟基团选择性引入含氮杂环化合物,实现含氮杂环的氟功能化的意义不言而喻。 本文重点研究了三氟甲硫基试剂参与含氮杂环化合物骨架的修饰,成功实现了叔胺β-三氟甲硫基化和烯酰胺的直接β-三氟甲硫基化,还研究了三氟甲基试剂和全氟烷基试剂参与的烯酰胺和喹喔啉酮的氟官能化反应,成功合成了三氟甲基/全氟烷基取代的烯酰胺和喹喔啉酮。具体研究内容如下: 1、以N-三氟甲硫基邻苯二甲酰亚胺为三氟甲硫基试剂和电子受体,叔胺为电子给体,利用光活性电子供体-受体复合物(EDA complex)策略,在可见光的促进下实现叔胺的脱氢β-三氟甲硫基化反应。同时也实现了富电子烯酰胺的直接β-三氟甲硫基化。该反应无需过渡金属、外部氧化剂、以及光催化剂并且具有优异的官能团相容性。 2、以廉价且稳定的TogniⅡ为三氟甲基试剂,烯酰胺、喹喔啉酮为模型底物,利用光活性电子供体-受体复合物(EDA complex)策略,无需有机光催化剂,成功实现了烯酰胺和喹喔啉酮的C-H键的三氟甲基化。高效合成了一系列三氟烷基化修饰的烯酰胺和喹喔啉酮衍生物。 3、以廉价且稳定的全氟烷基卤化物为全氟烷基试剂,烯酰胺、喹喔啉酮为模型底物,利用光活性电子供体-受体复合物(EDA complex)策略,在可见光促进下实现了烯酰胺和喹喔啉酮C-H键的全氟烷基化。该反应具有无需金属催化剂、有机光催化剂,以及原子经济等优点。

关键词： 负载型催化剂   席夫碱钼配合物   Merrifield树脂   吡咯-2-酮   壳聚糖  

摘要： 含氮杂环化合物在人们生活中扮演着极其关键的角色,其在药物研发、农业、材料科学等领域都有广泛的应用。尽管目前对它们的合成研究已经取得了许多进展,但仍还面临着许多问题,如成本高、合成路线复杂以及环境污染等。近年来,为了解决这些问题,研究者正在开发新的合成方法、使用新型的催化剂、设计新的反应策略等。其中,催化剂的使用可以有效促进有机化合物的合成、提高反应效率、减少副产品的生成,符合绿色有机合成的要求。席夫碱钼配合物是一类应用广泛、活性高、重要的催化剂,本论文根据席夫碱钼配合物具有较高催化活性的特点,通过化学键合成的方式,将催化剂分子直接结合到载体分子上,设计合成了可循环利用的负载型席夫碱钼配合物催化剂,并将其用于催化含氮杂环化合物的合成研究。具体内容如下: （1）以Merrifield树脂为载体,通过与二乙醇胺、无水哌嗪、5-氯甲基水杨醛、邻氨基苯酚、乙酰丙酮钼(MoO2（acac）2)等多步接枝,将钼配合物通过共价接枝的方法嫁接到Merrifield树脂上,制备了一种新型的Merrifield树脂接枝的席夫碱钼配合物催化剂。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描电镜-能谱（SEM-EDS）等表征方法,证明了席夫碱钼配合物接枝成功。在室温下,以乙酸乙酯为溶剂,反应1-2小时,以催化剂用量为0.5 mol%进行催化,采用醛、胺和丙酮酸乙酯三组分一锅法合成一系列吡咯-2-酮衍生物,产率达到68-91%,对所得产物进行了详细的核磁共振（NMR）、熔点等表征。该合成方法较为简洁,可以生成多样性和高度结构化的吡咯-2-酮类衍生物,具有较好的普适性,催化剂的应用能显著提高产率并缩短反应时间。经过简单的过滤,催化剂可被回收,经过洗涤和干燥处理后,在使用8次后,仍具有较高的催化活性。通过重复使用实验和浸出实验证明了催化剂具有很好的稳定性。 （2）以生物基壳聚糖为载体,通过载体表面上的氨基基团与水杨醛发生缩合反应,生成席夫碱配体,然后与乙酰丙酮钼(MoO2（acac）2)进行配位,得到了一种新型的壳聚糖负载席夫碱钼配合物催化剂。利用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、FT-IR、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、SEM、热重分析（TGA）等表征手段研究了催化剂的结构与性质,并将其用于催化胺、醛和乙酰乙酸乙酯反应合成四氢吡啶类化合物。在70℃乙醇中,反应4-5 h,催化剂用量1.0 mol%,产率可达68-89%,使用各种取代基的醛和胺都能顺利得到目标产物。该方法具有较好的普适性,所得产物都经过NMR、熔点等详细表征得以确定其结构。在反应结束后,催化剂经过简单的抽滤、洗涤和干燥处理后可以循环再利用。经过6次循环使用后,催化剂仍然保持较高的催化活性。通过ICP对溶液进行分析,没有发现金属流失,表明催化剂具有良好的稳定性。

关键词： 含氮杂环   绿色合成   电催化   路易斯酸催化   自由基化学  

摘要： 含氮杂环是天然产物和药物分子中广泛存在的重要结构。美国食品和药物管理局(FDA)批准的药物中有59%都含有氮杂环。由于其优异的物理和化学性质,吸引了研究人员对构建氮杂环的密切关注。近年来,人们利用化学计量氧化还原试剂、光催化剂和金属或非金属催化建立了多种巧妙的合成策略。然而,发展无金属、无额外氧化还原试剂、环境友好的新方法来合成新型氮杂环底物具有重要研究意义。鉴于此,我们希望利用“无痕”电子或新型非金属自由基试剂以引发反应,实现重要氮杂环化合物的绿色合成,以解决金属残留、避免外在氧化还原试剂的使用等问题。本论文以绿色合成转化为起点,发展了双质子耦合电子转移(Dual-PCET)机制介导电化学还原偶联策略,实现了惰性氮杂环位点选择性的吡啶化;开发了一种新型、高效的氧硼烷自由基引发剂,以喹喔啉酮为自由基供体,实现了喹喔啉酮C3位的环化、烯基化、磷化等系列转化,为氮杂环衍生物的合成提供了高效、绿色的合成平台,具体总结如下: (1)吡啶是药物、天然产物分子和有机功能材料中最具代表性的杂环化合物之一。惰性氮杂环与氰基吡啶衍生物经还原自由基交叉偶联以构建具有生物活性的氮杂环化合物是极具挑战的转化。鉴于此,我们发展了 Dual-PCET策略,利用NH4+与吡啶经质子耦合可有效降低惰性N-杂环化合物的还原电势,在电化学条件下,实现了各种惰性N-杂环化合物与氰基吡啶衍生物的还原偶联,高效合成了各种氮稠杂环和双齿氮配体化合物。当前策略具有底物范围广、官能团耐受性好、易于克级合成等优点。系列控制实验和密度泛函理论(DFT)计算结果均表明,Dual-PCET机制介导的自由基交叉偶联是最佳的反应途径。此外,铵盐在该转化过程中起着质子化试剂和电解质的双重作用,所得产物9-(吡啶-4-基)吖啶化合物对Fe2+和Pd2+的荧光识别有较高的灵敏度。 (2)自由基介导的有机反应是合成化学领域的一个重要研究方向。在前期研究工作基础上,我们提出了一种自由基供体-受体反转策略,模块化的实现了喹喔啉酮的环化、烯基化和磷化。利用这种策略即可实现多种官能化转换,这在以往须要多种合成方法才能得以被实现,为喹喔啉酮C3位官能化提供了一种通用策略。这种方法具有底物范围广、操作简单、易于克级合成、环境友好等优点。机理研究表明这些转化涉及自由基历程,其中氧化特性增强的中间体盐A是反应背后的主要驱动力。

关键词： 邻羟基对甲苯磺酰亚胺   α-卤代对甲苯磺酰腙   螺环   环加成反应  

摘要： 磺酰胺具有特殊的生物活性,被广泛应用于临床药物、农业及材料领域,特别是在众多药物的开发中有着极其重要的作用。其特殊性质引起了化学家们的关注,很多化学家在研究与磺酰胺相关的合成课题。本文主要研究了邻羟基对甲苯磺酰亚胺参与的[4+1]、[4+2]、[4+3]环加成反应合成了一系列含磺酰胺结构的苯并呋喃、苯并吡喃、二氮卓骨架杂环化合物。 1.研究了1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）促进邻羟基对甲苯磺酰亚胺和各种环状亲二烯类化合物的多米诺[4+2]环加成反应,开发了一种螺色烯的直接合成策略。1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）促进邻羟基对甲苯磺酰亚胺与3-亚烷基吲哚酮或2-芳亚甲基-1,3-茚满二酮在室温下THF中发生[4+2]环加成反应,以中等至良好的产率和极高的非对映选择性制备了官能化的螺[色烷-3,3′-吲哚啉]或螺[色烷-3,2′-茚]-1′,3′-二酮。另一方面,邻羟基对甲苯磺酰亚胺和5,6-未取代的1,4-二氢吡啶的类似[4+2]环加成以令人满意的产率生成四氢色并[3,2-b]吡啶衍生物。总计合成38个化合物。合成的38个螺吲哚苯并吡喃骨架化合物的结构经1H NMR和13C NMR、IR、HRM S进行了表征,并使用了X-ray衍射法测定了5个化合物的单晶结构。 2.研究了在Cs2CO3催化下邻羟基对甲苯磺酰亚胺与靛红MBH碳酸酯发生[4+1]环化反应。本反应为构建高度官能化的螺二氢苯并呋喃和苯并呋喃衍生物提供了一种简易高效的方法,还具有底物范围广、官能团兼容性好和环境友好等特点。所合成的34个苯并呋喃类化合物的结构经1H NMR、13C N MR、IR、HR MS进行了表征,且使用X-ray衍射法测定了4个化合物的单晶结构。 3.研究了在三乙胺催化下α-卤代对甲苯磺酰腙和靛红MBH碳酸酯发生[4+3]环化反应,开发出一种用于直接有效构建螺[吲哚啉-3,5'-[1,2]二氮杂卓]的合成策略。该策略为组装各种高度功能化的螺[吲哚啉-3,5'-[1,2]二氮杂卓]类化合物提供了一种简便的方法,并且具有底物范围广、反应条件简单和高分子收敛性的特点。所合成的14个七元环化合物的化学结构都经1H NMR、13C NMR、IR、HRM S进行了表征,并使用X-ray衍射法测定了1个化合物的单晶结构。