关键词： 杂环化合物   绿色溶剂   深共融溶剂   水   多组分反应  

摘要： 杂环化合物广泛存在于自然界,因其生物学特性而发挥着重要的作用。大多数药物、生物活性农药、添加剂和改性剂等都是杂环化合物。因此,研究人员一直在寻找新的有效合成杂环化合物的方法。而传统的合成方法由于使用大量有毒、有害与易挥发的有机溶剂,会对环境造成严重的污染。因此,溶剂绿色化是实现清洁生产的核心技术之一。目前备受关注的绿色溶剂是水、深共融溶剂、超临界流体、离子液体等。近年来,在一些科学领域中,使用对环境友好的水为溶剂和由生物基化合物构成的深共融溶剂已得到了重要的发展。因此,本文基于绿色化学的理念,在深共融溶剂或水中合成了三类杂环化合物,主要内容如下。(1)在氯化胆碱-葡萄糖深共融溶剂中合成2-氨基-4H-色烯类化合物。以氯化胆碱-葡萄糖(n﹕n=1﹕1)组成的深共融溶剂为催化剂和溶剂,在无其它催化剂作用下,合成了一系列2-氨基-4H-色烯类衍生物。实验主要考察了深共融溶剂种类、底物摩尔比、共溶剂(深共融溶剂与其它溶剂共同组成)、温度和时间对反应的影响,最终在氯化胆碱-葡萄糖深共融溶剂中,以0.2 mmol水杨醛、0.4 mmol 2-甲基喹啉或4-甲基喹啉与0.4 mmol氰基化合物为原料,在80℃反应2 h之后,得到了最高产率为80%的2-氨基-4H-色烯类化合物。实验拓展了20种底物,都可以取得中等到良好的产率。(2)在氯化锌-乙酰胺深共融溶剂中合成吡喃并[3,2-c]香豆素类化合物。以氯化锌-乙酰胺(n﹕n=1﹕4)组成的深共融溶剂为催化剂和溶剂,在无其它催化剂作用下,合成了一系列吡喃并[3,2-c]香豆素类衍生物。通过考察深共融溶剂的种类、底物摩尔比、共溶剂(深共融溶剂与其它溶剂共同组成)、温度与时间对反应的影响,最终确定了以氯化锌-乙酰胺深共融溶剂为反应介质,2 mmol 4-羟基香豆素、0.2 mmol芳香醛与0.4 mmol氰乙酸酯为原料,并加入0.5 m L二甲亚砜,在60℃的油浴中反应5 h为最佳条件。在最佳条件下,以最高93%的产率得到了吡喃并[3,2-c]香豆素类化合物。实验拓展了26种底物,都可以取得中等至优异的产率。(3)水介质和无催化剂条件下合成异吲哚啉-1-酮类衍生物。在无催化剂的条件下,以邻甲酰苯甲酸、苄胺和苯乙酮为原料,在水中进行三组分反应,合成了一系列异吲哚啉-1-酮类衍生物。通过考察溶剂种类、底物摩尔比、温度和时间等对反应的影响,最终确定了以水为溶剂,0.2 mmol邻甲酰苯甲酸、0.2 mmol苄胺与0.6 mmol苯乙酮为原料,在70℃下反应12 h为最佳条件。在最佳条件下,以最高96%的产率得到了异吲哚啉-1-酮类化合物。实验拓展了20种底物,产率都在90%左右。

关键词： 磷杂环化学   磷杂香豆素   磷杂环戊二烯   人乳腺癌细胞   细胞色素P450酶   OleT酶活性增强  

摘要： 磷杂环化合物因具有独特结构性能和生物活性,在细胞成像、生物化学和医疗药物等领域显示出巨大的潜力。开发简单高效的合成新方法构建磷杂环化合物,并探索和发掘其潜在的生物学应用价值,是磷杂环化学领域具有重要意义的研究课题。本论文主要包括三部分内容,具体研究内容如下: 第一部分:发展了由醋酸钯促进邻羟基芳基硼酸与炔基膦酸酯的加成环化反应构建多样化的六元磷杂香豆素类化合物的新方法 采用醋酸钯作为催化剂,以邻羟基芳基硼酸、炔基膦酸酯、水为原料经加成环化反应合成六元磷杂香豆素类化合物,系统地考察了反应温度、催化剂、配体和溶剂等对反应的影响;探索出最佳的反应条件:Pd(OAc)2(3 mol%)作为催化剂,三苯基膦PPh3(6 mol%)作为配体,甲苯(2 mL)作为溶剂,1-炔基膦酸酯试剂(1.0 equiv,0.3 mmol)和邻羟基芳基硼酸试剂(1.5 equiv,0.45 mmol)为底物,H2O(2 equiv),在氩气保护下90℃反应24 h;并且进行了拓展应用和产物稳定性研究,探讨了反应机理,证明了产物磷杂香豆素母环在碱中的稳定性。本方法简单高效,具有良好的底物适用性和产物区域选择性,成功制备了 27个新型磷杂香豆素产物,并且通过1H NMR、13C NMR、31P NMR和高分辨质谱对化合物进行详细的结构表征,进一步丰富了磷杂香豆素分子库。 第二部分:设计和合成了一系列五元磷杂环戊二烯,并对其生物学功能进行了研究 合成了一系列五元磷杂环戊二烯小分子(CPHs),研究了其对人乳腺癌细胞的抑制作用以及其与细胞色素P450 OleT酶之间的相互作用。利用CellTiter Blue(CTB)细胞活力检测、细胞染色和荧光共聚焦显微镜等方法研究CPHs对两种人乳腺癌细胞MCF-7和T47D的抑制作用,发现CPHs对该两类癌细胞的抑制作用呈浓度依赖关系,并且CPHs具有良好的细胞膜通透性,能够在两类癌细胞MCF-7和T47D的细胞质中富集;并且采用荧光光谱、核磁共振、紫外光谱等技术手段深入研究CPHs与OleT酶之间的作用关系和作用机制,结果表明CPHs通过动态猝灭方式与OleT酶相互作用;两者之间的结合位点数约为1;根据Van't Hoff定律计算得到的热力学参数数值(ΔH=-296.1 kJ/mol,ΔS=-915.7 kJ/mol,ΔG<0)表明CPHs与OleT酶之间主要是通过范德华力和氢键相互作用,并且该过程是一个自发过程;紫外光谱和磷谱实验结果表明CPHs能够进入OleT酶的活性中心,从而引起酶的内部环境变化。本研究工作从细胞及蛋白水平,初步探讨了 CPHs在生物学领域的应用。 第三部分:研究了五元磷杂环戊二烯和芳香族小分子对细胞色素P450酶活性的影响 利用CPHs对OleT酶催化活性进行调节,发现不同的CPHs分子对OleT酶活性存在不同的调节作用;进一步设计和合成7个新型芳香族1,2,3-三唑类和磺酰胺类小分子用于OleT酶催化活性研究,初步探索小分子结构-酶促作用的构效关系,成功实现OleT酶活性的增强,最高活性增强高达5倍;利用紫外光谱、分子对接和酶活性检测等实验深入探索高活性小分子I增强OleT酶反应活性的可能作用机制,紫外光谱、分子对接模拟结果表明小分子能够顺利进入OleT酶活性中心,靠近活性位点从而调节OleT酶活性;H202浓度梯度和不同释放方式等实验研究表明小分子可能通过缓解H202对OleT血红素活性中心的氧化压力,从而实现酶活性的增强。本研究工作首次利用简单小分子促进OleT酶催化活性,生成高附加值生物燃油—烯烃碳氢化合物。

关键词： 二茂铁   燃速催化剂   电化学性能   抗迁移性能  

摘要： 复合固体推进剂(CSPs)是一种含能材料,通常由金属燃料铝(A1)、可燃粘合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)、无机氧化剂高氯酸铵(AP)和少量其它成分如固化剂、稳定剂和燃速催化剂(BRCs)等组成。添加茂金属燃速催化剂(如二茂铁和卡托辛)是一种有效提高推进剂燃速的办法。二茂铁基化合物由于具有较好的微观均匀性及与粘合剂较好的相容性等优势,是目前广泛使用的燃速催化剂之一。然而,二茂铁基燃速催化剂还存在一些缺点,如在固化或长期储存时,它们很容易升华或迁移至推进剂表面,使得推进剂燃烧不均匀,并且形成高度敏感的边界层,从而降低推进剂的抗老化能力。为了克服迁移问题,二茂铁基燃速催化剂抗迁移性能的改善受到了广泛关注。本论文设计并合成了系列二茂铁基燃速催化剂,发现氧和氮等极性元素会使二茂铁基燃速催化剂具有一定极性,从而与高氯酸铵产生偶极-偶极相互作用,同时,N-H等基团也会使燃速催化剂与高氯酸铵和粘合剂产生氢键作用。氢键和偶极-偶极相互作用会使茂铁基燃速催化剂具有优异的抗迁移性能,并且对高氯酸铵也有加速催化分解的作用。(1)合成了二茂铁基碳环酰胺基(AM-Fcs)化合物。通过X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见光(UV-Vis)、质子核磁共振(1H NMR)、13C核磁共振(13C NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段对合成的AM-Fcs进行了结构表征。采用循环伏安法(CV)研究了 AM-Fcs的电化学性能,结果表明这些AM-Fcs具有良好的电化学性能。采用热重法(TG)和差热重法(DTG)研究了 AM-Fcs对高氯酸铵的催化分解作用,结果表明这些AM-Fcs对高氯酸铵的热分解具有较好的催化作用。同时抗迁移性能研究发现AM-Fcs 比常用的二茂铁基燃速催化剂2,2-双(乙基二茂铁)丙烷(卡托辛)具有更好的抗迁移性能。(2)通过二茂铁羧酸与相应醇之间的酯化反应,合成了含极性元素(氧和氮)的二茂铁基杂环酯类化合物(Es-Fcs)。采用XRD、XPS、1H NMR、13C NMR和FT-IR等手段证实了 Es-Fcs的成功合成。用CV法和TGA法分别研究了Es-Fcs的电化学性能和催化高氯酸铵热分解性能,并提出了催化高氯酸铵热分解的可能机理。TG实验结果表明这些Es-Fcs对高氯酸铵的热分解具有较好的催化效果,同时抗迁移性能研究发现Es-Fcs具有比卡托辛和二茂铁更好的抗迁移性能。(3)通过二茂铁羧酸与相应的呋喃和三唑基单体之间的偶联反应,合成了二茂铁基杂环呋喃和三唑化合物(FT-Fcs)。用XPS、1H NMR和FT-IR表征了FT-Fcs的结构。利用CV法对FT-Fcs的电化学性能进行了研究。采用TG和DTG法测试了 FT-Fcs对高氯酸铵热分解的催化性能,同时对FT-Fcs的抗迁移性能进行了研究,结果表明N、O等较大电负性元素以及N-H等基团的存在使得FT-Fcs与高氯酸铵和粘合剂分别产生了偶极-偶极相互作用和氢键作用,从而表现出比卡托辛和二茂铁更好的抗迁移性能。(4)通过二茂铁羧酸与相应苯酚类单体之间的偶联反应,成功合成了二茂铁基碳环苯酚化合物(PD-Fcs)。用XPS、1H NMR和FT-IR等表征技术证实了PD-Fcs的成功合成。用CV法研究了 PD-Fcs的电化学性能。并采用TG法研究了 PD-Fcs对高氯酸铵热分解的催化性能,结果表明PD-Fcs对AP的热分解具有较好的催化作用。抗迁移研究结果表明PD-Fcs的抗迁移性能比卡托辛和二茂铁有明显改善。(5)合成了二茂铁基杂环噻唑和琥珀酰亚胺化合物(HT-Fcs)及聚(丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯-co-N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺)化合物p(Fc-HEA-co-NSA)。采用 XRD、XPS、1H NMR 和 FT-IR 表征了 HT-Fcs 和 p(Fc-HEA-co-NSA)的结构。CV法研究结果表明其溶液电化学行为是准可逆或不可逆过程。同时用TG法研究了 HT-Fcs和p(Fc-HEA-co-NSA)对高氯酸铵热分解的催化性能,结果表明HT-Fcs和p(Fc-HEA-co-NSA)对高氯酸铵的热分解具有较好的催化作用,并且抗迁移性能研究发现HT-Fcs和p(Fc-HEA-co-NSA)比卡托辛和二茂铁具有更好的抗迁移性能。

关键词： 可见光催化   1,7-烯炔   磺酰化   自由基   氨甲酰化  

摘要： 杂环化合物是有机分子中数目庞大的一类化合物,在天然产物中普遍存在,而药物分子和生物活性分子中多数含有杂环结构是杂环化合物重要性的证明。因此,如何构建杂环化合物一直备受化学家们的密切关注。自由基引发的串联环化反应是构建杂环化合物的强有力手段,具有原子经济性和化学选择性、区域选择性、立体选择性的优点。本文主要研究在无金属条件下的自由基串联环化反应合成杂环化合物,具体反应如下:1.发展了可见光诱导的1-(芳基苯基)-2-(烯丙基氧基)苯和N-烯丙基-2-(芳基苯基)苯胺与芳香族和脂肪族的亚磺酸的自由基串联环化反应,获得磺化的色烷和磺化的1,2,3,4-四氢喹啉。该反应以TBHP(7.5 mol%)为氧化剂,Eosin Y(3.0 mol%)为光催化剂,在室温无金属条件下,可见光照射下反应进程平稳,产物收率高。该转化具有TBHP用量低、反应条件温和、操作简单、官能团容限度宽、产品收率高等特点。2.研究了以2-芳基苯并咪唑和取代的草氨酸为原料,高效合成氨甲酰化的苯并咪唑并[2,1-a]异喹啉-6(5H)-酮的方法。该策略在无金属条件下,在起始原料上耐受各种取代基,以良好的产率生成相应的产物。而N-磺酰基单取代的草酰胺与2-芳基苯并咪唑在优化后的反应条件下表现出不同的反应结果,得到磺酰化的苯并咪唑并[2,1-a]异喹啉-6(5H)-酮。

关键词： 异噁唑   吡唑啉   哌嗪   荧光性能   抗菌活性  

摘要： 异噁唑、吡唑啉以及哌嗪类含氮杂环化合物是3种非常重要的有机杂环化合物,广泛存在于天然产物中,具有良好的生物活性和药理学特性,在有机合成领域有着十分重要的地位。特别地,三者是许多药物的结构单元,在抗菌、抗炎以及降血糖等方面有着良好的功效,在医药领域有着广泛的应用。此外,吡唑啉分子中的共轭π键导致了大的偶极矩和超极化率,这使得吡唑啉衍生物具有较好的荧光性能,可以应用于发光材料领域。本论文以取代苯甲醛为原料,合成了含有异噁唑环的吡唑啉和哌嗪类衍生物。首先,以取代苯甲醛为原料,与盐酸羟胺反应得到取代苯甲醛肟,之后在Zn Cl2的催化作用下,用N-氯代丁二酰亚胺（NCS）与炔丙醇通过1,3-偶极环加成反应一锅法合成3-芳基-5-异噁唑甲醇。其次,以上一步合成的3-芳基-5-羟甲基异噁唑为原料,使用碘单质和2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）将其选择性氧化成3-芳基-5-异噁唑甲醛。随后与对氯苯乙酮在碱性条件下发生羟醛缩合反应,合成了1-（4-氯苯基）-3-(3-（芳基）异噁唑-5-基)丙-2-烯-1-酮。再次,以所合成的1-（4-氯苯基）-3-(3-（芳基）异噁唑-5-基)丙-2-烯-1-酮和取代苯肼盐酸盐为原料,在加热回流条件下合成了12种新型含异噁唑环的吡唑啉衍生物,并且优化了反应条件,目标产物的产率为44–94%。在表征分析目标产物结构的基础上,通过测试所合成化合物的紫外光谱和荧光光谱,计算了相对应的荧光量子产率（0.17–0.53）,讨论了取代基对所合成化合物发光性能的影响。最后,以3-芳基-5-异噁唑甲醇为原料,经NBS溴化,得到3-芳基-5-溴甲基异噁唑,进而与无水哌嗪在加热回流的条件下合成了未见报道的含双异噁唑环的哌嗪衍生物。以5-（氯甲基）-3-（对甲苯基）异噁唑为原料,考察了催化剂、溶剂、投料比以及加热方式等影响因素对合成目标产物产率的影响,确定了最佳反应条件,并在此条件下合成了8种1,4-双((3-（取代苯基）异噁唑-5-基)甲基)哌嗪,产率为60–87%。用红外光谱FT-IR、质谱HRMS以及核磁谱图1H和13C NMR进行了表征和分析,确定了所合成化合物的结构。此外,依据美国临床和实验室标准协会（CLSI）推荐的抗微生物药物敏感性试验方法对所合成的8种目标产物进行了抗菌活性研究。其中,化合物1,4-双(（3-4-叔丁基苯基异噁唑-5-基）甲基)哌嗪和1,4-双(（3-4-甲氧基苯基异噁唑-5-基）甲基)哌嗪对所测菌种耻垢分枝杆菌MC2155表现出良好的抑菌效果,MIC值（最小抑菌浓度）分别为1.33±0.57（?）g/m L和2.00±0.00（?）g/m L。综上,本论文通过1,3-偶极环加成、亲核取代、羟醛缩合、亲核加成等反应将吡唑啉环和哌嗪环分别与异噁唑整合到一个化合物中,并对其分别进行了荧光性能研究和抗菌活性研究,取得了较好的效果。

关键词： 含氮杂环化合物   硒π酸催化   合成方法  

摘要： 含氮杂环化合物具有独特的生理和药理活性,它们的高效合成引起了广大科研工作者的研究兴趣。近年来,发展了不同的合成方法制备含氮杂环化合物。其中,硒π酸催化合成含氮杂环化合物的合成方法因反应条件温和、操作简单、区域选择性和官能团兼容性好的优点受到越来越多的关注。本文综述了近些年来硒π酸催化合成含氮杂环化合物如吲哚衍生物、四氢吡咯衍生物、二氢喹嗪衍生物、噁唑衍生物、吡唑并喹唑啉酮类衍生物、异喹啉类衍生物及2-咪唑烷酮衍生物等的研究进展。

关键词： 无受体脱氢缩合   含氮杂环   钌   2-吡啶酮   双齿配体  

摘要： 通过无受体脱氢缩合（ADC）策略，对于以邻氨基苄醇和酮为原料制备喹啉衍生物的反应，我们测试了四个双齿钌(Ⅱ)配合物的催化活性。结果表明化合物4活性最高。在120℃时，以0.3 mol%的化合物4为催化剂，在1.0当量KOH的存在下，我们高产率地合成了26个喹啉衍生物，反应时间只需2小时。此外，在类似的反应条件下，我们还合成了一系列其它含氮杂环，如萘啶、吡啶和吡咯等衍生物。

关键词： 无受体脱氢缩合   含氮杂环   钌   2-吡啶酮   双齿配体  

摘要： 通过无受体脱氢缩合（ADC）策略，对于以邻氨基苄醇和酮为原料制备喹啉衍生物的反应，我们测试了四个双齿钌（Ⅱ）配合物的催化活性。结果表明化合物4活性最高。在120℃时，以0.3 mol%的化合物4为催化剂，在1.0当量KOH的存在下，我们高产率地合成了26个喹啉衍生物，反应时间只需2小时。此外，在类似的反应条件下，我们还合成了一系列其它含氮杂环，如萘啶、吡啶和吡咯等衍生物。