关键词： 多元化合成   Ugi反应   铜催化   串联反应   稠杂环  

摘要： 杂环化合物是一类非常重要的有机化合物。目前发现或合成的杂环化合物数量已达到数千万,在已知的有机化合物中大约有一半都含有杂环结构。杂环化合物可分为单杂环和稠杂环化合物两类。许多具有广泛生物活性的天然产物和合成的化合物中都存在稠合杂环结构。双环含杂原子的骨架经过了长期充分研究和开发,但是与双环化合物不同的是,独特的三环骨架的合成还面临挑战,使稠合的三环化合物的潜在生物活性尚未得到充分探索。本文对2-(4-氧代[1,2,3]三氮唑并[1,5-a]喹喔啉-5(4H)-基)乙酰胺衍生物合成方法进行了研究。基于对相关文献研究和大量试验,我们得到了更简单的合成方法,该方法采用Ugi四组分反应来合成N-(2-卤代芳基)丙炔酰胺中间体,然后在铜催化条件下进行N-(2-卤代芳基)丙炔酰胺与叠氮化钠的串联反应得到2-(4-氧代[1,2,3]三唑并[1,5-a]喹喔啉-5(4H)-基)乙酰胺。采用这种合成方法,可以通过容易获得的起始材料快捷构建结构多样性的稠合三环化合物。

关键词： 不对称催化   手性磷酸   螺环磷酸   氮杂环   苯氮卓并吲哚   吲哚酮  

摘要： 手性磷酸,作为一种新型的手性布朗斯特酸催化剂,广泛应用于许多有机不对称反应,体现出高效、高对映选择性的优点,已被认为是一类优势催化剂。手性磷酸催化剂分子内同时含有路易斯碱性位点和布朗斯特酸性位点,可同时活化亲电与亲核底物,属于一种双功能有机催化剂。由于不同类反应（甚至不同底物的同类反应）对催化剂的结构都有不同的要求,因此手性磷酸催化剂的结构（尤其是骨架）创新,设计合成可催化重要有机反应的、更高效的乃至适合天然产物和药物合成应用的手性催化剂,同时根据手性催化剂能容忍不同官能团的特点,设计发展不对称催化的新反应、新方法和新策略,仍然是合成化学家长期的任务。本文利用课题组发展的一类基于螺二氢茚骨架的新型手性螺环磷酸（SPAs）,继续发展手性螺环磷酸催化剂的新应用,研究手性螺环磷酸不对称催化合成光学活性含氮杂环化合物的新反应和新方法。论文的主要内容如下:第一章,我们主要概括了手性螺环磷酸的发展过程、合成方法、性能特点和在不对称催化傅克反应、费歇尔吲哚合成反应、去芳化反应、环加成反应、插入反应、去对称性反应、皮克特—施彭格勒反应、多组分反应、共轭加成反应和其它有机反应中的应用现状,并跟手性联萘磷酸比较了催化活性和对应选择性的差异。第二章,我们发展了一种手性螺环磷酸不对称催化合成含有三氟甲基化季立体中心的苯氮卓并吲哚衍生物的新方法。我们设计合成了三氟甲基取代的二氢苯氮卓并吲哚衍生物,实现了手性螺环磷酸催化三氟甲基取代的二氢苯氮卓并吲哚衍生物和吡咯或吲哚等亲核试剂的不对称氮杂傅克烷基化反应,可以最高88%的产率和93%对映体过量值获得一系列含有三氟甲基化季立体中心的苯氮卓并吲哚衍生物;其中一个产物的绝对构型通过X射线单晶衍射确证;经过实验设计观察到一种显著的氟效应,并提出了一个可能的反应机理模型。第三章,我们发展了一种手性螺环磷酸不对称催化合成含有季立体中心的无保护基3,3-二取代-2-吲哚酮衍生物的新方法。经过催化剂及用量、溶剂等反应条件的优化,实现了手性螺环磷酸催化靛红衍生的醌甲基化物与吲哚或吡咯等亲核试剂的不对称1,6-加成反应,可以最高90%的产率和97%对映体过量值获得一系列含有季立体中心的无保护基3,3-二取代-2-吲哚酮衍生物;并经过控制实验提出了一个可能的反应机理模型。第四章,我们发展了一种手性螺环磷酸不对称催化合成手性七元环胺的的新方法。经过催化剂及用量、添加剂、温度和溶剂等反应条件的优化,以汉斯酯为还原剂,实现了手性螺环磷酸催化氮杂卓和氧氮杂卓的不对称氢转移反应,可以最高99%的产率和85%对映体过量值获得一系列手性七元环胺衍生物。

关键词： 4,4′-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮   晶体结构   热行为   生成热   爆轰性能  

摘要： 由于偶氮基团（—N=N—）的引入,使得偶氮唑类富氮杂环化合物拥有了更高的氮含量、生成焓和密度等特征,因而在含能化合物领域被广泛研究。基于课题组之前的研究工作,本论文以4,4′-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮（ZTO）为母体,设计合成了9种ZTO的衍生物:6种富氮盐和3种中性分子。具体研究内容如下:（1）利用ZTO的弱酸性,通过酸碱反应和复分解反应合成了6种ZTO的盐,分别是:双胍盐G2（ZTO）,双二氨基胍盐DAG2（ZTO）,1,2-乙二胺盐EDA（ZTO）,1,3-丙二胺盐PDA（ZTO）,1,4-丁二胺盐BDA（ZTO）,单钠盐Na（ZTO）·2H2O;通过亲电取代反应合成出3种中性分子,分别为:二（苯甲酰）-4,4′-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮DBZTO,二（对甲基苯甲酰）-4,4′-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮D（4-MB）ZTO,二（间甲基苯甲酰）-4,4′-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮D（3-MB）ZTO。实验过程操作简单,目标产物易于分离并提纯,产率较高。9种新的产物均通过EA、FT-IR、NMR等手段进行了结构表征和解析,并通过单晶X-ray衍射法对化合物G2（ZTO）和Na（ZTO）·2H2O的组成和分子结构进行进一步表征。（2）通过差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG/DTG）研究了5种ZTO新富氮盐的热稳定性。结果表明:上述化合物均表现出较好的热稳定性;成盐反应可使化合物的热稳定性降低,所以5种新ZTO盐的热分解温度均低于母体ZTO;遵循热分解动力学基本原理,运用Kissinger法、Ozawa法和积分法求得该5种盐的热分解动力学参数（活化能、指前因子,等）及其对应的动力学分解机理方程。（3）通过化合物的各项热安全温度和热动力学函数等参数值来判定新产物的热安全性,如:自加速分解温度(Te0)、热点火温度(Tbe0)、热爆炸临界温度(Tbp0),以及热动力学函数活化熵（ΔS≠）、活化焓（ΔH≠）和活化自由能（ΔG≠）。（4）采用SETARM公司Micro-DSCⅢ型的微量量热仪测定得到5种化合物的比热容Cp随温度T的变化关系式（温度介于283-333K之间）。（5）运用IKA C5000氧弹量热仪测定了9种物质的恒容燃烧热（ΔcU）,进而根据Hess定律分析计算得到新化合物的标准摩尔生成焓（Δ_fHmθ）的实验值。（6）利用Gaussian09、Multiwfn等程序对新化合物及已报道的ZTO的铵盐A（ZTO）、胍盐G（ZTO）、氨基胍盐AG（ZTO）、二氨基胍盐DAG（ZTO）、三氨基胍盐TAG（ZTO）以及前驱体ZTO做了系统的理论研究,并精确计算了它们的Vm、ρ和生成焓,继而预测和评估这7种富氮盐的爆轰性能和撞击感度h50。

关键词： 机械研磨   无溶剂反应   含氮杂环化合物  

摘要： 近些年来，无溶剂反应受到人们越来越多的关注。与传统的有机相反应相比，无溶剂反应无需使用有毒的有机溶剂，从而削减了反应成本并减少了污染物的排放。此外，无溶剂反应能够提高反应速度、增加反应收率、简化后处理过程并且适用于溶解性很差的底物。在众多的无溶剂合成方法中，机械研磨是一种吸引人的和实用的技术方法并被广泛应用在有机合成领域。本论文主要研究了机械研磨条件下含氮杂环化合物的无溶剂合成，具体包括以下内容:　　1.实现了机械研磨条件下碘促进的烷叉氧化吲哚与烯胺酯的无溶剂环化反应，为一系列3，2''-吡咯啉基螺环氧化吲哚的合成提供了一条高效和绿色的途径。该反应具有时间短、官能团兼容性好、后处理过程简便和非对映选择性高等优点。　　2.实现了机械研磨条件下N-碘代丁二酰亚胺促进的烯烃和脒类化合物的无溶剂环化反应，最高以94％的收率合成了一系列螺环咪唑啉化合物。该反应的官能团兼容性非常好、反应时间非常短、原子经济性高。另外，巴比妥酸衍生的烯烃也适用于该体系。　　3.实现了机械研磨条件下碘/醋酸碘苯促进的胺、炔酯和查尔酮的一锅多组分反应，合成了一系列多取代的反式-2，3-二氢吡咯。该反应时间短、底物范围广并且适用于克级规模的反应。随后，向反应体系中加入氧化剂DDQ可以实现一系列相应吡咯的一锅合成。　　4.实现了机械研磨条件下1，2-二氢喹啉的无溶剂一锅合成。芳胺和炔酯在1当量的碘、0.5当量的三氟化硼乙醚和1.75当量的三氟乙酸或1当量的甲烷磺酸存在下以44-87％的收率得到了一系列1，2-二氢喹啉衍生物。

关键词： Rh(Ⅲ)催化   Co(Ⅲ)催化   C-H键活化   氧化还原中性   杂环化合物  

摘要： 1.噁二唑酮辅助合成1-氨基异喹啉类化合物尽管1-氨基异喹啉类化合物是重要的合成和医药中间体,但目前用C-H键活化方法来合成1-氨基异喹啉类化合物仍然有很大的困难。这里我们报道了一种氧化还原中性、步骤、原子、纯化经济性的噁二唑酮和炔的反应。我们通过15N标记反应验证了噁二唑酮中两个氮均起到导向作用,我们合成了一系列可进一步功能化1-氨基异喹啉类化合物。2.铑(Ⅲ)催化的噁二唑酮辅助合成2-氨基吡啶类化合物金属与配体通过电荷相互作用在空间上紧密结合,我们报道了反应过程中底物,催化剂和产物相互辅助的反应过程。我们利用噁二唑酮导向的烯烃底物和炔反应生成2-氨基吡啶类化合物,2-氨基吡啶类化合物是一类非常重要的反应中间体。我们通过大量的机理反应,成功揭示了反应物在反应过程中的重要作用,这将对以后催化剂设计和反应的发展起到重要的促进作用。3.氯代酰胺导向的环状钴中间体催化C-H键活化室温条件下生成异喹啉酮类化合物我们通过C-H键活化过程首次拿到了钴五元环中间体,得到了钴参与的C-H键活化的关键机理证据。氯代酰胺作为导向基首次应用于C-H键活化中,该反应可以室温生成异喹啉酮类化合物,异喹啉酮类化合物是一类重要的合成和药用中间体,该反应底物适应性广且不需要外加氧化剂。4.钴催化氯代酰胺导向合成3,4-二氢异喹啉酮化合物我们首次报道了氯代酰胺导向的钴催化C-H键活化方法来合成3,4-二氢异喹啉酮化合物,氯代酰胺室温下与烯烃反应生成此类化合物。该反应底物适用性广,大多数底物立体选择性好。5.钴催化特戊酸保护苯甲酰胺和炔交叉偶联生成2,5-双取代恶唑环我们首次用特戊酸保护苯甲酰胺和炔作为底物,在钴(Ⅲ)催化下合成2,5-双取代噁唑环,该反应不需要外加氧化剂和其他添加剂,底物适应性广,该方法可以一步合成 texamine 和 balsoxin。

关键词： 有机催化   对亚甲基苯醌   1,3-偶极环加成反应   1,6-共轭加成反应  

摘要： 本论文主要由三部分工作组成:1、有机催化对亚甲基苯醌与吖内酯的不对称1,6-共轭加成反应这项研究工作首次报道了吖内酯与对亚甲基苯醌的不对称1,6-共轭加成反应。通过手性磷酸催化,得到的1,6-加成产物具有很高的收率,极好的非对映体选择性和对映体选择性(dr值都大于20:1,ee值最高达到99%)。重点在于,该方法提供了一种简便的合成方法,不仅可以合成手性的α,α-二取代的α-氨基酸酯,而且还可以得到带有相邻的三级和四级立体手性中心的非天然对映体富集的β,β-二芳基-α-氨基酸酯。2、有机催化对亚甲基苯醌与二苯氧磷的不对称1,6-共轭加成反应我们通过手性胺类催化剂催化了对亚甲基苯醌与二苯氧磷的不对称1,6-共轭加成反应,高收率、高对映选择性的合成多种取代的含有P-C键的手性磷类衍生物。3、有机催化1,2-环己二酮与叠氮化合物的1,3-偶极环加成反应通过烯胺介导的1,2-环己二酮与叠氮化合物的1,3-偶极环加成反应被报道。这个反应可以合成高度取代的1,2,3-三氮唑衍生物,并表现出了高收率和高水平的区域选择性。同时,根据不同的催化剂和底物,我们可以得到多种不同的产物。

关键词： 机械化学反应   吡咯   1,4-二氢吡啶   醋酸锰   三氯化铝  

摘要： 含氮杂环化合物分布十分广泛,其中吡咯以及1,4-二氢吡啶是两类重要的含氮杂环化合物,其骨架存在于众多的具有重要生物活性的天然产物和药物结构中。此外,吡咯和1,4-二氢吡啶化合物还被广泛用作合成的中间体、药物结构单元和各种功能材料。因此,研究和开发出合成各种不同取代的吡咯和1,4-二氢吡啶的方法越来越受到科研工作者的关注。目前,这些合成方法大多数都能取得很好的效果,但仍然存在一些缺陷,比如涉及到特殊或昂贵的原料,反应需预先准备反应中间体或前体,使用重金属或贵金属催化剂或有毒溶剂,反应条件苛刻和需要较长的反应时间等。为了克服这些问题,有必要发展出使用常规底物和廉价催化剂一锅法合成吡咯和1,4-二氢吡啶化合物更环保和经济的方法。其中,机械球磨反应有效避免了反应过程中使用溶剂的问题,同时Mn和Al催化剂因为其来源广泛、廉价、低毒的特点在有机合成领域具有广泛的应用。本论文的主要工作就是在机械化学无溶剂球磨条件下,以Mn（OAc）3或AlCl3作为催化剂,探索合成不同取代的吡咯和1,4-二氢吡啶的绿色新方法。主要包括以下内容:（1）研究了无溶剂机械球磨条件下Mn（OAc）3促进的取代苯胺或醋酸铵与1,3-二羰基化合物的缩合-环化串联反应,发展出一种高效合成2,5-二甲基-3,4-二酯基-吡咯衍生物的新方法,并利用该方法合成出了12种不同取代的吡咯衍生物,另通过一系列控制性实验研究了反应机理。（2）研究了无溶剂机械球磨条件下Mn（OAc）3催化取代苯胺或脂肪胺和苯乙醛的缩合-环化反应,发展出高效合成N-取代-3,4-二苯基吡咯的新方法,并通过该方法合成出了一系列不同取代的N-取代-3,4-二苯基吡咯。（3）研究了在无溶剂机械球磨下由β-酮衍生物与原位生成的烯胺在AlCl3催化下的一锅法串联反应,高效合成了结构上多样化的多取代1,4-二氢吡啶,反应总共拓展了33个产物,并对反应的选择性从机理上进行了分析和研究。通过条件优化,这些反应基本上都有中等到较高的产率,而且反应对各种官能团都具有很好的耐受性。无论是吸电子还是给电子基团,都能获得令人满意的结果,因而底物范围较广。所有产物都经过1H NMR、13C NMR表征,未报到过的化合物都进行了HRMS表征。与传统方法相比,这些方法具有化学选择性高、反应时间短、反应条件温和、操作简单等优点。这些优点使得这些方法有望成为合成多取代吡咯和1,4-二氢吡啶的实用替代方法。

关键词： 过渡金属催化   碳氢键活化   含氮杂环的合成   含氧杂环的合成  

摘要： 杂环化合物是一类重要的有机化合物,许多天然的和人工合成的杂环化合物均具有潜在的药理活性,此外,杂环化合物广泛存在于合成药物以及天然产物中,是生物学、药物学、有机合成及染料化学的重要研究对象。近年来,过渡金属催化的碳氢键官能化反应在构筑碳碳键及碳杂键方面取得了飞速发展,逐渐成为现代有机和合成的重要手段。利用碳氢键活化反应制备杂环化合物成为当前研究的热点。故此,本论文拟利用该方法合成具有潜在应用价值的含氮及含氧杂环,旨在开发新的含氮配体及荧光分子,主要内容包括:1.基于铑催化碳氢键活化反应合成炔基取代的异喹啉及二异喹啉。发展了铑催化的苯乙酮肟的碳氢键活化环化反应——通过控制反应的条件,选择性的合成炔基取代的异喹啉及二异喹啉。通过对反应底物的拓展,发现各种苯乙酮肟均可以与二炔反应,其中供电子的底物反应产率比吸电子的底物略高,对位取代的底物反应产率比邻位的高;芳基取代的二炔及烷基取代的二炔均可以以中等到良好的收率得到目标化合物。通过对反应动力学同位素效应研究,发现反应的KIE为2.0,表明该反应的决速步中包含了碳氢键活化过程。2.基于铑催化碳氢键活化反应合成炔基取代香豆素类化合物及其荧光性能的研究。发展了铑催化的二甲氨基硫代甲酸苯酯与1,3-二炔或端炔为原料通过C-H键活化及C-N键断裂,一锅法合成各种炔基取代的香豆素类化合物,并对各化合物的荧光性能进行了深入的研究。通过对底物适用性的考察发现各种酚如取代苯酚、萘酚均可以与1,3-二炔反应,以中等到良好的收率得到目标化合物;无论芳基取代的1,3-二炔还是烷基取代的1,3-二炔均可以与地无反应得到各种芳基炔和烷基炔取代的目标化合物。此外,在研究中发现直接使用端炔,在两倍当量铜盐存在下也可以实现炔基取代的香豆素的合成。通过对目标化合物炔基的官能化反应顺利得到了1,2-二酮,烯烃,烷烃和双杂环。通过对产物进行单晶培养和单晶解析,确定其结构为3-取代基乙炔基取代的香豆素结构。在研究炔基取代的香豆素化合物的荧光性质中,发现改变香豆素单元上的取代基可以改变化合物的吸收和发射波长,而引入对甲氧基苯基和三甲基甲硅烷基乙炔基时反应的荧光量子产率最高,为0.57。

关键词： 杂原子活化   烯酮   多组分   串联反应  

摘要： 含氮杂环化合物是自然界中存在最广泛的杂环类化合物,在化学以及许多相关产业如药物、材料、精细化学品等领域均具有重要意义。杂原子活化的烯酮类化合物是重要的有机合成中间体,其多样化的反应位点可用于设计不同的有机反应来实现多样性或目标性导向有机合成。本论文的主要研究内容是基于活化烯酮化合物,包括烯胺酮和二硫缩烯酮为关键合成子的串联新反应在合成吡唑啉、吡唑、喹啉、吡啶等含氮杂环化合物中的应用。主要研究工作包括四方面的内容。第一部分,水介质中串联反应合成吡唑啉。我们使用水为溶剂,醋酸添加剂,在温和条件下实现了烯胺酮和磺酰肼之间的串联反应,通过形成两个新的C-N键与一个C=N键构建了吡唑啉杂环骨架,提供了一条简便实用的吡唑啉化合物的绿色合成路径。第二部分,二硫缩烯酮和磺酰肼串联反应合成吡唑。以吡唑啉的合成工作为基础,我们采用二硫缩烯酮作为替代的活化烯酮底物和磺酰肼反应。通过进一步对溶剂与酸催化剂的调控,实现了取代基位置不同的两种吡唑化合物的选择性合成。第三部分,基于烯胺酮的Povarov三组分应选择性合成2,3-二取代喹啉。以烯胺酮、醛与苯胺为原料,在Cu I/Tf OH共同作用下实现了2,3-二取代喹啉的三组分合成。与传统的基于端炔或端烯Povarov反应生成2,4-二取代的喹啉不同,本方发所得产物为2,3-二取代喹啉化合物,为结构多样的喹啉化合物合成提供了新途径。第四部分,不同烯胺酮和醛三组分反应合成吡啶。本部分工作我们采用NH2和N,N-双取代两种不同结构的烯胺酮和醛作为原料,以Cu I为催化剂实现了三组分串联反应合成多取代吡啶的合成。通过形成两个新的C-C键与一个C-N键,建立了2,3,5,6-四取代吡啶类杂环化合物的新合成方法。

关键词： 邻异硫氰酸酯肉桂醛   伯胺   苯并噻嗪   喹唑啉   盐酸羟胺  

摘要： 苯并噻嗪类化合物和喹唑啉类化合物是两类十分重要的苯并杂环化合物,它们具有独特的化学特性及生物活性,吸引了大量药物学家和化学研究者的研究兴趣。本文在综述了近年来苯并噻嗪类化合物和喹唑啉类化合物合成研究的基础上,提出了两种合成苯并噻嗪类化合物和喹唑啉类化合物的新方法:(1)通过调控邻异硫氰酸酯肉桂醛与伯胺的反应,可以高效合成3,4-二氢喹唑啉-2(1H)-硫酮衍生物或选择性合成4H-苯并[d][1,3]噻嗪-2-胺衍生物;(2)盐酸羟胺催化邻异硫氰酸酯肉桂醛合成1H-苯并[d][1,3]噻嗪-2(4H)-酮衍生物。本文首先实现了邻异硫氰酸酯肉桂醛和伯胺通过串联反应,绿色高效合成了 3,4-二氢喹唑啉-2(1H)-硫酮衍生物。若先将邻异硫氰酸酯肉桂醛中的醛基保护,再与伯胺反应可以得到稳定的硫脲中间体,该中间体在加热回流条件下可以进一步环化得到4H-苯并[d][1,3]噻嗪-2-胺衍生物。一锅法的应用大大提高了该反应的反应效率。因此,我们提出了一种通过相同底物构建结构多样性化合物的新方法,该方法简便易操作且收率很好,具有良好的化学选择性和官能团兼容性。随后,我们用盐酸羟胺代替伯胺与邻异硫氰酸酯肉桂醛反应,该反应具有多样性,分离得到了 1H-苯并[d][1,3]噻嗪-2(4H)-酮衍生物。通过单晶培养及数据分析,确定了产物分子的结构。