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： Co(Ⅲ)催化   N-氯代苯甲酰胺   C-H键活化   杂环化合物  

摘要： 过渡金属催化C-H键活化因其步骤和原子的经济性,近年来一直是有机合成方法学研究的热点之一。钴是在自然界中广泛存在的一种过渡金属,与其他贵金属(如钯、铑、钌等)相比,作为C-H键活化催化剂,不但具有成本优势,而且在C-H键活化反应中也表现出了不错的活性。[Cp*Co(CO)I2]是其中一种代表性的Co(Ⅲ)催化剂,相关研究也得到大量报道。充分发挥其潜力的影响因素之一是找到新导向基团,导向基能够影响金属催化剂的作用,以及与偶联底物的反应条件。本论文以[Cp*Co(CO)I2]作为催化剂,发展了一种N-氯代苯甲酰胺导向基,可以实现在室温条件下C-H键活化合成含氮杂环。主要内容包括:第一章,[Cp*Co(CO)I2]催化C-H键活化的研究背景。第二章,发展了一种N-氯代苯甲酰胺导向基,在[Cp*Co(CO)I2]催化条件下室温合成杂环化合物。反应以炔烃作为偶联底物,方便地得到异喹啉酮。良好的底物适用性,使得多种不同类型的取代基可以顺利转化。另外,首次直接通过C-H键活化方法,一步获得中间体钴环化合物,为更好地研究钴催化C-H键活化反应机理提供了一条新途径,也能给高活性导向基的开发,及其在过渡金属催化C-H键活化领域的应用提供新思路。第三章,首次以烯烃作为偶联底物,N-氯代苯甲酰胺作为导向基,通过钴催化C-H键活化合成了 3,4-二氢异喹啉酮。因为N-Cl键的高氧化性以及和钴催化中心作用产生的独特催化活性,该反应具有高效、步骤和原子经济性、室温反应、宽泛的底物适用性等诸多优点。同时,N-氯代苯甲酰胺未来有可能在杂环合成中得到进一步的发展和应用。

关键词： 可见光诱导   碳自由基   串联环化   含氧杂环化合物   含氦杂环化合物   合成工艺  

摘要： 含氧，含氮的杂环化合物广泛存在于天然产物、以及一些重要的生物活性和药物活性分子中。对于这些杂环化合物的合成也是有机合成化学工作者长期以来的研究兴趣之一。可见光作为一种清洁，可持续性的能源。其在基础有机化学中已经被应用于可见光诱导的氧化还原催化反应中。近十年来，可见光诱导的氧化还原催化受到了有机化学工作者的特别关注，并且也取得了突飞猛进的发展。其中，可见光诱导的自由基串联环化反应作为理想的合成方法，具有原子经济，步骤节约，以及相较于传统的自由基串联环化反应条件更加温和的特点。同时，也因其产生自由基活性物种的多样性，为一些复杂结构的碳环，杂环化合物的合成提供了一条新的思路。本论文详细介绍了该领域的最新研究进展，并围绕可见光诱导的碳自由基的串联环化对含氧，含氮杂环化合物的合成展开了研究工作，其具体内容如下:　　首先，我们调研发现色满-2-酮骨架化合物是自然界中一类非常重要的含氧杂环骨架，其通常存在于许多含有生物活性和药物活性的分子中。并且酰肼也是一类非常重要的结构片段。正因为它们具有吸引人的活性特征，我们发展了可见光诱导的α-氨基自由基对芳酰基腙的自由基加成串联环化，成功实现了对这两种“优势骨架”的嫁接，使用该策略合成了一系列含酰肼片段的色满-2-酮，二氢喹啉-2-酮骨架化合物。此外，我们通过调控底物结构和反应条件，还成功的合成了具有重要生物活性的γ-内酰胺和β-内酰胺类化合物。通过相关的控制实验和量子收率计算，我们提出了可能的反应机理。　　与此同时，我们通过可见光诱导产生不同电性的碳中心自由基，并发现它们在自由基串联环化中对活化和未活性的烯烃展现出不同的化学选择性。为此，我们发展了将羧酸衍生物作为电中性的烷基碳自由基前体，成功的应用于可见光诱导的脱羧烷基自由基对邻烯基丙烯酰胺的化学选择性加成串联环化反应当中。我们通过自由基的7-endo环化，温和高效的合成了一系列具有重要生物活性的苯骈吖庚因的七元含氮杂环化合物。并且，我们也成功的将该策略有效的应用于药物活性分子熊果酸与苯骈吖庚因骨架的嫁接。通过相关的控制实验和重水实验，我们提出了水通过和自由基前体N-酰氧基邻苯二甲酰亚胺形成氢键的机理诱导自由基反应的发生。

关键词： 碘代喹啉   Williamson反应   Friedel-Crafts反应   Wittig-Horner反应   一锅法   反应研究  

摘要： 喹啉骨架化合物是一种有机含氮杂环化合物,其表现出特殊药理以及生物活性,因此在药物合成化学中占有重要的地位。本论文用碘代喹啉骨架化合物与胺、酚,水杨醛,芳香醛等化合物反应,成功合成了多种含有碘代喹啉骨架的稠杂环化合物。本论文主要分为以下几个部分:第一部分,综述了喹啉骨架化合物以及其衍生物的研究现状和活性与应用。第二部分,以邻氨基苯乙酮和2-氨基二苯甲酮为起始原料,设计了碘代喹啉甲酸乙酯的合成路线,首先进行了碘代反应的研究,获得了单碘代和双碘代产物(1a-1d),之后取其单碘代产物(1a,1b)继续反应,获得了2,4-二氯甲基-6-碘-3-喹啉甲酸乙酯(1e)和2-氯甲基-4-苯基-6-碘-3-喹啉甲酸乙酯(1f)。第三部分,以1e为起始化合物,在乙腈作为溶剂、无水碳酸钾作为缚酸剂的条件,与苯酚及取代苯酚反应经“两步一锅法”成功地得到了2,4-二苯氧甲基-6-碘-3-喹啉甲酸衍生物(2a-2n)。第四部分,以1e为原料,在无水碳酸钾作为缚酸剂、乙腈作为溶剂、聚乙二醇-400作为相转移催化剂的条件下分别与水杨醛和取代水杨醛经“三步一锅法”得到2,4-二-(2-苯并呋喃基)-6-碘-3-喹啉甲酸衍生物(3a-3i)。第五部分,以1e为原料,与芳香醛类化合物反应经“一锅法”得到2,4-二-(苯乙烯基)-6-碘-3-喹啉甲酸乙酯衍生物(4a-4q),即化合物1e首先与亚磷酸三乙酯反应得到中间体不需分离提纯与芳香醛类化合物在NaH/DMF体系中经Wittig-Horner反应直接生成目标产物。第六部分,以1f为原料、无水乙醇为溶剂与胺及其衍生物反应,生成7-碘-9-苯基-2,3-二氢-1H-吡咯并[3,4-b]喹啉-1-酮衍生物(5a-5h)。本论文多采用一锅法反应,并且讨论了溶剂选择和反应条件,精简了反应步骤,优化了反应条件,获得了一系列的新的喹啉骨架化合物。我们对所合成的化合物1a-1f,2a-2n,3a-3i,4a-4q,5a-5h,的结构使用IR、H NMR、C NMR和HRMS等多种表征方式得以证实。

关键词： 硝基环氧化合物   含氮杂环化合物   噻唑   吡咯   一锅法  

摘要： 杂环类化合物因其特殊的性质和结构,在医药、农药及材料等领域具有重要作用及广泛的潜在价值。尤其是在医药领域,杂环片段广泛存在于众多的类药性化合物或天然产物母核中,并表现出多种生物学活性。这决定了它在药物合成化学,新药创制研究等领域具有重要意义,并使设计合成和探索新的具有生物活性和用途的杂环类化合物也占有不可忽视的地位。硝基环氧化合物是一个具有独特的化学反应特点的化合物,它潜在的两个相邻的亲电中心,使其具有成为构建类药性杂环化合物的合成子的特定潜质。本文的第一部分详细地综述了硝基环氧化合物的合成方法及其在构建杂环化合物中的应用,第二部分和第三部分分别介绍了我们发展的以硝基环氧化合物为合成子分别构建噻唑类化合物和吡咯类化合物的新方法。我们开发的以硝基环氧化合物及取代硫脲类化合物为原料,合成噻唑类化合物的新方法,以72%～96%的收率得到了 19个4,5-二取代-2-氨基噻唑化合物,其中4个为新化合物;开发的以硝基环氧化合物、胺类化合物及丁炔二酸二酯化合物三组分“一锅法”合成五取代吡咯类化合物的新方法,以64%～91%的收率得到了 16个4,5-二取代-2,3-二甲酸酯-N-取代吡咯类化合物,其中15个为新化合物。此外,我们还给出了可能的反应机理。这两种方法均有原料易得,操作简便,条件温和,无需昂贵的金属催化剂等特点。所合成的噻唑化合物和吡咯化合物的结构均经过1H NMR、13C NMR、HPLC-HRMS和熔点表征,它们的生物评价也在进行中。

关键词： 低共熔溶剂   氯化胆碱   催化   合成   杂环化合物  

摘要： 近年来,低共熔溶剂(DESs)作为离子液体的类似物得到了广泛的关注。DESs通常由两种或两种以上的成分组成,它们通过氢键相互作用形成熔点比各组分低的混合物。DESs具有不易挥发、热稳定、水溶性、生物相容性、可生物降解和离子结构多样性等优良特性。本文设计以低共熔溶剂为催化剂,绿色、高效地合成苯并吡喃、二氢吡啶和吡唑类杂环化合物,并对催化剂进行优化与扩展,具体内容如下:1.综述近年来低共熔溶剂在有机合成反应中的应用。2.以低共熔溶剂(Ch Cl/urea 1:2)为催化剂,水和乙醇的混合液为溶剂,1-萘酚、丙二腈、芳香醛为原料得到了7个苯并吡喃衍生物,产率为86-94%,部分产物通过IR、H NMR进行结构表征。3.根据DESs是由强氢键相互作用形成的混合物特征,设计以质子极性溶剂乙醇作为氢键供体,氯化胆碱作为氢键受体,组合产生具有催化活性的物质。将该体系应用于双甲酮、乙酸铵、醛为原料的三组分反应得到了17个9-吖啶-1,8-二酮类衍生物,产率为79-98%。进一步,将氯化胆碱和乙醇的催化体系拓展到以双甲酮、乙酸铵、醛和乙酰乙酸乙酯为反应物的四组分一锅法反应中,得到了17个多氢喹啉衍生物,产率为72-97%。所得的34个目标化合物均通过IR、H NMR、C NMR进行结构表征。4.以苯肼、醛、丙二腈为原料进行了三组分一锅法反应,并且发展了合成方法。通过优化反应条件得到13个吡唑类衍生物,产率为81-96%,部分产物通过IR、H NMR进行结构表征。

关键词： 含氮杂环化合物   光氧化还原催化   1,5-氢原子转移反应   γ-内酰胺   脱羧-脱羰基化  

摘要： 可见光促进的光化学反应近年来取得了极大的进展。可见光是一种廉价、清洁而且相对温和的可再生能源。因此,利用可见光催化来合成复杂分子具有较好的前景。此外,由于含氮化合物在天然产物以及药物分子中广泛存在,应用非常普遍。基于此,我们希望在可见光促进的光化学条件下,通过简单易得的原材料来合成含氮杂环化合物。本论文主要分为如下五个部分。第一章:光催化合成含氮杂环化合物。首先介绍可见光氧化还原催化的催化原理以及研究背景。此外,我们还会介绍近年来在可见光氧化还原催化合成含氮杂环化合物方面的研究进展。第二章:可见光促进的分子内1,5-氢原子转移反应合成氧化吲哚类化合物。本章发展了可见光催化的分子内1,5-氢原子转移反应,合成了一系列氧化吲哚类化合物。该方法操作简单,底物适用性好,无需加入有毒的传统自由基反应试剂;此方法也是对氢原子转移反应的重要补充。同时,把该方法作为关键步骤,形式合成了Coerulescine和Physovenine,与前人的合成方法相比,该合成过程更加简洁、高效。第三章:可见光促进的分子内1,5-氢原子转移反应合成螺环γ-内酰胺类化合物。通过可见光氧化还原策略,本章实现了分子内1,5-氢原子转移反应,并以此合成了一系列螺环内酰胺类化合物。该方法有底物兼容性好,反应选择性高,操作简单,反应条件温和等特点。另外,还发展了一种新型的廉价易得的氢原子给体试剂(γ-松油烯)。第四章:可见光催化合成咪唑啉类以及噁唑烷类化合物。本章实现了可见光促进的一锅法三组分的多步串联反应,以较高的产率构筑了三个新化学键。通过简单易得的原料,在温和的反应条件下合成了咪唑啉类以及噁唑烷类化合物。实现了光催化烯烃的双官能团化,同时也实现了烯烃的顺式羟胺化反应。反应的优点有:产率较高,操作简单,条件温和等。第五章:可见光氧化还原催化促进的α-酮酸的脱羧-脱羰基化反应。本章实现了可见光氧化还原催化的α-酮酸的脱羧-脱羰基化反应,并合成了一系列含季碳中心的产物和γ-酮酯类化合物。我们探究了一级、二级和三级烷基酮酸的脱羰基规律,以及温度对脱羰基的影响。三级烷基酮酸是很好的烷基自由基前提。同时对反应的机理做了一定的探究。

关键词： 磁性自组装纳米催化剂   羧甲基纤维素   氯化钌   吡喃并吡唑衍生物   多氢喹啉衍生物  

摘要： 多组分反应是快速合成具有分子多样性杂环化合物的有力策略。理想的多组分反应具有足够的灵活性,可生成含有多种官能团的化合物。杂环化合物,特别是氮杂环化合物是药物和农业化学工业中最重要的一类化合物。吡喃并吡唑衍生物和多氢喹啉衍生物是一类具有极其重要生物活性的杂环化合物。FeO表面具有活泼基团,可用于固定或吸附金属催化剂(如Au,Pd,Pt,Cu,Ni,Co,Ir等)、有机催化剂和生物催化剂酶。羧甲基纤维素钠(CMC-Na)是具有羟基(-OH)和羧基(-COOH)活性位点的纤维素衍生物,具有离子交换性能。利用这种离子交换特性,通过CMC-Na与Fe(II)盐的复分解反应,经氧化可以合成得到磁性纳米Na-CMC/FeO杂化材料,Na-CMC/FeO杂化材料中的CMC-Na可以继续与Ru(Ⅲ)离子发生离子交换反应,从而合成得到磁性纳米Ru@CMC/FeO杂化材料。本文的研究工作如下:1.用Na-CMC/FeO与Ru(Ⅲ)离子在水相中自组装得到Ru@CMC/FeO纳米催化剂。并通过ICP-ACE,FT-IR,XRD,SEM-EDS-mapping,TEM,TGA,XPS技术对其结构进行验证。2.用制备的磁性纳米Ru @CMC/FeO催化剂一锅法催化芳香醛(酮),丙二腈,乙酰乙酸乙酯(丁炔二酸二乙酯),水合肼四组份反应分别高效,高产率地合成了一系列吡喃并吡唑环化合物,并对合成的化合物进行了结构确定。3.用制备的磁性纳米Ru @CMC/FeO催化剂在无溶剂条件下一锅法催化芳香醛,达米酮(1,3-环己二酮),乙酰乙酸乙酯,乙酸铵四组份反应,短时间内高产率地合成了一系列多氢喹啉衍生物。催化剂至少能够循环使用7次,且催化活性无明显降低。并对合成的化合物进行了结构确定。总之,通过自组装的方式,我们成功制备了一种新型可回收磁性纳米钌杂化材料,并用其高效率地催化合成了一系列的吡喃并吡唑衍生物和多氢喹啉衍生物。该研究发展了高效简单的有机合成方法,并进一步扩展了磁性高分子负载型催化剂在有机合成中的应用。

关键词： 吡咯并[1,2-a]喹喔啉   二氢吡咯   甲型流感病毒抑制剂   CMC试纸  

摘要： 含氮杂环化合物作为许多具有生理活性的天然产物、医药化合物的基本骨架,是一类非常重要的有机合成中间体。本论文主要研究了吡咯、嘧啶及喹喔啉等含氮杂环化合物的合成方法、生物活性或作为临界胶束浓度（CMC）荧光探针的应用。具体内容分以下三部分:第一部分为吡咯并[1,2-a]喹喔啉的合成方法研究。吡咯并[1,2-a]喹喔啉母核具有较多的生物活性,但是已报道的合成方法具有原子经济性差、底物适用性差、需强氧化剂、反应温度高等缺点。本论文利用廉价的过渡金属铜或铁为催化剂,氧气为绿色氧化剂,以N-（邻氨基苯基）吡咯（和2-甲基吡啶/喹啉）为底物,实现了 C（sp3）-H键的活化,以较高的收率合成了 15种化合物,为进一步研究该类化合物的生物活性和光学应用提供了新的合成手段。第二部分为二氢吡咯类化合物（DHPs）作为新型甲型流感病毒抑制剂的设计、合成及构效关系研究。DHPs为本课题组发展的四组分反应产物,通过高通量筛选,发现具有抗甲型流感病毒的活性。甲型流感病毒是一类具有高传染性的病毒,容易引起全球流感爆发,致死率较高。本论文设计合成37种DHPs,研究其构效关系,优化得到活性最佳的化合物的EC50降低至3.108±0.234μM,与最初的先导化合物相比,活性提高了约60倍,与大部分已报道的流感病毒抑制剂的活性相当。初步抗病毒机制研究显示DHPs通过抑制病毒HA mRNA和NP蛋白的表达,并促进感染细胞内的IFN-β mRNA和Mx1 mRNA的表达,同时抑制Nox1 mRNA的表达,产生抗病毒活性。第三部分为快速测定表面活性剂CMC近似值的方法研究。CMC是表面活性剂溶液性质发生显著变化的“分水岭”,且受各种环境因素影响,如pH、溶剂、温度、无机盐等。因此在实际应用中,经常需要快速地测定表面活性剂CMC值。目前报道的方法均需要配制一系列不同浓度的表面活性剂溶液,并通过精密仪器测定与表面活性剂浓度相关的物理参数,再根据表面活性剂浓度与测定的物理参数的线性关系图,得出CMC值,缺乏快速、简便的优点。本论文发展了一种简单、快速的CMC试纸测定法。所用的荧光探针为本课题组发展的五组分反应产物,五取代四氢嘧啶（THPs）类化合物。THPs具有独特的聚集诱导发光,以及在表面活性剂胶束中不发光的特性,可以用作独特而灵敏的荧光点亮CMC探针。本论文利用THPs独特的荧光特性,将其负载于普通滤纸上,制备成廉价、快速的CMC试纸。经研究发现该方法适用于阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型表面活性剂,其测定结果在已报道的文献的范围内。鉴于其方法的准确性和方便性,CMC试纸法具有广阔的应用前景。

关键词： 吡啶   吡啶并香豆素   吡啶并嘧啶酮   Thorpe-Ziegler反应   Pictet-Spengler反应  

摘要： 本论文以吡啶为研究对象,通过Pictet-Spengler反应,确定了更加高效、高选择性的吡啶类稠杂环化合物的合成新途径。首先,综述了吡啶并嘧啶酮类衍生物和吡啶并香豆素类衍生物的生物活性以及对它们的合成方法进行了总结,论述了Thorpe-Ziegler反应和Pictet-Spengler反应,通过对实验室的多年来的工作总结提出了本论文的基本合成路线。其次,考查了以2-氯甲基吡啶并嘧啶-4-酮为起始原料,通过与异硫氰酸苯酯和丙二腈(或单氰胺)反应的缩合产物,经Thorpe-Ziegler的反应得到两个新型吡啶并嘧啶酮中间体,以该中间体为原料讨论了在对甲苯磺酸的作用下与醛类化合物的Pictet-Spengler反应,成功合成了噻吩(或噻唑)并吡啶并嘧啶酮类稠杂环衍生物。最后,考查了以4-氯甲基-7-甲基香豆素为原料,通过与异硫氰酸苯酯和丙二腈(或单氰胺)的缩合产物,经Thorpe-Ziegler反应得到两个香豆素中间体,以该中间体为原料讨论了在三氟甲磺酸的作用下与醛类化合物的Pictet-Spengler反应,合成了噻吩(或噻唑)并吡啶并香豆素类稠杂环衍生物。