关键词:
铜催化
需氧氧化
无金属
酚类化合物
含氧杂环化合物
环化反应
摘要:
酚类化合物在自然界中含量丰富且廉价易得,是一类重要的化工原料,广泛地应用于生产生活中。简单的酚类化合物选择性地转化为具有生物、药物活性的功能分子或有机材料使酚类化合物的利用具有更高的附加值,因而一直受到化学研究者的关注。但是由于氧化电势低,酚类化合物在氧化活化过程中容易氧化开环或者产生大量C-C偶联、C-O偶联等副产物,因而导致酚类在氧化反应过程中选择性差,难以向目标产物实现高选择性转化。基于此,本文致力于探索廉价金属催化或者无金属催化过程,利用简单的酚类化合物与其它简单的偶联/环化试剂作用,通过控制不同的氧化条件和反应路径来实现酚类化合物高选择性转化制备各类含氧杂环化合物。具体研究内容和结果如下:一、铜促进需氧氧化酚与一级胺合成苯并噁唑类化合物。以铜粉为促进剂,六氟磷酸铵为添加剂,在氧气存在的条件下简单的酚类化合物可以与一级胺发生环化反应直接制备苯并(?)唑类化合物。该反应适用于2,4-二取代的富电子酚类和一级脂肪胺;对照实验表明酚类化合物氧化条件下邻位活化形成的不可控制的副产物在该反应体系中能够选择性地转化为目标产物,实现了酚类不可控制到控制的转变;GC-MS捕捉实验证明了二偶联酚与一级胺作用产生的中间体,进一步的对照试验证明计量的铜试剂有利于二偶联酚向苯并噁唑产物的转化。二、铜催化需氧氧化酚与N-芳基甘氨酸酯制备萘并呋喃酮亚胺类化合物。以醋酸铜为催化剂,醋酸为添加剂,在氧气存在的条件下萘酚类化合物可以与N-芳基甘氨酸衍生物发生环化反应制备萘并呋喃酮亚胺类化合物。该反应具有较好的官能团容忍性,各种基团如甲基、甲氧基、硫甲基、N,N-二甲基、卤素基团等都能很好地兼容,但强吸电子基团不适用于该反应体系;反应中合适的酸添加剂的加入,一方面抑制了酚类化合物与N-芳基甘氨酸衍生物的过度氧化,另一方面也促进了酯交换过程,是该选择性转化反应的关键。此外,通过单晶衍射证明了反应产物的高Z式选择性;通过使用不同体积的酯进行反应阐明了酯交换对反应的影响;通过对照试验论证了 N-芳基甘氨酸衍生物中活泼N-H的重要性,并为该反应提出了可能的反应机理。三、酚参与的三组分环化合成萘并呋喃酮亚胺类化合物。反应中不需要添加过渡金属和催化剂,只需要使用叔戊酸作为添加剂,5 A分子筛作为除水剂,即可将芳香胺、萘酚以及乙醛酸乙酯三组分的混合物高效转化为萘并呋喃酮亚胺类产物。该反应具有特别好的官能团兼容性,不管是给电子基团如甲基、甲氧基、硫甲基还是吸电子基团如卤素基团、三氟甲基、硝基都能很好地适用于该反应,此外,杂环基团如吡啶基也能在该反应体系中转化成相应产物;对部分产物进行了紫外吸收测试发现最大吸收波长在可见光区且摩尔吸光系数在104级别;基于之前的实验依据,为反应提出了可能的机理。四、无金属催化2-萘酚与末端炔烃偶联环化制备萘并呋喃类化合物。以路易斯酸BF3作为催化剂,2,3-二氯-4,5-二氰基苯醌(DDQ)作为氧化剂,简单的2-萘酚类化合物即可与末端炔烃环合,高效地合成萘并呋喃类化合物。该反应可以放大至克级规模,卤素取代的产物可以作进一步的修饰得到更复杂的分子;同位素标记实验排除了直接偶联反应发生的可能,自由基对照试验证明了反应的自由基路径。根据实验结果提出了可能的机理过程。五、无金属催化2-萘酚与末端烯烃偶联环化制备萘并呋喃类化合物。以路易斯酸BF3作为催化剂,DDQ作为氧化剂,简单的2-萘酚类化合物即可与末端烯烃环合,高效地合成得到萘并呋喃类化合物。竞争实验表明末端烯烃比末端炔烃在该类反应中具有更好的活性;机理研究表明该反应经历自由基加成环化、氧化脱氢芳构化的过程。