关键词： 联烯   含氮杂环化合物   银配合物催化  

摘要： 含氮杂环化合物是重要的、通常具有较高生物活性的有机化合物,广泛应用于日常生产与生活,在天然产物及药物的合成、有机催化以及太阳能电池等领域发挥了重要作用。因此,含氮杂环化合物的合成一直是有机合成领域重要的研究内容。例如,以异腈或烯炔为原料,可合成吡唑、三氮唑等重要的含氮杂环化合物。我们课题组一直致力于开发含氮杂环化合物的新合成策略,近年来,在银催化的有机反应研究中取得了一定的进展。本文以探索银配合物的催化活性为中心,发展了一种新颖的银配合物,并以其为催化剂探索了含氮杂环化合物的新合成方法,具体研究内容包括:(1)银配合物的合成,运用硝酸银与4,4',4''-三叔丁基-2,2',6'2''-曲吡啶(t-Bu3tpy)在乙腈中25℃下的反应,合成了双核银配合物[Ag2(t-Bu3tpy)2(NO3)2]。(2)以联烯与PhI=NTs为反应物,以所合成银配合物[Ag2(t-Bu3tpy)2(NO3)2]为催化剂,在温和的条件下合成了四元含氮杂环化合物2-吖丁啶亚胺衍生物。该反应扩展了PhI=NTs的在有机合成中的应用,为天然产物合成及药物合成提供了新方法,并具有反应物简单易得,反应条件温和,简洁高效等优点。

关键词： 苯并六元杂环化合物   三氟甲基   色满   硫色满   四氢喹啉  

摘要： 杂环化合物广泛存在于自然界,其用途和应用范围正在被不断的拓展,在诸多的杂环化合物中,苯并六元杂环化合物是其中一大类化合物,其中很大一部分作为重要的生物活性分子甚至药物中间体被广泛应用于医药、农业及材料科学等领域。近年来的研究发现,许多含三氟甲基的苯并六元杂环化合物具有特殊的药用价值,并已被发展进入临床应用阶段。然而,此类含三氟甲基杂环化合物的不对称合成方法十分局限,因此,应用催化不对称方法合成含三氟甲基苯并六元杂环化合物有重要的理论研究和应用研究价值。本论文通过有机催化不对称合成方法将三氟甲基引入到苯并六元含氮、含氧、含硫杂环化合物体系中,得到一系列α位含有三氟甲基的杂环化合物。这些合成方法具有产率高、立体选择性专一的特点。首先,在辛可尼丁芳酰胺这一有机催化剂的作用下,邻羟基查尔酮和β-三氟甲基硝基烯发生级联环化反应,得到α位具有三氟甲基并且分子中含有三个手性中心的色满类化合物,ee值均大于99%,产率达到96%;接着,我们通过奎宁芳酰胺催化的邻巯基苯甲醛和β-三氟甲基-1,4-不饱和酮的Michael-Aldol反应将三氟甲基不对称引入到硫色满结构中,ee值达到97%,产率达到91%;在此工作基础上,我们通过辛可尼丁芳酰胺催化的邻巯基苯甲醛和β-吲哚-β-三氟甲基-1,4-不饱和酮的Michael-Aldol反应将三氟甲基和吲哚同时不对称引入到硫色满结构中,ee值达到96%,产率达到88%;最后,我们通过奎尼丁硫脲催化的邻氨基查尔酮和β-三氟甲基硝基烯的级联环化反应将三氟甲基不对称引入到四氢喹啉分子结构中,ee值最高达到99%,产率达到94%。本文的研究为三氟甲基不对称引入苯并六元杂环化合物提供了简单、高效的的合成方法,这类方法的建立,为相关化合物的应用研究奠定了良好的基础。

关键词： 四溴化碳   咪唑并[1,2-α]吡啶   咪唑并[1,2-α]嘧啶   氧杂蒽酮   芴酮  

摘要： 本文探讨了四溴化碳促进的氧化碳氮键的形成及醛的分子内需氧氧化脱氢芳基化反应。全文共分为三个部分:第一部分为文献综述,介绍了近年来苯并恶唑衍生物合成的最近研究进展;第二部分、第三部分为研究论文工作,介绍了作者在硕士阶段的研究成果。主要工作包括:(一)四溴化碳促进的2-氨基吡啶或2-氨基嘧啶与β酮酸酯或1,3-二酮之间的反应构建碳氮键,该反应在温和且无金属的条件下实现了咪唑并[1,2-α]吡啶和咪唑并[1,2-α]嘧啶的合成。(二)四溴化碳促进的分子内氧化脱氢偶联反应实现氧杂蒽酮的制备。该反应可以在无金属、无添加剂、无溶剂条件下进行,且官能团耐受性好。并且以2-苯基苯甲醛为底物也可以实现芴酮的制备。通过反应机理的初步研究表明,反应可能经历了自由基过程。

关键词： 铜催化   杂环化合物   异香豆素   嘧啶   一锅法   环化  

摘要： 杂环化合物是一类非常重要的有机化合物,而含氧、氮杂环化合物又是杂环化合物的重要组成。异香豆素是苯并六元内酯类化合物,它是一类在自然界中广泛存在的天然内酯类化合物,该类化合物的衍生物具有抗菌、抗过敏、抗HIV和抗肿瘤等多种药理活性。嘧啶是一种非常重要的六元含氮杂环化合物,许多天然产物中都含有嘧啶的结构单元,其衍生物具有杀虫、杀菌、除草、抗病毒等多种生物活性。关于这两类物质的合成在天然产物合成、新药研发、有机合成等领域中有极其重要的应用价值。因此,开发一种绿色、安全低毒、原子经济性好且操作简单的方法具有重要的理论意义和应用前景。本文主要在铜催化和碱体系下,通过简单易得的原料及简单的操作合成一系列的异香豆素和嘧啶类杂环化合物,具体内容和研究结果如下:一、铜催化邻溴苯甲酸甲酯与末端炔烃的环化反应合成异香豆素类化合物在氮气氛围下,使用铜催化剂和碱试剂,以简单易得的邻溴苯甲酸甲酯与末端炔烃为原料,高选择性和高产率地合成多种官能团取代的异香豆素类化合物。通过系统考察反应条件(如催化剂、碱试剂、溶剂、底物摩尔比等)对异香豆素类化合物产率的影响,确定了最佳反应条件:在氮气氛围中,加入摩尔比为1:1.1的苯乙炔和邻溴苯甲酸甲酯,10mol%CuI,2eq NaOH,乙腈作为溶剂,于100℃下反应24 h。在最佳反应条件基础上,合成了 31种产率达到65%-97%的异香豆素类化合物。利用GC和GC-MS监控仪器等实验技术手段,探究了铜催化合成异香豆素类化合物的可能机理。该反应反应条件温和,而且操作简单,无需各种配体及添加剂即可得到一系列的异香豆素类化合物。二、铜催化甲基酮与两分子腈的环化反应合成三取代嘧啶类化合物在氮气氛围下,在腈类溶剂中,使用铜催化剂和碱试剂,以甲基酮类化合物为底物,腈类溶剂直接提供氮源,一锅法合成嘧啶类杂环化合物。经试验得到如下优化条件:在氮气氛围中,加入0.03 mmol苯乙酮、20mol%CuC12、2eq NaOH,以乙腈为溶剂,于120℃下反应24h。在此基础上进一步扩大底物范围,合成了26种嘧啶类化合物,产率为47%-86%。此方法新颖、操作极为简单,并且具有较好的官能团耐受性及底物适用性,在农药和医药上具有潜在的应用价值。

关键词： Ugi反应   aza-Wittig反应   Wittig反应   邻叠氮基芳胺   官能化芳基异腈季磷盐   邻酰基叠氮芳胺   新型三唑类杀菌剂  

摘要： Ugi反应、aza-Wittig反应、Wittig反应具有条件温和、原料简单易得、底物适用性广、合成收率高等优点,被广泛地应用于含氮杂环化合物的合成。本论文利用上述反应合成了一些新型结构的杂环化合物,并对所合成化合物的性质进行了初步的研究。本论文还应用click反应为关键步骤,合成了新型结构的三唑类衍生物,并对其生物活性进行了研究,部分化合物表现出良好的杀菌活性。具体内容如下:1.对多组分反应进行了简要概述,并对近几年Ugi反应、aza-Wittig反应、Wittig反应进展以及在杂环合成中的应用进行了综述,并对三唑类杀菌剂进行了简要的介绍。2.以邻叠氮基芳胺、醛、羧酸/酮酸、异腈为原料,发生连续的Ugi4CR/aza-Wittig反应合成了16个苯并咪唑衍生物Ⅱ-4以及15个喹喔啉酮衍生物Ⅱ-7,并对结构进行了确认,测试了化合物的杀菌、除草、杀虫活性。结果表明,5个化合物表现出良好的生物活性:化合物Ⅱ-7k、Ⅱ-7n和Ⅱ-7o在100 ppm下对小麦壳针孢菌(Zymoseptoriatritici)分别表现出66%、84%和84%的杀菌活性,Ⅱ-7j在10ppm下对拟南芥(Arabidopsisthaliana)表现出99%的除草活性,Ⅱ-4o、Ⅱ-7k和Ⅱ-7o在500 ppm下对小菜蛾(Plutella xylostella)都表现出99%的杀虫活性,Ⅱ-7k在1000 ppm下对蚜虫(Aphid species)表现出99%的杀虫活性。3.以邻叠氮基芳胺、a-溴代芳基酮为原料,发生连续的亲核取代/aza-Wittig反应合成了 13个喹喔啉衍生物Ⅲ-6,并对结构进行了确认,测试了化合物的杀菌、除草、杀虫活性。结果表明,有3个化合物表现出良好的生物活性:化合物Ⅲ-6a在20 ppm下对葡萄灰霉菌(Botryotinia fuckeliana)表现出99%的杀菌活性,Ⅲ-6c在20 ppm下对腐霉菌(Pythium dissimile)和小麦壳针孢菌(Zymoseptoriatritici)均表现出99%的杀菌活性,Ⅲ-6d在20 ppm下对小麦壳针孢菌(Zymoseptoriatritici)表现出99%的的杀菌活性。4.以官能化的芳基异腈季磷盐、醛、胺在磷酸催化下发生催化型Ugi 3CR反应,接着发生分子内的Wittig反应一锅合成了16个吲哚类衍生物Ⅳ-3,并对结构进行了确认,测试了化合物的杀菌、除草、杀虫活性。结果表明,有4个化合物表现出良好的生物活性:化合物Ⅳ-3f和Ⅳ-3h在20 ppm下对小麦赤霉病菌(Gibberella zeae)表现出99%的杀菌活性,化合物Ⅳ-3i和Ⅳ-3j在100 ppm下对蚕豆锈病(Uromyces viciae-fabae)表现出66%的抑制活性。5.以邻酰基叠氮芳胺、醛、酸、异腈为原料发生连续的Ugi4CR/催化型aza-Wittig一锅合成了22个苯并咪唑衍生物V-4,并对结构进行了确认,测试了化合物的杀菌、除草、杀虫活性。结果表明,有2个化合物表现出良好的生物活性:化合物Ⅴ-4f和Ⅴ-4i在500 ppm下对小菜蛾(Plutellaxylostella)表现出99%的杀虫活性。6.以对甲基苯乙炔与烷基叠氮化合物为原料发生click反应得到1,2,3-三氮唑化合物Ⅵ-2,依次发生NBS溴代/亲核取代/硼氢化钠还原四步得到目标产物Ⅵ-6,并对其结构进行了表征以及对柑橘绿霉菌(Penicilium digitatum)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、稻瘟菌(Magnaporthegrisea)、棉花枯萎菌(Fusariumoxysporum)进行梯度测试,同时也进行了除草和杀虫生物活性测试。实验结果发现当R2为叔丁基时,目标产物Ⅵ-6整体表现出很好的生物活性,明显优于商品化的三唑酮,部分化合物的杀菌活性与烯唑醇相当甚至超过烯唑醇。这些化合物结构新颖,未见报道,具有广阔的前景,可以作为农药先导化合物。

关键词： 可见光氧化还原催化   光催化剂   杂环化合物   氧化氨基化  

摘要： 杂环化合物是一类重要的有机活性分子,广泛存在于天然产物、药物分子和具有生物活性的化合物中。因此,对于杂环化合物的合成已是有机化学界研究的热点。在杂环合成的发展过程中,不同的催化体系及方法已经被报道。近年来,可见光敏催化已经越来越受到合成化学界的关注,主要因其独特的活化模式和绿色可持续的特点。可见光作为地球表面上的一种清洁、廉价且用之不竭的能源,近年来已经成为化学家们研究的热门话题。随着人们对可见光促进的氧化还原反应的认识不断加深,可见光氧化还原催化在有机合成领域得到了迅速发展。可见光可以使反应在温和条件下进行,但由于大部分有机物分子不能吸收可见光,限制了可见光的应用,因此,光催化剂的提出将可见光催化在有机合成中的利用推向了高潮。光催化剂通过在可见光的照射下,变成激发态,处于激发态的光催化剂可以与有机物分子发生单电子转移或能量转移从而实现整个催化循环过程。本论文主要介绍了可见光氧化还原催化的背景及机理,总结了杂环化合物的传统合成方法,重点阐述我们研究的新的合成杂环的方法。本论文主要包含以下四部分内容:第一章,总结可见光氧化还原催化的背景以及杂环化合物的应用、研究进展。第二章,可见光氧化还原催化的联芳磺内酰胺的合成,三嗪类化合物在激发态的光催化剂的作用下易脱去一分子氮气产生自由基负离子活性中间体,该活性中间体可以高效地进行分子内的环合,最终以高收率得到目标产物。第三章,可见光催化剂诱导下的2-溴-1,3-二羰基化合物与烯醇硅醚偶联合成四取代呋喃,我们以2-溴-1,3-二羰基化合物为自由基前体,烯醇硅醚为电子受体,在可见光照射、光催化剂作用下以高收率得到多取代呋喃,底物适用性广泛。第四章,可见光氧化还原催化的烯烃的氧化氨基化合成α-氨基酮,以苯乙酰基保护的羟胺衍生物为氮自由基前体,fac-Ir(ppy)3为光催化剂,DMSO为溶剂,又作为最终的氧化剂,在可见光的照射下完成烯烃化合物的氧化氨基化。

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。

关键词： 甘油   PEG   β-吲哚衍生物   香豆素-3-羧酸   4H-吡喃类化合物  

摘要： 近几年,绿色化学已经成为一个重要的研究方向,绿色溶剂也被称为环境友好溶剂,是绿色化学的研究热点之一。聚乙二醇和甘油因其具有无毒无害的特性,对有机化合物的溶解性较好,可以作为绿色溶剂促进合成具有多种生物活性和药物活性的化合物。本文重点研究了PEG和甘油作为绿色溶剂在合成具有生物活性的β-吲哚衍生物、香豆素-3-羧酸和4H-吡喃类化合物中的应用,具体内容如下:1.综述近年来甘油和PEG作为溶剂在有机合成中的应用2.β-吲哚衍生物的合成以甘油和水的混合溶液做溶剂,在无催化剂、室温、超声波辐射的作用下,促进麦氏酸、吲哚、醛的“三组分”反应,合成了16种β-吲哚衍生物,产率为36%-96%。所得产物通过IR、NMR确定,与文献相比,该方法可以有效促进2-甲基苯甲醛和4-甲氧基苯甲醛参与反应。3.香豆素-3-羧酸的合成以甘油和水的混合溶液做溶剂,在无催化剂、室温条件下通过麦氏酸和水杨醛的两组分反应,合成了12个香豆素-3-羧酸,产率最高可达99%,所得产物通过IR、NMR表征。4.4H-吡喃类化合物的合成以PEG-400和水的混合溶液作为溶剂,在室温条件下促进双甲酮/1,3-环己二酮、丙二腈、醛的“三组分”反应,合成了35个4H-吡喃类化合物,双甲酮对应产物产率为88%-98%,1,3-环己二酮相应产物产率为81%-96%,所得产物通过IR、NMR、HRMS确定。

关键词： Au催化   一锅法   串联反应   吗啡啉   含氮桥环化合物  

摘要： 近几年来,金催化剂已经引起了科学家们的广泛关注。金催化的反应通常具有反应活性高、化学选择性强、反应条件温和且对空气和水并不敏感等一系列优点,因此被广泛应用于各种有机合成和天然产物的全合成中。金催化剂参与的反应主要集中于对不饱和键(尤其是炔烃)的活化从而实现的亲核加成反应,另外还有对碳氢键的活化反应和少数氧化还原反应等。本论文利用了金催化剂优异的催化性质,设计了两类金催化剂参与的串联反应,实现了两种杂环化合物的一锅法高效合成。论文主要包含两部分内容:多取代吗啡啉衍生物的合成以及复杂氮桥环化合物的合成。论文的第一部分中,我们以氮杂环丙烷和炔丙醇作为起始底物,高效地得到了多取代的吗啡啉衍生物。首先,氮杂环丙烷在Au(Ⅰ)作用下与炔丙醇发生一步开环亲核加成反应得到炔酰胺中间体,之后金催化剂活化三键,发生分子内环化氢胺化反应生成环外烯胺中间体,该中间体迅速异构成更稳定的环内烯胺结构。在该串联反应进程中,金催化剂同时以lewis酸和π酸两个身份参与了反应,以分别活化氮杂环丙烷和碳碳三键。之后利用Pd/C催化加氢反应便可以极高的产率和dr值高效地得到目标产物。我们还获得了最终产物的单晶结构,从而确定了该产物中取代基团的相对构型。论文的第二部分中,我们以含苯环的炔酰胺类化合物和各种亲双烯体作为原料,成功合成了一类复杂的含氮桥环化合物。在这份工作中,首先由金催化剂催化炔酰胺类化合物发生分子内环化氢胺化得到苯并五元环外烯胺中间体,此时该中间体并未被另一反应物所捕获,而是在生成后迅速发生了[1,5]-氢迁移反应从而构筑了取代的异吲哚中间体,之后该中间体与一分子亲双烯体原料发生Diels-Alder环加成反应从而生成目标产物。我们采用一锅法在单一金催化剂的作用下实现了三步有序的串联反应,且在很短的反应时间内以十分温和的条件引发了[1,5]-氢迁移反应。我们还做了一系列的氘代实验来研究反应机理,从而证明了[1,5]-氢迁移反应历程的存在,进一步证实了我们对反应机理的推测。同时我们也拿到了产物的单晶结构,佐证了我们的反应结果。

关键词： 五元、六元氮杂环化合物   多取代咪唑   1,2,4-三嗪   碘催化   环加成  

摘要： 含氮杂环化合物代表着一类具有特殊意义的化合物,而五元、六元氮杂环化合物在其中起着举足轻重的作用。本论文详细概述对多取代咪唑化合物和1,2,4-三嗪化合物合成方法的研究和探讨,主要由以下四部分组成。第一章咪唑化合物在五元氮杂环化合物中扮演着重要角色,拥有的良好生物活性来源于其结构的独特性,在药物化学,材料化学及有机合成化学等领域发挥着关键作用。因而,吸引着大批的化学科研人员对其合成方法及应用的探讨研究。文中我们对前人的工作进行了归纳和总结。第二章1,2,4-三嗪因其独特的结构被人类发现于许多天然和合成的药理活性化合物中。化学研究人员对其应用和合成方法产生了浓厚的兴趣,在此我们对他们的工作进行了详细阐述。第三章I2/TBPB催化氧化苯乙醛和苯甲脒在溶剂二氧六环中合成1,2,5-三取代咪唑化合物。该方法使用廉价的催化剂,无配体,产率高,产物具有优异的区域选择性。第四章I2/IBX催化氧化苯乙烯和N-氨基脒在溶剂二甲基亚砜中环加成合成1,2,4-三嗪化合物。整个过程包括三个不同的反应:碘化,Kornblum氧化和缩合。