关键词： 7-甲(乙)基靛红   7-甲(乙)基吲哚酮   杂环   缩合   合成  

摘要： 靛红及取代靛红是一类重要的含氮有机化合物,其广泛的存在于动植物中,随着精细化工的快速发展,靛红及取代靛红在工业,医药,燃料,农药,高性能材料等方面的作用日趋突出,本文主要基于7-甲基(乙基)靛红为底物合成新型的杂环化合物。论文分为以下五个部分。第一部分,综述了靛红及取代靛红的合成方法,以及由7-甲基(乙基)靛红衍生出的吲哚类化合物的应用。第二部分,以2-甲(乙)基苯胺a,b为原料经Sandmeyer反应得到7-甲(乙)基靛红1a,1b;再以环境友好的聚乙二醇-400为溶剂,NBS为溴代试剂对1a,1b进行5位溴代,得到5-溴-7-甲(乙)基靛红2a,2b;1a,1b,2a,2b进一步N烃基化得到N-烃基-7-甲(乙)基靛红3aj和N-烃基-5-溴-7-甲(乙)基靛红4aj。1a,1b,2a,3b,3aj,4aj分别与硫代氨基脲,在以二氧六环为溶剂、碳酸钾存在的条件下回流反应,合成了24种5H-[1,2,4]三嗪并[5,6-b]吲哚-3-硫醇类杂环化合物5ax.第三部分,以7-甲(乙)基靛红(1a,1b)为原料,对其N烃基化得N-烃基-7-甲(乙)基靛红(3a-3j)。1a-1b,3a-3j与邻苯二胺以冰醋酸或水为溶剂,四丁基溴化铵(TBAB)为相转移催化剂,采用改进的工艺进行缩合反应,以70.0%-85.8%的收率合成了一系列结构新颖的含有1,4-二氮杂萘结构的吲哚类化合物2a-2b,4a-4j。荧光光谱测定表明,化合物2a-2b,4a-4j具有很好的荧光性能。第四部分,以7-甲(乙)基靛红为原料(1a,1b),经水合肼还原得7-甲(乙)基吲哚酮(2a,2b);2a,2b乙酰化得2-氯-3-乙酰基-7-甲(乙)基吲哚(3a,3b);3a,3b N甲基化得N-甲基-2-氯-3-乙酰基-7-甲(乙)基吲哚(4a,4b);4a,4b乙氧基化得N-甲基-2-乙氧基-3-乙酰基-7-甲(乙)基吲哚(5a,5b);以4a,4b,5a,5b为原料与靛红及各种取代靛红在20%乙醇-水为溶剂,KOH存在的条件下,以40-53%的收率合成一系列2-取代-6,9-二甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉-11-羧酸衍生物(6a-6t)。第五部分,N,N-二甲基甲(乙)酰胺与三氯氧磷先形成Vilsmeier-Haack试剂与7-甲(乙)基吲哚酮(1a,1b)反应合成2-氯-3-甲酰基-7-甲(乙)基吲哚(2a,2b)和2-氯-3-乙酰基-7-甲(乙)基吲哚(3a,3b);将2a,2b,3a,3b N烃基化得4a-4h,5a-5h,将以上化合物与硝酸胍反应,以76-89%的收率合成一系列吲哚并嘧啶类化合物(6a-6h,7a-7h),但与氨基胍反应并没有得到闭环化合物。本文所合成的目标化合物均为新化合物,其结构经红外光谱、核磁氢谱(碳谱)、质谱、高分辨质谱确认。

关键词： 缺电子烯胺   串联反应   碳-碳双键活化   杂环   多样性  

摘要： 小分子杂环化合物是最基本和常见的有机化合物类型之一,在材料、药物等多个领域均具有重要应用。因此,杂环化合物的合成一直是有机化学研究的重要课题。本论文主要研究内容为基于缺电子烯胺的串联反应合成有机小分子杂环化合物。主要包括是四方面的研究内容:首先,我们研究了通过二级胺活化炔酯原位生成烯胺酯中间体的串联多组分反应合成1,4-二氢吡啶类化合物的方法。实现了丙炔酸脂、醛和伯胺三组分反应,合成了一系列N-取代1,4-二氢吡啶类化合物;之后我们通过以醋酸铵为氮源参与进行反应,通过类似的串联反应方法成功得到含NH活性氨基的1,4-二氢吡啶。其次,我们研究了硫代乙酰胺作为氮源与醛、烯胺酮三组分反应,在硝酸铈铵(CAN)作为催化剂的情况下,直接得到了吡啶类杂环产物;作为拓展内容,我们以缺电子的炔代替烯胺酮,通过在原反应条件的基础上加入催化量的二级胺,以良好的收率得到了对应的吡啶产物。建立了一类新的多组分反应一步合成吡啶类化合物的方法。然后,同样以烯胺酮为主要原料,我们研究并建立了铜催化下烯胺酮和铵串联反应合成吡啶的新方法。通过设计不同的控制实验,证实了烯胺酮在反应过程中以双键氧化断裂的方式提供了4号位碳砌块吡啶环的构建。该方法同时适用于对称和不对称结构吡啶化合物的合成。最后,通过基于烯胺酮双键氧化活化的方法,我们建立了烯胺酮类化合物和邻氨基苯硫酚串联反应合成含苯并噻吩结构邻二酮的方法。反应仅在I2催化下就能顺利进行。另外,通过调整反应条件,在CuI和氧化剂存在下,可选择性合成得到2-酰基苯并噻吩类化合物。

关键词： 磷氮杂环   多组分反应   次磷酸   Kabachinik-Fields反应   磷氢化反应  

摘要： 构建多样性的杂环结构是有机合成中的热点,但磷氮杂环化合物的合成比较少见,已有的文献报道也存在路线繁琐、原料不易得、反应条件苛刻等缺点。本文在综述国内外磷氮杂环合成进展的基础上,确立了以次磷酸为磷源,通过多组分反应构建磷氮杂环的方法。本文首先研究了芳醛、丙二腈、2-(1,2-二氢-3-亚茚基)丙二腈或2-(2,3-二氢-4H-亚萘基)丙二腈的三组分缩合,合成了一系列1-芳基芴或菲的衍生物,掌握了多组分反应的特点和操作方法。在此基础上,探索了水相中相转移催化剂催化的芳亚甲基丙二腈与1,3-二甲基巴比妥酸的缩合,制备了一系列吡喃并[2,3-d]嘧啶衍生物。尽管次磷酸与丙烯酰胺加成后再通过还原或Hoffman消除获得β-或γ-氨基次磷酸未获成功,但在此基础上本论文发展了Ciba-Geigy试剂的Michael加成反应,虽然试剂本身位阻较大,但仍是有效的Michael加成给体,醇钠即可促进该试剂与各种活化的烯烃的加成。接下来本文以次磷酸酯为原料,和α,β-不饱和酮加成,产物再与醛、胺三组分缩合,两步制得磷氮六元杂环,路线简短,原料易得,条件温和。当底物换成炔烃,在Ni Cl2的催化下,次磷酸酯和炔烃进行磷氢化反应,生成的烯基次磷酸酯与醛、胺缩合,两步制得五元磷氮杂环,该方法在反应前后仅有一分子水释放出,与文献报道的磷氮杂环合成方法相比较,是高度原子经济性的反应。最后本文采用亚磷酸苯酯、醛、脲三组分在等当量的三甲基氯硅烷促进下环合生成1,4,2-二氮磷杂环戊-5-酮,拓展了1,4,2-二氮磷杂环戊-5-酮的合成方法学研究,具有实际应用价值。所有的合成方法都具有反应操作简便、条件温和、反应时间短、产率高、以及原子经济性等诸多优点,对每个系列化合物的的合成均提出了可能的反应机理,一些反常的实验现象均能通过机理得到合理的解释。本文共合成109个化合物,绝大多数为首次合成的结构。所有产物都通过红外、核磁和高分辨质谱等分析手段对化合物的结构进行了详细的表征。部分化合物通过单晶的X-射线衍射进一步确证了结构。

关键词： 恶唑酮并六元杂环化合物   环化反应   Aza-Prins反应  

摘要： 恶唑酮并六元杂环化合物在天然产物全合成及药物化学研究领域具有重要的作用。这一结构不仅存在于许多药物分子,而且可以用于天然生物碱的合成。本文发现了恶唑酮经Aza-Prins反应制备恶唑酮并六元杂环化合物的方法,即用路易斯酸三氟化硼乙醚作为催化剂,催化带有不同取代基团的恶唑酮进行环化反应,得到一系列恶唑酮并六元杂环化合物;同时对反应条件进行了系统的研究和优化,得出最佳反应条件,提出并验证了可能的机理。本课题共合成了三类22个不同的恶唑酮并六元杂环化合物;提出了8个反应受阻的情况,并利用密度泛函理论计算给出了反应受阻的原因。本课题发展了以Aza-Prins反应作为关键步骤制备恶唑酮并六元杂环化合物的方法,产率高(产率最高达到94%),区域选择性及非对映选择性好,当恶唑酮并六元杂环结构的2,3碳位被取代时,区域选择性最佳,且产物的dr值均大于99/1。

关键词： 吲哚衍生物   吲哚并喹喔啉   吲哚并三嗪-3-硫醇   Pfitzinger反应   吲哚并喹啉羧酸生物碱  

摘要： 含吲哚环衍生物作为自然界中最普遍的杂环化合物之一,逐渐被研究发现这类化合物已成为如抗抑郁剂、抗惊厥、抗真菌、抗病毒和抗炎类药剂中的重要结构组成部分,尤其在对抗肿瘤剂类药物的研发和测试当中。近些年来,越来越多的来自于工业界和学术界的研发人员已经走上了对于新型小分子吲哚骨架类化合物在抗肿瘤药物的有效作用的研发工作当中。因此,关于含有吲哚环的杂环化合物的合成与反应的研究就具有非常重要的意义。本论文主要分为五部分,来具体地研究含有吲哚骨架的新型杂环化合物的合成与表征。第一部分,通过查阅大量有关吲哚及其衍生物文献的基础上,我们对吲哚类化合物的性质、合成、应用以及近些年来的研究状况进行了综述。第二部分,以4-(甲、乙、叔丁)基苯胺为起始原料经Sandmeyer反应得到5-(甲、乙、叔丁)基靛红(1a-1c);(1a-1c)在PEG-400为绿色溶剂,NBS为溴化试剂的条件下,使三种靛红的7位溴代,得到7-溴-5-甲基靛红、7-溴-5-乙基靛红和7-溴-5-叔丁基靛红(2a-2c);(1c,2a-2c)进行杂环氮上的烃基化反应得到20种烃基化产物7-溴(氢)-5-(甲、乙、叔丁)基-N-烃基靛红(3a-3t);取代靛红(3a-3e),(3p-3t)在水合肼回流的条件下发生还原反应得到7-溴(氢)-5-叔丁基-2-吲哚酮产物(4a-4j);(4a-4j)在乙酸酐为酰化试剂,DMAP为催化剂回流的反应条件下得到2,3位酰基化的中间体产物,中间体不经提纯,使2位的酯基在四氢呋喃为溶剂、5%的氢氧化钠碱溶液中水解,得到3位酰基化,2位羟基的吲哚衍生物即:7-溴(氢)-5-叔丁基-N-烃基-3-乙酰基-2-羟基吲哚(5a-5j)。第三部分,分别以7-溴-5-(甲、乙、叔丁)基靛红(2a-2c)和7-溴-N-烃基-5-(甲、乙、叔丁)基靛红(3f-3t)为原料与邻苯二胺(6),在冰醋酸为溶剂,加热回流的条件下以较高的收率78.8%-93.9%合成了相应的吲哚[2,3-b]并喹喔啉类衍生物(7a-7r)。通过对这类化合物(7a-7r)进行的荧光光谱的测定分析,我们发现这类化合物有很好的荧光性能,有望成为潜在的发光材料。第四部分,以5-叔丁基靛红(1c)、7-溴-5-(甲、乙、叔丁)基靛红(2a-2c)和7-溴(氢)-N-烃基-5-(甲、乙、叔丁)基靛红(3a-3t)为底物与硫代氨基脲(8)在无水碳酸钾为催化剂的条件下,水和1,4-二氧六环的混合溶剂中回流反应,以72.9%-93.9%的高收率合成了24种结构新颖的吲哚并三嗪-3-硫醇类吲哚衍生物(9a-9x)。第五部分,以5-叔丁基靛红(1c)为起始原料在水合肼和水的体积比为6:1(总体积14mL)的高温回流条件下直接还原得到5-叔丁基-2-吲哚酮(10);(10)经过Vilsmeier-Haack酰化反应得到5-叔丁基-2-氯-3-乙酰基吲哚(11);(11)通过N上烃基化反应得到5-叔丁基-N-烃基-2-氯-3-乙酰基吲哚(12a-12e);以上述合成的5-叔丁基-N-甲基-2-氯-3-乙酰基吲哚(12a)为底物分别和不同的取代靛红(13a-13n)发生Pfitzinger反应的延伸反应研究以34.6%-50.2%的收率合成了一系列未见文献报道的新型叔丁基吲哚并喹啉羧酸生物碱类化合物(14a-14n)。所有新合成的化合物(2b、2c、3g、3h、3j-3t、4b-4j、5a-5j、7a-7r、9a-9x、10、11、12a-12e和14a-14n)的结构都经过红外光谱,核磁共振氢谱、碳谱,质谱,高分辨质谱等分析得以证实。

关键词： 杂环化合物   苯并呋喃   异吲哚啉酮   苯并呋喃并吡啶   螺环  

摘要： 含氮、氧杂环化合物广泛的存在于天然产物及合成药物中,该类杂环化合物大多具有较好的生理生物活性,因此,研究含氮、氧杂环化合物骨架构建的新方法是目前化学领域里的研究热点之一。环境科学的迅速发展迫切要求有机工作者发展清洁、经济和环境较友好条件下的有机合成方法,其中,固载催化剂以及多组分串联反应等新型合成技术近些年受到了广泛的关注。本论文的主要工作围绕几类具有生理生物活性的含氮、氧杂环化合物的合成设计方法而开展的,具体包括以下五方面内容:1.成功发展了一种以TfOH-SiO2作为催化剂,2-苯氧基-1-苯基乙酮为起始原料的合成3-芳基苯并呋喃衍生物的工艺。该方法具有操作简单,催化剂回收方便并可重复多次使用,产率高,以及适应性广泛等优点。2.发现了一种以TfOH催化,通过串连闭环反应合成9-芳基芴及其相关衍生物的方法。该方法具有反应速度快,条件温和,无金属催化,产率高等优点,部分产物产率高达99%。本方法有望替代传统方法来制备9-芳基芴类化合物。3.成功发现了一种以Tf OH为催化剂,通过活化富电子烯烃体系中的C-H键与2-甲酰基苯腈进行反应,得到3-芳基异吲哚啉酮及其衍生物的合成方法,工艺过程中无金属参与,且产物具有较高的产率以及较好的区域选择性。在最佳工艺条件下,采用2-甲酰基苯甲酸替代2-甲酰基苯腈与芳烃进行反应可得到异苯并呋喃酮类化合物,且产物产率高。4.建立了一种以α-溴代苯乙酮,2-羟苯基-α,β-不饱和酮,醋酸铵作为起始原料,“一锅法”合成苯并呋喃[2,3-c]吡啶类结构化合物的方法。该方法在反应过程中生成了四个新的化学键,且反应条件温和,反应时间短,无金属参与,产物产率高。5.成功发现了一种新的以α-萘满酮,2-羟苯基-α,β-不饱和酮,碘为起始原料,通过串联的碘代/取代/加成反应,“一锅”两步合成螺苯并呋喃-萘酮的方法,反应过程中形成了一个新的C-C键及C-O键。该方法所需的起始原料便宜,操作简单,条件温和,适应性广,产率高并且产物具有很好的立体选择性。综上所述,本论文以常见的路易斯酸碱作为催化剂,合成了多种含N、O原子的杂环化合物,其中多个化合物为首次合成,为杂环化合物的合成提供了新思路与新方法。

关键词： 铜或无过渡金属催化   偶联环化   串联   苯并咪唑   环化  

摘要： 高效构建碳-碳或碳-杂键是有机合成中一项非常重要的任务,过渡金属交叉偶联或无过渡金属催化偶联是非常好的两类成键策略。铜金属催化偶联具有经济、高效、绿色和广适性等特点,符合工业化生产要求,因此受到了人们广大关注。随着无过渡金属催化偶联近年来的进一步发展和研究,反应条件更加温和,适用性更为广泛。本文主要报道了以邻卤代芳基碳二亚胺为底物,铜催化或无过渡金属催化条件下一锅法合成苯并杂环化合物。第一章是亚铜催化一锅法合成苯并咪唑衍生物,我们甚至发现在室温的条件下,就可以实现成分子间加/和分子内交叉偶联的一锅反应,简便、有效地合成一系列2-取代苯并咪唑类衍生物。随着无过渡金属催化发展,利用无过渡金属催化有效合成各种氮杂环化合物,也成为了有机合成的一种新趋势,我们课题组也对此进行了研究。第二部分在无过渡金属催化条件下,邻卤代芳基碳二亚胺与活泼亚甲基化合物发生加成/环化串联反应合成苯并咪唑类衍生物。第三部分通过卤代芳基碳二亚胺与α,β-不饱和酯经水解/铜催化C-N偶联/杂迈克尔加成的串联反应,一锅合成2-苯并咪唑酮类衍生物。该类反应包括多根化学的形成,有效便捷地合成了2-苯并咪唑酮衍生物。

关键词： 铜催化   异喹啉   3,4-二氢异喹啉   3,4-二氢β-咔啉   1,3,5-三取代吡唑   生物碱  

摘要： 本论文主要研究了铜试剂催化氧化合成异喹啉、β-咔啉、3,4-二氢异喹啉、3,4-二氢β-咔啉、1,3,5-三取代吡唑等含氮杂环化合物的方法及其在天然生物碱合成中的应用。本论文工作主要含有以下五个方面:(1)铜催化氧化四氢异喹啉及四氢β-咔啉合成异喹啉及β-咔啉:以DMSO为溶剂,在碱作用下,用0.1当量的CuBr2作催化剂,通过空气氧化,室温下将四氢异喹啉以71-96%的收率氧化成相应的异喹啉化合物;用0.2当量的CuBr2作催化剂将四氢-β-咔啉以75-94%的收率氧化成相应的β-咔啉化合物。该方法采用廉价易得的CuBr2作催化剂,空气作为洁净氧化剂,反应条件温和,收率较高,后处理方便,底物适用范围广。(2)铜催化氧化四氢异喹啉及四氢β-咔啉合成二氢异喹啉及二氢-β-咔啉:四氢异喹啉和四氢β-咔啉在合适溶剂中,用0.1当量的CuBr2作催化剂,无碱存在下,在室温条件下通过空气氧化,将四氢异喹啉以73-93%的收率氧化成相应的3,4-二氢异喹啉化合物;将四氢-β-咔啉以72-91%的收率氧化成相应的3,4-二氢-β-咔啉化合物。与经典的Bischler-Napieralski反应相比,该方法避免了剧毒试剂的使用,采用廉价易得的CuBr2作催化剂,用空气作为洁净氧化剂,反应条件温和后处理方便。(3)碱促进3,4-二氢异喹啉合成异喹琳:以DMSO为溶剂,通过空气氧化,具有吸电子取代基的3,4-二氢异喹啉在DBU的作用下,以79-93%的收率得到相应异喹啉化合物;没有吸电子取代基的3,4-二氢异喹啉在EtONa的作用下,以84-97%的收率得到相应异喹啉化合物。该方法具有原料易制备、反应条件温和、收率高、后处理简单、底物适用范围广等优点。(4)铜催化氧化1,3,5-三取代吡唑啉合成1,3,5-三取代吡唑:1,3,5-三取代吡唑啉在DMSO中,用CuBr2作催化剂,通过空气氧化,以75-89%的收率转化成相应的1,3,5-三取代吡唑类化合物。与其他氧化方法相比,该方法采用廉价易得的CuBr2作催化剂,用空气作为洁净氧化剂,反应收率较高,后处理简单等优点。(5)几个天然生物碱的合成:运用CuBr2催化氧化合成含氮杂环化合物的方法,本论文完成了β-咔啉生物碱Perlolyrin、Flazin和异喹啉生物碱O-甲基芒籽碱(O-methylmoschatoline)的合成,其中生物碱Omethylmoschatoline是首次被合成。以α-呋喃甲醛为原料分别通过3步反应以59%的收率完成了β-咔啉生物碱Perlolyrin的合成,并通过4步反应以56%的收率完成了β-咔啉生物碱Perlolyrin和Flazin的合成;以2,3,4-三甲氧基苯乙胺为原料经过5步反应以49%的收率首次合成了异喹啉生物碱o-methylmoschatoline。

关键词： 分子内aza-Wittig反应   苯并二氮杂卓类化合物   吡嗪类化合物  

摘要： 与Wittig反应构建C=C双键类似,aza-Wittig反应是通过膦亚胺化合物与羰基化合物反应,成为了构建C=N双键最为有效的方法之一。苯并二氮杂卓类化合物由于其具有良好的生物抗癌活性、药物镇定作用及强力抗菌功能而受到了科学家的广泛关注。吡嗪类化合物则广泛应用于染料、抗肿瘤、利尿等用途。因此研究以上两种化合物的合成方法及活性研究也成为了有机化学及药物研究的重要领域。在本文中,我们使用了串联的Staudinger反应和分子内的aza-Wittig反应合成了一系列的新型苯并二氮杂卓类衍生物和未见报道的吡嗪类化合物。并对以上化合物的合成条件以及波谱性质进行了研究和讨论。具体内容如下：1.对近年来有关合成1,4-苯并二氮杂卓类化合物、吡嗪类化合物的合成方法以及aza-Wittig反应的最新研究进展进行了系统的综述。2.应用串联的Staudinger/分子内aza-Wittig反应合成了18个新型盼苯并二氮杂卓类化合物5。3.研究了以α=羰基烯基叠氮酸为原料的酰化反应,并通过膦亚胺与酮羰基进行分子内的iza-Wittig反应,从而合成了16种未经报道的吡嗪类化合物9。

关键词： 苯并氮杂环化合物   一锅法   铜金属   催化偶联反应  

摘要： 高效构建碳-碳或碳-杂键是有机合成中一项非常重要的任务，过渡金属交叉偶联或无过渡金属催化偶联是非常好的两类成键策略。铜金属催化偶联具有经济、高效、绿色和广适性等特点，符合工业化生产要求，因此受到了人们广大关注。随着无过渡金属催化偶联近年来的进一步发展和研究，反应条件更加温和，适用性更为广泛。　　本文主要报道了以邻卤代芳基碳二亚胺为底物，铜催化或无过渡金属催化条件下一锅法合成苯并杂环化合物。第一章是亚铜催化一锅法合成苯并咪唑衍生物，我们甚至发现在室温的条件下，就可以实现成分子间加/和分子内交叉偶联的一锅反应，简便、有效地合成一系列2-取代苯并咪唑类衍生物。　　随着无过渡金属催化发展，利用无过渡金属催化有效合成各种氮杂环化合物，也成为了有机合成的一种新趋势，我们课题组也对此进行了研究。第二部分在无过渡金属催化条件下，邻卤代芳基碳二亚胺与活泼亚甲基化合物发生加成/环化串联反应合成苯并咪唑类衍生物。　　第三部分通过卤代芳基碳二亚胺与α，β-不饱和酯经水解/铜催化C-N偶联/杂迈克尔加成的串联反应，一锅合成2-苯并咪唑酮类衍生物。该类反应包括多根化学的形成，有效便捷地合成了2-苯并咪唑酮衍生物。