关键词： 硼杂环化合物   合成   亚氨基硼酸盐   光物理性质  

摘要： 本文主要由新型硼杂环化合物的快速构建及亚氨基硼酸盐的合成研究两个部分组成。第一部分:新型硼杂环化合物的快速构建近年来,有机硼化合物应用越来越广泛。在有机化学领域,含硼化合物因具有良好的稳定性和反应活性,常被用于交叉偶联反应。其次,研究发现,通过将硼酸酯类化合物和抗癌药物连接制成前药可以降低药物的不良反应,提高药理活性。与此同时,Burke团队首次使用N-甲基亚氨二乙酸(mida)作为硼掩蔽基团,成功合成了天然产物ratanhine。Suginome课题组开发了1,8-二氨基萘(dan)和邻氨基苯甲酰胺(aam)作为新的硼掩蔽基团,进一步促进了迭代铃木反应(SMC)的发展。然而,现有的有机硼杂环化合物种类较少且合成难度较大,通常涉及高温、贵金属催化剂和复杂的后处理等苛刻条件。因此,开发一种更快速、更环保的合成新型硼杂环化合物的方法具有重要意义。本文介绍了在乙酸乙酯中硼酸分别与胺肟、α-羟基肟和α-羟基腙在无催化剂条件下合成新型硼杂环化合物的简便方法,并分别验证了反应的适用范围。此外,选择其中部分化合物进行适用性考察,并成功得到了铃木偶联的产物,因此该研究有望为前药设计和硼掩蔽策略提供新的思路。第二部分:亚氨基硼酸盐的合成研究荧光成像在生物医学领域被广泛应用,因其具有较高的分辨率、出色的灵敏度和对生物样品的低损伤等特点而成为活细胞成像的理想工具。现已发现的荧光染料有罗丹明、荧光素、硼二吡咯亚甲基(BODIPY)等。然而,大部分传统的荧光团会发生聚集荧光淬灭(ACQ),因此开发新型荧光染料是必要的。本文阐述了一类新的硼酸水杨基腙(BASHY)染料即新型亚氨基硼酸盐,可通过α-羟基腙与水杨醛缩合,再与苯基硼酸络合得到。此外,并对合成的化合物进行了光物理性质的测定,进一步揭示了其潜在的应用价值,这将为新型荧光染料和荧光探针的开发奠定基础。

关键词： 咔唑生物碱   炔基吲哚   分子内环化   氧化环化   1,3-二炔吲哚   [2+2+2]环化反应  

摘要： 咔唑生物碱来源广泛,在高等植物低等植物均存在,Murraya(九里香属)的分离是天然咔唑生物碱的首次报道,咔唑生物碱的来源有芸香科植物、放线菌、黏菌、蓝藻细菌、海洋无脊椎生物等。其具有多种良好的生物活性,如抗真菌、抗肿瘤、抗病毒、神经保护作用、抗癌、抗血管生成活性等,在药物及医药方面占有重要地位。不仅如此,其荧光强烈,在材料科学中也占有重要地位。因此,发展结构新颖的咔唑类含氮杂环化合物的合成方法具有重要研究意义和应用价值,不论是在医药领域是还是在有机化学或是材料科学中有着举足轻重的地位。因此,本论文发展了一种新的合成方法构建炔基吲哚类化合物和1,3-二炔吲哚类化合物,在此基础上,以此类化合物为底物发展分子内环化反应构建具有新颖结构的咔唑类含氮杂环化合物。主要内容如下: (1)咔唑类生物碱的研究进展 此部分综述了咔唑生物碱的四个部分,第一部分是从咔唑的命名和中间体两个角度对咔唑生物碱进行了一个简单的介绍,第二部分是介绍咔唑生物碱的来源,分别来自芸香科植物、放线菌、黏菌、蓝藻细菌和海洋无脊椎动物等,第三部分介绍其药理活性,分别是抗真菌、抗肿瘤、抗病毒、抗癌、神经保护作用以及抗血管生成活性,最后一个部分是咔唑生物碱的合成,包括钯催化合成Carbazoquinocin C、6-氧代合成咔唑生物碱和7-氧代咔唑生物碱。 (2)金(I)催化炔基吲哚的氢芳基化和随后的氧化环化合成苯并[c]咔唑化合物 此部分发展了一种简单有效的合成方法,通过一种新颖的金(I)催化的炔基吲哚分子内氢芳基化反应来合成七元氮杂-[1,2-a]吲哚化合物,再进行氧化环化构建苯并[c]咔唑类化合物。反应具有良好的官能团兼容性,以中等到优秀的收率获得了相应的七元氮杂-[1,2-a]吲哚骨架分子,进一步的产物氧化环化得到了具有应用价值的苯并[c]咔唑化合物,这些多环咔唑被广泛用作材料科学的关键构件。本章的特色在于选择性的活化吲哚2号位,通过7-exo-dig环化构建七元环、八元环和2个新的C-C键,共合成带有不同取代基的底物32个,含不同取代基的氮杂-[1,2-a]吲哚骨架31个,最高收率可达到96%,带有不同取代基苯并[c]咔唑化合物共计13个,最高收率可达66%。 (3)钯(II)催化的1,3-二炔吲哚分子内[2+2+2]环化反应合成七元氮杂稠合咔唑化合物 此部分发展了一种简便有效的合成方法,通过一种新型的钯(II)催化1,3-二炔吲哚分子内[2+2+2]环化反应合成七元氮杂稠合咔唑。在这种转化过程中,反应具有良好的官能团兼容性,并以中等至优秀的产率获得了相应的具有应用价值的七元氮杂稠合咔唑。本章的特色在于选择性的活化吲哚2号位和3号位,通过7-exo-dig环化构建七元环、八元环和2个新的C-C键,共合成带有不同取代基的底物27个,含不同取代基的七元氮杂稠合咔唑骨架24个,最高收率可达91%。产物进一步转化后,共得到衍生化产物3个。

关键词： 炔丙基锍盐   环化反应   氮杂环  

摘要： 氮杂环在化学和生物学中起着关键作用,它们对制药和农用化学品行业也极为重要。含有喹啉环结构母核的化合物是一种极其重要的氮杂环化合物,它是许多生物活性分子中非常重要的骨架,它存在于大量的天然化合物和合成化合物中;可用作开发新型药物的关键合成子,并广泛存在于抗疟、抗菌、抗抑郁、抗惊厥、抗病毒、抗高血压和抗炎等药物中。以往合成喹啉环化合物具有诸多问题:如反应温度高、产生有毒废物、操作复杂且反应时间长等。开发新的喹啉环及衍生物的合成方法已经吸引到了大量研究人员的关注。本文对炔丙基锍盐的研究进展进行了概述,并以炔丙基锍盐原料,在碱的作用下,围绕喹啉环的构建与衍生化展开了研究。主要内容如下:1.我们开发了炔丙基锍盐和邻氨基三氟苯乙酮和邻氨基二氟苯乙酮衍生物的[4+2]/[2+1]环化反应,通过碱和溶剂的筛选,获得了最佳反应条件,在最佳反应条件下对多个邻氨基三氟苯乙酮和邻氨基二氟苯乙酮底物进行了普适性研究,可以获得一系列的CF3取代的环氧骈合四氢喹啉和CF2H取代的环氧骈合四氢喹啉,产率中等至良好,环氧丙烷基团的进一步转化大大丰富了喹啉衍生物的多样性。根据氘代实验结果,提出了合理的研究机理。为合成CF3取代的环氧骈合四氢喹啉和CF2H取代的环氧骈合四氢喹啉提供了可靠的指导方案。2.我们开发了炔丙基锍盐和N-氨基喹啉叶立德和N-氨基异喹啉叶立德发生[3+2]环化,通过对碱、溶剂、温度、反应时间和投料比例的筛选,获得了最佳的反应条件,在最佳的反应条件下对多个N-氨基喹啉叶立德和N-氨基异喹啉叶立德底物进行了普适性研究,合成了一系列的具有多种生物活性的吡唑并[1,5-a]喹啉与吡唑并[5,1-a]异喹啉,产率中等至良好,吡唑并[1,5-a]喹啉可以进多种衍生化,通过查阅文献,提出一个可能的机理,为合成更有价值的生物活性分子及药物提供了可能的方案。

关键词： 非均相催化   芳基吲哚衍生物   吡啶并嘧啶酮衍生物   含氮杂环化合物   木质素负载铜催化剂  

摘要： 木质素具有来源广泛和绿色环保等特点。其分子内含有大量的甲氧基、羟基、羰基和羧基等含氧官能团。这些官能团作为活性位点能够通过螯合、离子交换、氢键或静电相互作用有效地捕获金属粒子,使其成为高效的生物质基催化剂载体。另一方面,芳香族含氮杂环化合物在天然产物、材料科学和药物化学中有着重要的应用。但其合成过程中依然具有产率低下、合成过程冗长、催化剂不可回收等缺点。因此开发简单高效、绿色环保的催化体系高效合成芳香族含氮杂环化合物具有重要的研究意义和潜在的应用价值。 本论文的研究重点是木质素基铜催化剂的合成、表征和催化性能。利用该催化剂高效合成了四类含氮杂环化合物,包括芳基吲哚、吡啶并嘧啶酮、N-芳基磺酰胺和咔唑醌及其衍生物。首先制备非均相催化剂,然后对其进行系统的表征,并将其应用于合成氮杂环化合物的催化反应中。从中筛选出催化效率最高的催化剂,并扩展了底物范围,成功合成了一系列重要的氮杂环化合物。同时,还研究了非均相催化剂的循环使用寿命,并推断出可能的反应机理。本论文的具体研究工作如下: 1.木质素衍生物负载铜催化剂的制备及催化Ullmann反应:以木质素为原料,通过去甲基化的方法制备了多羟基化木质素,随后通过亲核取代反应对多羟基化木质素进行改性处理,得到四类膦基功能化木质素,并负载碘化亚铜成功制备了四类木质素基铜催化剂。采用FT-IR、TG、BET、ICP-OES、SEM-EDS、XRD、XPS等测试手段对催化剂进行系统表征。将PHL-CuI-OPtBu2用于催化Ullmann偶联反应,成功合成了 18种芳基化吲哚衍生物,产率在20%至91%之间。考察了 PHL-CuI-OPtBu2的循环使用寿命,推测PHL-CuI-OPtBu2催化Ullmann反应的机理。 2.木质素衍生物负载铜催化合成吡啶并嘧啶酮衍生物:对木质素基铜催化剂PHL-CuI-OPPh2进行表征,然后通过控制变量法筛选出合成吡啶并嘧啶酮衍生物最优的反应条件。以烯胺和2-卤吡啶类物质为底物,DMF为溶剂,KHC03为碱,在催化剂PHL-CuI-OPPh2与配体2-二环己基膦-2'-甲基联苯存在下130℃反应48 h,成功合成了 25种吡啶并嘧啶-4-酮衍生物。考察了催化剂的循环使用寿命,提出了 PHL-CuI-OPPh2催化合成吡啶并嘧啶酮衍生物的反应机理。 3.木质素磺酸钙负载铜催化剂的制备及催化Chan-lam反应:以木质素磺酸钙为原料,将木质素磺酸钙与醛类化合物进行缩合反应制备功能化木质素磺酸钙,然后负载醋酸铜制备得到三类非均相催化剂。采用FT-IR、TG、BET、ICP-OES、SEM-EDS、XRD、XPS对非均相催化剂进行系统表征。将三类催化剂用于磺酰胺和芳基硼酸的Chan-lam反应,以中等产率成功合成了 19种N-芳基磺酰胺衍生物。最后考察了 LS-BDAD-Cu(Ⅱ)催化剂的循环使用寿命。 4.木质素磺酸钙负载铜催化合成咔唑醌衍生物:将上述三类催化剂用于催化合成咔唑醌衍生物,验证其催化效率。利用1,4-萘醌与2-碘苯胺类物质作为反应底物,LS-BDAD-Cu(Ⅱ)为催化剂,1,10-phenanthrolin 为配体,DMSO 作为溶剂,KHCO3 为碱,Ag2O为氧化剂,130℃反应48 h合成得到了 18种咔唑醌衍生物。考察催化剂的循环使用寿命,最后推测催化机理分为两步进行Michael加成反应和Heck偶联反应。 利用木质素及其衍生物作为载体制备非均相催化剂,用于催化合成含氮杂环化合物具有重要意义。木质素基铜催化剂在合成氮杂环化合物方面具有高效、可循环的特点,符合绿色化学的理念,实现了生物质资源木质素的增值。

关键词： 无受体脱氢偶联   氮杂环化合物   钌金属   膦功能化氮杂环卡宾配体   均相催化  

摘要： 氮杂环化合物是一类广泛存在于药物分子、农用化学品以及材料领域的重要有机化合物,这使得发展其高效合成方法具有重要意义。氮杂环化合物的传统合成方法主要通过胺与卤代烃或羰基化合物等亲电试剂的环化反应,然而这些反应大多存在反应产率低、反应选择性差、反应污染严重等问题,从而极大地限制了氮杂环化合物的合成及其进一步应用。近年来,无受体脱氢偶联反应作为一种新型C-N键偶联策略吸引了广泛关注,其不仅能选择性实现醇与胺的多种官能化反应,包括亚胺化反应、N-烷基化反应、以及酰胺化反应,而且还仅释放氢气和水作为副产物,避免了氢受体的浪费,从而具有原子经济性高、绿色环保等优点。因此,基于以上优势,本论文主要围绕钌/膦功能化氮杂环卡宾催化胺(肼)类化合物与醇类化合物的无受体脱氢偶联反应,对多种氮杂环化合物的合成展开了系统研究,其中主要包含以下三个部分的工作: 第一部分:伯胺与1,4-丁二醇合成γ-内酰胺反应。不同于以往文献所报道伯胺与1,4-二醇到吡咯、四氢吡咯以及环酰亚胺的转化,该反应首次实现了钌/膦功能化氮杂环卡宾催化伯胺与1,4-丁二醇通过无受体脱氢偶联策略合成γ-内酰胺的反应。该反应不仅表现出优秀的产率、良好的底物兼容性、以及专一的化学选择性,同时还具备原子经济性高、反应绿色环保等优点。此外,控制实验表明,γ-内酰胺的生成先后经历了N-烷基化反应及酰胺化反应,而同一催化体系中两种不同官能化反应的实现得益于催化剂配位环境宽松、具有半稳型配体且配位/解离速率平衡快等特点。最后,控制实验进一步通过时间组分关系、配位模式探索及原位核磁监测等手段对反应路径及脱氢机制进行了充分验证,从而为可能的反应机理提供了有力支撑。 第二部分:肼与1,3-丙二醇选择性合成吡唑及2-吡唑啉反应。不同于发展相对完善的胺与醇的无受体脱氢偶联反应,该反应首次实现了更具挑战的钌/膦功能化氮杂环卡宾催化、碱调控的肼与醇选择性合成吡唑及2-吡唑啉的反应。同样,在吡唑及2-吡唑啉的合成中,反应均表现出低催化剂负载量、良好的底物兼容性、高反应选择性以及绿色环保原子经济性高等特点。此外,控制实验表明,吡唑的合成先后经历了肼与1,3-二醇的两次亚胺化反应,而2-吡唑啉的合成则先经历了1,3-二醇到α,β-不饱和醛的转化,再通过Michael加成型反应来实现2-吡唑啉环的构筑。最后,控制实验进一步通过添加剂作用探索、配位模式研究、以及原位NMR监测等手段对碱在反应选择性上的作用机制、以及反应路径和脱氢机理进行了充分探究,从而有力地支撑了可能的反应机理。 第三部分:肼与烯丙醇合成2-吡唑啉反应。尽管第二部分工作中已实现了肼与1,3-二醇到2-吡唑啉的转化,然而在进一步拓展反应适用范围过程中发现,受限于1,3-二醇种类较少、结构难以修饰等局限性,从而使得2-吡唑啉合成中反应底物适用性、产物多样性及反应选择性上均有待提高。为了克服以上问题,该反应首次实现了钌/膦功能化氮杂环卡宾催化肼与烯丙醇合成2-吡唑啉的反应。相比于第二部分工作中2-吡唑啉的合成,该反应除了在保证绿色环保、高原子经济性、以及低催化剂负载量等特点外,还进一步表现出更广的底物普适性、更高的反应产率、更专一的区域选择性、更短的反应时间以及更低反应温度,从而进一步提高了反应的实用性。此外,控制实验表明,该反应中2-吡唑啉的合成先后经历了烯丙醇脱氢到α,α-不饱和醛以及α,α-不饱和醛与肼的Michael加成两个步骤,而进一步的中间体验证、碱的作用探索等控制实验则为反应机理提供了有力支撑。 综上,本论文通过利用钌/膦功能化氮杂环卡宾催化催化的胺(肼)类与醇类化合物的无受体脱氢偶联反应,成功实现了γ-内酰胺、吡唑及2-吡唑啉三种氮杂环化合物的合成。这三部分的工作不仅为氮杂环化合物的合成提供了切实可行、绿色高效的合成方法,而且极大地拓展与补充了无受体脱氢偶联反应的策略及反应类型。除此之外,本论文所开展的多种应用拓展研究,包括克级反应、生物活性分子合成及后期官能化、其它氮杂环化合物的衍生以及光物理学性质研究等,也进一步证明了反应所具有的良好实用价值。

关键词： 一锅合成法   金催化   环加成   烯炔酰胺   含氮杂环  

摘要： 一锅反应简化了中间过程的后处理,不仅使操作步骤更简捷,而且减少了额外溶剂试剂的消耗。与传统的逐步反应相比,更加经济和环保。在过渡金属催化下从简单链状底物出发经一锅反应制备环状化合物是当今有机化学领域一大研究热点。而含氮杂环类化合物在医药、染料、天然产物和功能材料等中广泛存在。呋喃并氮杂环结构存在于许多具有重要生物活性和医药价值的分子中。但由于七、八元环存在环张力大和熵增等原因,七、八元环氮杂环化合物的合成具有较高的挑战性。传统合成呋喃并七元或呋喃并八元氮杂环分子往往存在步骤繁琐、条件苛刻、产率低、官能团兼容性不佳等缺点。本论文主要是通过金催化烯炔酰胺经一锅双环化反应合成呋喃并含氮杂环化合物的研究展开,主要包括以下三个部分:第一部分主要对金催化合成含氮杂环类化合物的研究与应用进行了简要概述。第二部分主要研究了烯炔酰胺与α-卤代酰胺经环化/[4+3]环加成一锅合成呋喃并二氮(?)类化合物。这类反应利用烯炔酰胺在金催化下当场形成的呋喃基氮杂共轭二烯中间体,之后在CsCO促进下与α-卤代酰胺发生[4+3]环加成,便捷、高效地合成了一系列呋喃[2,3-e][1,4]二氮杂(?)-3-酮。第三部分主要是研究了烯炔酰胺与炔酮经环化/[4+4]环加成一锅合成呋喃并氮杂环辛酮类化合物。这类反应利用烯炔酰胺类底物在金催化下当场形成的呋喃基氮杂共轭二烯中间体,在胍型有机碱促进下发生[4+4]环加成,简捷地合成了各种4,5-二氢呋喃[2,3-b]偶氮辛-6-酮,具有产率高和非对映选择性优秀的特点。

关键词： 有机发光二极管   含氮杂环化合物   热活化延迟荧光材料   三氮唑卡宾铱络合物  

摘要： 含氮杂环类化合物广泛存在于天然产物、药物及材料分子中,是一类重要的化合物。如何设计并合成有用的含氮杂环类化合物并将之应用于发光材料,一直是人们关注的重点。尽管现在针对含氮杂环类化合物材料的设计和合成已在较多报道,但依然不能满足目前生产生活的需要,因此论文主要围绕含氮杂环类化合物的设计合成及其在有机光电材料中的应用展开研究,具体分为以下三个部分:第一部分研究了CO2参与的含氮杂环化合物呋喃喹啉类化合物的合成方法。本部分工作通过简单的反应体系,将CO2作为反应原料之一,一步合成了一系列呋喃喹啉类衍生物。反应具有较高的产率和较好的适用性,具有较好的应用前景。同时结合相关文献报道,提出了相关的反应机理。第二部分主要进行了新型含呋喃喹啉结构的热活化延迟荧光（TADF）材料的开发和性能测试。本部分结合上述开发的合成方法,以呋喃喹啉结构作为电子受体,设计并合成了两个TADF分子:FRQL-1和FRQL-2,并在此基础上,对两类材料分子进行了一系列表征（包括热重分析、循环伏安测定、吸收光谱、发射光谱、理论计算等）,结果表明两类材料发光范围均在蓝光区域,有望在未来蓝光有机发光二极管（OLED）材料及光电催化中得到应用。第三部分主要进行了三氮唑卡宾铱络合物的设计合成及其发光性能的测试。本部分设计并合成了三个三氮唑卡宾前体,并将之作为配体与Ir（III）络合:得到mer-5-TNIR、mer-6-TNIR和mer-7-TNIR三个铱络物。三个铱络物含有不同大小的脂肪环,且随着脂肪环的增大,发射峰出现蓝移现象（417 nm、415 nm和413 nm）。在此基础上,三个材料分子的一系列性质也被一一表征（包括热重分析、循环伏安测定、吸收光谱、发射光谱、理论计算等）,表征的结果表明它们有望在未来深蓝光的发光材料中得到应用。总之,本论文中,一系列含氮杂环化合物被设计、合成和表征,且从发光光谱来看均处于蓝光范围,有广阔的应用前景。

关键词： 杂环化合物   单碳合成子   N,N-二甲基乙醇胺   铜催化   环化反应  

摘要： 杂环结构是许多天然产物和人造合成药物的核心成分。因此,设计和合成高效的新型杂环化合物是非常必要的。长期以来CO2、DMSO、DMF、甲醛等作为单碳合成子构建含C-N,C-C键的杂环化合物广泛用于有机中间体、手性催化剂、药物活性化合物等合成。发展多样性、有效合成杂环化合物的方法引起了化学家的广泛关注。N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）广泛应用于聚氨酯催化剂,纺织助剂,涂料添加剂等,是廉价易得的工业原料。虽然目前已经有大量关于单碳合成子构建多元杂环的报道,但N,N-二甲基乙醇胺为单碳合成子的报道仍然有限。这种经济的双功能有机试剂作为单碳源供体具有极大的开发潜能。本论文主要研究在铜催化的条件下进行环化反应,利用N,N-二甲基乙醇胺作为C1合成子,再与其他底物分子快速、高效地合成多取代杂环化合物。论文主体分为以下三个部分:第一部分主要介绍铜催化条件下,主要以绿色溶剂正丁醇作为反应溶剂,使用廉价的O2作为绿色氧化剂,在温和条件下利用N,N-二甲基乙醇胺作为C1合成子合成吡咯并[1,2-a]喹喔啉、喹唑啉-4-酮和苯并[4,5]咪唑并喹喔啉衍生物。第二部分主要介绍在铜催化条件下,两分子β-萘酚与N,N-二甲基氨基乙醇胺发生[3+1+1]环化反应,其中引入二齿螯合性质的菲咯啉配体,以中等良好的产率生成一系列螺萘环类的去芳构化产物。第三部分主要介绍在铜催化条件下,分别通过β-萘酚,脒/吲唑与N,N-二甲基氨基乙醇胺发生三组分[3+2+1]环化反应,其中N,N-二甲基乙醇胺作为单碳合成子参与构建1,3-噁嗪类化合物。该论文主要以N,N-二甲基乙醇胺作为单碳合成子,在快速构建杂环骨架的同时,能够多样化地引入各种官能团,具有反应条件温和、反应活性高、原料廉价易得等特点。