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： 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： 有机硒   杂环化合物   电化学合成   C-H键官能化   自由基反应  

摘要： 含硒杂环因其独特的生物药理活性，在化学、生物和医药领域具有重要的研究价值。近年来，含硒杂环的高效构建成为化学和生物领域的重要研究课题。然而，现有含硒杂环的合成方法存在反应类型单一、产物结构缺少多样性等问题，无法满足结构新颖、复杂的含硒杂环高效合成的需求。因此，探索高效合成结构新颖的含硒杂环的新方法，对于含硒产品开发、含硒药物分子库建立和药物研发具有重要的研究价值。　　本论文结合C-H键活化策略和自由基串联环化策略，利用电化学合成方法，开展了有机硒参与的杂环化合物合成与修饰研究，实现了含硒五元、六元及八元杂环的构建。利用循环伏安实验、自由基捕获实验、动力学同位素效应以及密度泛函理论计算等手段，揭示了含硒杂环的反应机理以及反应特殊的化学选择性和区域选择性。在此基础之上，进一步开展了有机硒催化苯并三氮唑衍生物N1-和N2-位化学选择性的烯基化反应，为制备其他三氮唑衍生的药物分子提供了重要的理论借鉴。主要研究内容和结论如下:　　(1)电化学驱动氮杂环C(sp2)-H键硒化反应研究　　利用C-H键活化策略，基于电化学驱动，使用无痕电子作为驱动力，发展了高效合成结构新颖的含硒氮杂环的新方法。克服了惰性C(sp2)-H键活化合成过程中需外加金属催化剂和化学氧化剂等缺陷，制备了一系列结构多样性的含硒氮杂环产物。通过自由基捕获实验和高分辨液质分析(HRMS)可以检测到氮杂环底物和二硒醚分别与自由基捕获剂的加合物，说明反应体系中原位生成了碳中心自由基和硒自由基，进一步通过电化学循环伏安测试，提出了硒自由基引发的吡啶并嘧啶酮C(sp2)-H键硒化机理。　　(2)电化学驱动杂环C(sp3)-H键硒化反应研究　　利用电化学合成技术，成功实现了氧/硫杂环惰性C(sp3)-H键的活化硒化反应，克服了以往氧/硫杂环惰性C(sp3)-H键活化需要外加金属催化剂和计量氧化剂的缺陷。该反应条件温和，底物范围宽泛，在电化学驱动条件下，五元、六元、七元氧杂环以及硫杂环、乙硫醚、冠醚，甚至环烷烃和甲苯衍生物等惰性C(sp3)-H键的直接硒化反应，都能顺利进行，拓展了该策略的应用前景。通过自由基捕获实验和高分辨液质分析(HRMS)，可以检测到四氢呋喃碳中心自由基和自由基抑制剂的加合物。利用1∶1的四氢呋喃和d8-四氢呋喃，进行动力学同位素效应（KIE）研究，证明了杂环C（sp3）-H键的断裂包含在决速步骤当中。　　（3）电化学驱动含硒八元氮杂环构建反应研究　　利用绿色电化学催化技术，成功实现了首例硒中心自由基引发的自由基串联环化，合成了一系列结构多样性的八元含硒氮杂环化合物。目标产物使用间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）或过氧化氢（H2O2）处理，经历氧化消除可以得到脱硒共轭二烯产物，进一步拓展该硒环化策略的实用性。同时，通过自由基抑制实验、循环伏安测试以及密度泛函理论（DFT）计算解释了该反应特殊的化学选择性、区域选择性以及分子内的六元环化竞争等诸多机理，为后续制备其它中环化合物提供了理论借鉴。　　（4）有机硒协助的三氮唑N1-和N2-选择性烯基化反应　　针对合成过程中苯并三氮唑N1-和N2-位选择性难以控制的问题，利用有机硒容易和双键形成硒鎓离子的特点，以及硅烷容易和三氮唑形成N-Si键的封锁作用，成功实现了苯并三氮唑衍生物N1-和N2-位化学选择性的烯基化反应。　　本论文利用电化学合成技术，使用无痕电子作为反应驱动力，成功实现了结构新颖、多样的含硒五元、六元及八元杂环的高效合成。该合成手段更加绿色、经济，对底物范围和官能团有更好的兼容性。在此基础之上，利用有机硒催化，实现了苯并三氮唑N1-和N2-位选择性烯基化反应。上述工作的开展，对含硒化合物制备和有机硒药物分子库建立提供了新的思路和方法。

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： 药物骨架   含氮杂环   茚酮   绿色合成  

摘要： 传统化学工业的发展在推动人类社会进步的同时，大量有害化学物质的生产和使用对地球环境造成了严重污染，而开发零污染和零排放的绿色化学品生产工艺，对保护人类健康和改善生态环境质量，促进化学工业的可持续发展具有重要意义。含氮杂环和茚酮作为药物合成化学中具有绝对优势的药物骨架，通过衍生化修饰可以转化为生物活性分子，显著改善药物或候选药物在生物体的吸收、分布、代谢和排泄性能，并有效降低生物毒性，因而在药物合成化学领域备受关注。但是，现有的含氮杂环化合物和茚酮的药物骨架构建及衍生化合成方法大多采用贵重过渡金属催化的偶联反应实现，该过程不仅生产成本较高，且合成所使用的高毒性有机溶剂、高温加热反应过程、严苛的生产条件等会造成严重的环境污染，给生命健康和生态安全带来极大的安全隐患。　　可见光作为一种绿色可再生资源，其廉价、温和、实用性强等性质在药物合成领域受到广泛关注，而如何高效利用可见光的能量，通过使用“光催化剂”，构建药物类杂环骨架和衍生化产品，成为绿色化学领域的新挑战。廉价金属催化剂（Fe、Co、Ni等）具有制备工艺简便、成本低、环境污染少等优点，是贵金属催化剂的理想替代物，在药物骨架的构建和衍生化领域优势凸显。　　本论文旨在遵循绿色化学的理念，将可见光催化方法、绿色反应源、无过渡金属参与反应等绿色手段引入含氮杂环化合物及茚酮优势药物骨架的构建和衍生化过程，该体系从源头控制和消减了有害物质的使用和产排，在减污降碳、提升相关药物经济价值和社会效益等方面具有积极意义，所形成的系列骨架药物绿色合成新技术，为绿色、高效、低成本药物的构建和研发提供新的思路。论文的主要内容和创新研究如下：　　1.2H-吲唑是医药、材料等领域广泛应用的优势骨架，以吲唑为母核进行衍生化是常用的创新药物结构改造策略。基于绿色化学合成理念，我们以绿色清洁的可见光为能量来源、Ph3P/NaI原位形成的EDA复合物为光催化剂的催化体系，用于伯烷基、仲烷基和叔烷基等羧酸基药物的后期2H-吲唑官能团修饰，合成了22种2H-吲唑衍生物，并实现了血脂调节药物吉非罗齐的2H-吲唑基团修饰。该工作提出的无过渡金属和有机染料催化剂参与的可见光催化2H-吲唑C3位烷基化方法，通过控制实验和自由基抑制实验，证实了该反应是一个烷基自由基选择性进攻2H-吲唑缺电子的C3位进而脱质子得到相应目标产物的过程。该合成方案采用可见光为能源、EDA复合物为光催化剂的策略，不使用传统化石燃料为能量来源的加热方式，还避免了普通光催化体系中常见的贵金属催化剂（如钌、铱等）、有机染料催化剂（如曙红、罗丹明等）以及氧化还原试剂的使用，反应过程条件温和，有效减少了高毒性有机溶剂的使用，能显著降低药物的生产成本，对羧酸基药物的烷基化修饰具有良好的适用性，药物骨架及衍生物合成过程中不产生重金属残留问题;绿色性评价显示本合成方案原子经济性和反应质量效率高，为绿色、高效2H-吲唑类药物骨架构建提供了创新思路。　　2.2,3-稠杂喹唑啉酮是一种重要的稠杂环药物骨架，具有优良的生物和药理活性。目前许多合成策略已经成功建立，用于快速制备稠杂喹唑啉酮衍生物。然而迄今为止，2,3-稠杂喹唑啉酮的合成方法较少，且现有的合成方法反应条件苛刻，大都需要贵金属作为催化剂。因此，开发绿色合成喹唑啉酮衍生物的方法具有重要的意义。氢胺化反应是构建各种含烯胺/亚胺的氮杂环骨架的最有力的工具之一，可以用于一些天然产物和生物活性分子的合成，且反应的原子经济性很高。本研究通过t-BuOK催化功能化喹唑啉酮分子内氢胺化反应，高区域选择性、高立体选择性地合成了25种5H-邻苯二嗪[1,2-b]喹唑啉-8(6H)-酮衍生物。该反应可以在室温条件下t-BuOK（20mol%）催化20min，通过独有的6-内环加成反应获得收率高达88%的目标产物。克级规模实验显示，该反应在10mol%的t-BuOK催化下，室温反应30min，可以得到82%收率的目标产物，显示出优异的高效性和稳定性。相比于传统的合成方法，该工作提出的制备方案反应条件温和、起始原料易得，具有良好的官能团容忍度、不使用贵金属和传统碱金属催化剂、底物范围广、且能高区域和立体选择性反应、高原子经济性等优点，为2,3-稠杂喹唑啉酮衍生物的合成提供了一种操作简便、绿色高效的新方法。　　3.茚酮是一类用途广泛的药物骨架，在药理学、有机合成和材料科学中有着广泛的应用。在众多合成茚酮的方法中，羰基化反应由于能得到更有价值的含羰基茚酮化合物而备具吸引力。但是，羰基化反应过程通常使用贵金属催化剂（Rh、Ru、Ir等）和有毒有害的气态CO，极大限制了该反应的实际应用，而生物质衍生物的氧化和CO2的催化氢化制得的甲酸（HCOOH）能替代CO，结合廉价金属钴具有的氧化加成过程或结合π-酸CO配体能力，能开发出非贵金属催化或气态无CO

关键词： N-磺酰胺类稠杂环化合物   脱羧环化反应   半导体催化   可见光  

摘要： 含氮杂环作为一种有机结构基元广泛存在于农药、天然产物、功能材料中，开发新的策略向含氮杂环引入官能团可以有效改善其物理、化学性质，是有机化学领域的研究热点。可见光是一种绿色环保且丰富的可再生能源。近年来，将太阳能转化为化学能被视为可持续发展策略之一，引起了科学家们广泛关注。随着光化学的快速发展，光诱导氧化还原催化已经成为有机合成领域的重要途径。然而，大多数有机小分子无法吸收可见光，因此在光诱导反应中通常需要过渡金属配合物或有机染料类光催化剂，它们通常存在价格昂贵、稳定性差、无法回收利用等缺点。半导体材料具有较好的物理化学稳定性，相比较传统的均相催化剂而言，它合成简单、价格便宜、可循环利用。本论文将可见光催化与非均相催化有机结合，开发了两种光诱导的非均相催化体系，通过使用半导体材料钙钛矿CsPbBr3以及氧掺杂g-C3N4催化高效实现了 N-磺酰亚胺与N-芳基甘氨酸的脱羧环化反应，该策略为开发简单高效且绿色友好的合成方法提供了新途径。　　本论文的主要研究内容如下:　　ⅰ）可见光诱导钙钛矿催化N-磺酰胺类稠杂环化合物合成新方法　　以N-磺酰亚胺与N-苯基甘氨酸作为起始原料，在可见光诱导下以钙钛矿CsPbBr3为非均相催化剂，首次报道了一种高效的N-磺酰胺类稠杂环化合物的合成策略。该策略在温和且不需要任何添加剂的情况下，以中等到优异的产率得到一系列的目标产物，并且成功对药物分子进行修饰。相比传统均相催化体系，具有条件温和、操作简单、催化剂可回收利用等优点。　　ⅱ）氧掺杂氮化碳催化的可见光诱导脱羧环化反应　　通过H2O2水热法，将氧原子掺杂于g-C3N4材料，并对g-C3N4与最优催化剂OCN100进行了一系列对比表征分析，结果表明氧元素掺杂后g-C3N4的光催化活性明显提高，有效解决g-C3N4光吸收能力差和光诱导空穴/电子对重组速率快等问题。首次在可见光诱导下，将OCN100半导体材料应用于非均相催化体系，以N-磺酰亚胺与N-苯基甘氨酸为底物，合成一系列的N-磺酰胺类稠杂环化合物。该反应体系绿色且高效、底物适用性广、官能团耐受性好。在最优条件下,各种反应底物均能以较好的收率得到目标产物。　　半导体钙钛矿CsPbBr3或氧掺杂氮化碳OCN100催化的脱羧自由基环化反应可能的机理如下。

关键词： 自由基   烯烃   氮杂环化合物   串联环化反应  

摘要： 氮杂环化合物是一类数目庞大的有机化合物,广泛存在于天然产物和药物分子中。因此,如何绿色高效构建氮杂环化合物具有重要的科研和学术价值。在众多合成方法中,串联反应由于其操作简单且能够连续、有序地构建多种化学键,从而成为构建氮杂环化合物最直接、最有效策略之一。近年来,随着自由基化学的飞速发展,如何高效利用自由基引发的串联环化反应实现氮杂环化合物的构建,逐渐成为合成化学的研究重点之一。本论文主要致力于探索从简单易得的烯烃底物出发,以含丙烯酰胺片段的化合物（N-芳基丙烯酰胺、N-苯并咪唑丙烯酰胺）为反应底物,分别以不饱和α-溴代物、芳基重氮盐为自由基前体,通过自由基引发的串联环化反应,分别构建了一系列官能团化的苯并氮杂卓、苯并咪唑异喹啉酮类化合物。具体内容如下:1.铜催化N-芳基丙烯酰胺与不饱和α-溴代物的串联环化反应。以N-甲基-N-苯基甲基丙烯酰胺和2-溴-2-烯丙基丙二酸二乙酯为模型底物,通过自由基串联环化反应,实现了苯并氮杂卓化合物的合成。该反应以Cu（OAc）2（10 mol%）为催化剂,4,4'–bpy（20 mol%）为配体,Cs2CO3（2.0 equiv）为碱,CH3CN（2 m L）为溶剂,在120℃氩气保护下反应12 h,得到目标产物。2.基于电子给受体策略的N-苯并咪唑丙烯酰胺与芳基重氮盐串联环化反应。在没有外加光催化剂条件下,以N-苯并咪唑丙烯酰胺和芳基重氮盐为模型底物,通过N,N,N,N-四甲基乙二胺与芳基重氮盐形成EDA络合物,在可见光照射下,原位形成芳基自由基触发N-苯并咪唑丙烯酰胺的环化进程。该方法具有条件温和、操作简单和对环境友好等优点。

关键词： 三氟乙酰亚胺肼   三氟乙酰亚胺亚砜叶立德   脱羧环化   C-H活化   含氮杂环  

摘要： 氮杂环化合物作为最常见的结构骨架之一,广泛存在于各种天然产物、合成药物和农用化学品中。由于氟原子的独特性质,在氮杂环化合物上引入三氟甲基可以明显改变母体分子的理化性质,如亲脂性、高电负性、代谢稳定性和生物利用度等,因而三氟甲基取代含氮杂环在制药、农药和材料科学领域得到了广泛的应用。考虑到三氟甲基的这些优良性能,在过去的几十年里,探索将三氟甲基并入功能化的氮杂环化合物的有效方法已成为一个有吸引力的研究领域。由三氟乙酰亚胺氯衍生得到的三氟乙酰亚胺肼和三氟乙酰亚胺亚砜叶立德作为常用的三氟甲基合成子,具有简单易得、结构稳定、官能团兼容性良好和反应活性高等特点,将其与合适的底物发生不同的串联环化反应来直接制备含三氟甲基的氮杂环化合物是一种更加高效且简便的策略。本论文主要研究内容如下:(1)对靛红与三氟乙酰亚胺肼的脱羧环化反应进行了深入研究,实现了在廉价金属Cu Cl和碳酸钾的条件下,以三氟乙酰亚胺肼作为三氟甲基合成子,与靛红进行偶联脱羧环化反应得到含有游离氨基的三氟甲基取代的1,2,4-三氮唑。该反应操作简便,底物范围广,条件温和,并且目标产物可以经修饰转化为一系列含三氟甲基氮杂环骨架的有用化合物。(2)采用三氟乙酰亚胺肼作为三氟甲基合成子,与α-酮酸在无任何金属、氧化剂和添加剂的情况下通过热诱导发生脱羧环化反应合成5-三氟甲基-1,2,4-三氮唑。反应在转化过程中生成关键的四面体羧酸中间体。该反应底物范围广,条件温和,为构建5-三氟甲基-1,2,4-三氮唑衍生物提供了另一种简便高效的途径。(3)在金属Rh(Ⅲ)的催化下,实现了三氟乙酰亚胺亚砜叶立德与苯亚胺乙酯的双C-H活化/串联环化反应合成三氟甲基修饰的苯并[de][1,8]萘啶。该反应具有广泛的底物范围,条件温和,产率中等至良好,得到的稠杂环化合物具有良好的荧光性能和较大的Stokes位移(127 nm)。

关键词： 芳香杂环化合物   有机膦化合物   偕二溴烯烃   钯   多米诺反应  

摘要： 芳香杂环化合物是有机合成中重要的结构骨架,广泛应用于药物、染料、功能材料等领域。此外,有机膦化合物具有独特的生物及药理活性,存在于众多天然产物、医药以及农药中。因此,开发简单高效的合成方法来制备膦官能团化芳香杂环化合物至关重要。在本论文中,我们发展了钯催化偕二溴烯烃与P(O)H化合物的多米诺环化/膦化反应,合成了一系列C2膦官能团化的吲哚、苯并呋喃和苯并噻吩。此一锅反应具有良好的官能团兼容性、广泛的底物范围、较高的成键效率和步骤经济性。此外,该方法可以应用于大规模制备(3 mmol)和后期官能团化,说明了该反应的实际应用性。