过渡金属催化的环化反应及其在固载化不对称合成中的应用

论文摘要

过渡金属催化的环化反应是构筑各类环骨架尤其是多环骨架化合物非常有效的合成方法之一,也是有机合成中的一个重要研究领域,在近几十年里得到了很大的发展。由于过渡金属催化的环化反应条件较为温和,适用范围广,产物易分离,对底物的兼容性较好,选择性好,产率较高,已经被广泛地应用于有机化学的许多研究领域,特别是被成功的应用于许多具有生物活性的杂环类化合物的合成中。例如天然产物、药物分子和生物活性化合物的合成,聚合物、液晶、超分子、以及配体的合成等。其将来的发展一方面是发现更多快速、有效、高可靠、高选择性的反应,另一方面是以更精确、更富有创造性的方法来发掘其潜力。我们相信,在不久的将来过渡金属催化必将成为化学研究的一个重要的、不可缺少的有效手段,迎来更美好的明天。本论文重点研究了由金属Pd,Cu催化的多组分串联反应,及其在固载化不对称合成中的应用。论文主要分为四部分:首先,就过渡金属催化的环化反应做一综述性的介绍,概括了近些年来利用Pd,Cu在氧化反应、碳-碳键的构建、亲核试剂对碳-碳多键的加成反应以及烯炔等不饱和化合物合环反应中的应用,为设计过渡金属催化的新反应提供了新的思路。其次,我们研究了在绿色化学条件下,利用Cu（Ⅰ）参与的click多组分反应。近年来,RTILs作为一种“绿色溶剂”在催化和有机反应中发挥了独特的作用,受到了广泛的关注。我们正是利用其特殊的优点,成功的发展了一种新型、高效的绿色合成方法:室温下,在离子液体/H2O的混合溶剂中,用一锅法高产率的得到一系列结构新颖的具有潜在药理活性的氮杂环化合物——1,4-二取代-1,2,3-三唑,此方法高效、简洁、环保,而且底物适应性强,不管是对于芳基碘代物还是sp3-杂化的烷基卤代物都可以以很高的产率得到产物,催化剂廉价易得、催化体系对于空气十分稳定,而且催化体系可做到在5次循环使用后,没有明显的活性损失;极大的丰富了绿色化学条件下的有机合成和多组分反应研究,能够用做模板反应去高效率的合成复杂的药物分子,为该类化合物的合成和性质研究提供了可靠的方法和可筛选的化合物。再次,我们将“click”化学引入到了固载化有机催化剂催化的不对称领域,拓展了其用途。近些年来,应用脯氨酸及其衍生物为代表的有机催化剂进行不对称催化,成为有机化学最热门的研究方向。我们以便宜的脯氨酸作为手性源,官能化的丙胺基硅胶作为起始原料,通过Cu（Ⅰ）催化的炔-叠氮反应的“click”化学反应步骤,合成了用N锚定的硅胶固载化的四氢吡咯-三唑的手性催化剂,并将它们应用到了Michael加成反应中,高效的催化Michael加成反应的进行,得到非常好的非对映选择性和ee值,在一些底物参与的反应中,得到了非均相催化难以达到的结果;由于Cu（Ⅰ）催化的炔-叠氮反应的“click”化学,本身具有宽广的底物范围和温和的反应条件,为合成多样的固载化三唑手性催化剂提供了模块化和可调特征的模板反应;并且此催化剂在多次使用后仍可保持其高效的催化效果,体现了固载化催化剂方便回收和反复循环使用的特点,发展了固相载体作为异相反应的应用潜力。最后,我们通过Pd催化的反应,发展了一个可以快速高效合成多取代的芴酮、芴醇、菲等稠环酚类及其衍生物的多组分串联环化反应,有效的合成了有潜在生物活性的一系列芴类化合物。反应过程显示了以下优点:1)反应过程简单,产率高、区域选择性好;2)在一锅反应中同时构建多个C-C键,提高了原子经济性;3)反应原料廉价易得、条件温和可以用于各种多取代芴、稠环酚类及其衍生物的制备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 过渡金属催化的环化反应综述
• 1.1 Pd催化的环化反应
• 1.1.1 π-烯基钯或π-炔基钯络合物催化的环化反应
• 1.1.2 通过钯的氧化加成还原消除环化反应
• 1.1.2.1 以烯烃为底物的分子内环化
• 1.1.2.2 利用分子内C-H键活化的环化
• 1.1.3 通过π烯丙基钯中间体环化反应
• 1.1.4 利用烯炔为底物的分子间环化
• 1.2 Cu催化的环化反应
• 1.2.1 通过烯烃和芳烃的加成构建不饱和杂环
• 1.2.1.1 交叉偶联反应——分子内的Ullmann反应
• 1.2.1.2 氧化环化反应
• 1.2.2 通过杂原子与烯烃的加成反应合成饱和杂环化合物
• 1.2.2.1 分子内的胺氢化反应
• 1.2.2.2 烯基碳的胺化反应
• 1.2.2.3 烯烃的分子内双胺化反应
• 1.2.2.4 胺卤化反应
• 1.2.3 铜催化的杂原子与炔烃的分子内环化反应
• 1.2.4 铜催化的分子间反应
• 1.2.5 铜催化的腈与异腈类的反应
• 参考文献
• 第二章 Click化学参与的多组分反应在绿色化学中的应用
• 2.1 绿色化学研究的重要性及主要途径
• 2.1.1 绿色化学的研究的几种途径
• 2.1.1.1 开发"原子经济"反应达到理想的合成
• 2.1.1.2 采用绿色原料
• 2.1.1.3 采用绿色溶剂充当反应介质
• 2.1.1.4 采用无毒无害的绿色催化剂
• 2.2 多组分反应（MCR技术）在有机合成中的应用
• 2.2.1 多组分反应的发展
• 2.2.2 重要的多组分反应
• 2.2.2.1 经典Passerini反应
• 2.2.2.2 经典Ugi反应
• 2.2.2.3 Passerini反应和Ugi反应的后缩合修饰
• 2.2.2.4 其他不以异腈为原料的多组分反应
• 2.3 叠氮参与的click化学反应
• 2.3.1 click化学概念及特点
• 2.3.2 叠氮化合物参与的重要click反应
• 2.3.3 click化学参与的叠氮多组分反应合成三唑类化合物
• 2.4 水相条件下click化学参与的多组分反应合成1-取代-4-胺基甲基取代的1H-[1,2,3]-三唑
• 2.4.1 三唑类化合物的应用
• 2.4.2 预期的工作设想
• 2.4.3 结果和讨论
• 2.4.4 结论
• 2.5 室温离子液体中click化学参与的多组分反应合成1,4-二取代的1,2,3-三唑反应研究
• 2.5.1 离子液体的合成及应用进展
• 2.5.2 离子液体在有机化学中的应用
• 2.5.3 应用click化学在离子液体中合成1,4-二取代的1,2,3-三唑的反应研究
• 2.5.3.1 结果和讨论
• 2.5.3.2 实验部分
• 2.5.3.2.1 仪器和试剂
• 2.5.3.2.2 实验步骤
• 2.5.3.2.3 原料的制备
• 2.5.3.2.4 代表性产物的谱图数据
• 参考文献
• 第三章 "Click"化学参与的硅胶固载化手性催化剂的制备及其在非均相不对称Micheal加成反应中的应用
• 3.1 有机催化剂的固载化
• 3.1.1 均相催化与多相催化
• 3.1.2 固载化手性催化剂在不对称合成中的应用
• 3.2 脯氨酸及其衍生物催化的不对称Michael反应
• 3.3 应用"Click"反应制备硅胶固载化四氢吡咯-三唑手性催化剂催化不对称Michael反应
• 3.3.1 最初的实验设想及目标
• 3.3.2 结果和讨论
• 3.3.3 结论
• 3.3.4 实验部分
• 3.3.4.1 仪器和试剂
• 3.3.4.2 实验步骤
• 3.3.4.3 原料的制备
• 3.3.5 代表性产物数据
• 参考文献
• 第四章 钯催化Domino环加成反应合成多取代的芴、菲类多环化合物
• 4.1 多米诺反应（domino reaction）
• 4.2 Catellani反应
• 4.2.1 Catellani反应的机理
• 4.2.2 Catellani反应的扩展
• 4.3 钯催化的羰基加成反应
• 4.3.1 钯催化的酮加成反应
• 4.3.2 钯催化的醛的加成
• 4.3.3 酯的加成
• 4.3.4 亚胺的加成反应
• 4.4 钯催化的芳基化反应
• 4.4.1 钯催化的醛的α-芳基化反应
• 4.4.2 钯催化的酮的α-芳基化反应
• 4.4.3 钯催化酮的α-芳基化反应机理
• 4.5 钯催化的环化反应合成多取代的芴、菲类多环化合物
• 4.5.1 实验设想、结果及机理讨论
• 4.5.2 酮的邻位芳基化/加成反应
• 4.5.3 醛的邻位芳基化/加成反应
• 4.5.4 邻位芳基化与羰基α芳基化串联反应
• 4.5.5 实验部分
• 4.5.5.1 仪器和试剂
• 4.5.5.2.实验步骤（General Procedure for ketone addition）
• 4.5.5.3 产物数据信息
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢