N-杂环卡宾催化Staudinger反应的研究

论文摘要

N-杂环卡宾独特的性质一直为广大化学家们所着迷,但主要来自理论化学家和金属有机化学家,印象最深的就是金属有机化学家把N-杂环卡宾用作金属的配体。自从上个世纪九十年代Arduengo小组首次成功分离得到了第一个稳定的N-杂环卡宾—咪唑-2-碳烯以来,在研究N-杂环卡宾独特的性质和其合成上都取得了巨大的进步。近年来,作为有机小分子催化剂,N-杂环卡宾引起了有机化学家的广泛兴趣。本文首先分别合成了咪唑（3-3/3-4）,噻唑（3-5）,三唑（3-6）的N-杂环卡宾催化剂,并成功的实现了卡宾对亚胺与烯酮之间Staudinger反应的催化。然后本文比较了四种催化剂对氮甲苯磺酰亚胺与苯基乙基烯酮之间Staudinger反应的催化性能。实验结果表明,在催化剂3-3、3-4、3-6的催化下,亚胺与烯酮都可以顺利的反应,而没有催化剂或催化剂3-5参与的反应都没能得到相应的β-内酰胺。对反应的产率以及非对映选择性进行比较,筛选出易于从乙二醛制备的优良非手性咪唑N-杂环卡宾催化剂3-3,以10mol%的用量在四氢呋喃溶剂中催化苯基乙基烯酮与氮甲苯磺酰亚胺的Staudinger反应,可得到87%的产率,5:1的非对映选择性。在此基础上,本文考察了溶剂对反应结果的影响。对比在二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、二甲亚砜、乙醚、四氢呋喃、二氧六环、乙腈等常用有机溶剂中的反应结果可知,当使用四氢呋喃为溶剂时反应的结果最好,得到87%的产率,trans:cis=5:1的非对映选择性。在四氢呋喃溶剂中检测催化剂的用量对反应结果影响的实验表明,催化剂3-3用量从10mol%降至1mol%并没有影响反应的产率与非对映选择性,以1mol%的用量就可高效催化亚胺与烯酮之间的Staudinger反应得到相应的β-内酰胺,产率为95%,非对映选择性为trans:cis=5:1。接下来的工作中,本文比较了参与Staudinger反应的亚胺N保护基团吸电子能力不同对反应非对映选择性的影响并探索了该反应所适用的底物范围。实验结果表明,亚胺的保护基团吸电子能力越强,越有利于顺式产物的生成。TS（对甲苯磺酰基）保护的取代基为2,4-二甲氧苯基的亚胺参与的该反应可得到68%的产率,trans:cis=99:1的非对映选择性。底物拓展过程中发现Staudinger反应适用于多种不同的亚胺与烯酮。苯基乙基烯酮和环庚基的烯酮活性都很强,可以和从强缺电子结构到弱缺电子结构的芳基亚胺,以及带给电子基团的或杂芳环的芳基亚胺顺利的反应。两个苯基的烯酮活性较低,只能与活性较高的缺电子结构的芳基亚胺反应。值得注意的是在相同条件下烷基亚胺参与的该反应都没能得到相应的β-内酰胺。最后,本文成功的合成了两种未报道过的手性三唑N-杂环卡宾催化剂,这两种催化剂可应用于催化亚胺与烯酮之间的不对称Staudinger反应,以得到有光学活性的β-内酰胺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 N-杂环卡宾的发展
• 1.3 N-杂环卡宾的种类
• 1.4 N-杂环卡宾催化的反应
• 1.4.1 N-杂环卡宾催化安息香缩合反应
• 1.4.2 N-杂环卡宾催化Stetter反应
• 1.4.3 N-杂环卡宾催化醛与醇的反应
• 1.4.4 N-杂环卡宾催化α,β-不饱和醛的反应
• 1.4.5 N-杂环卡宾催化酯交换反应
• 1.4.6 N-杂环卡宾催化的其它类型反应
• 1.5 N-杂环亲核卡宾的合成
• 1.5.1 唑鎓盐去质子化
• 1.5.2 脱除一个小分子
• 1.6 课题的研究内容及目的意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验主要仪器与试剂
• 2.1.1 实验主要试剂
• 2.1.2 实验主要仪器
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 N-杂环卡宾催化剂的合成
• 2.2.2 底物的合成
• 2.2.3 烯酮与亚胺的Staudinger反应
• 2.3 产物的表征
• 2.4 本章小结
• 第3章 催化剂的筛选及反应条件优化
• 3.1 咪唑N-杂环卡宾的制备
• 3.2 N-杂环卡宾催化剂的筛选
• 3.2.1 催化剂性能的比较
• 3.2.2 产物β-内酰胺的核磁数据
• 3.2.3 产物β-内酰胺的核磁谱图
• 3.3 反应条件的优化
• 3.3.1 溶剂对反应结果的影响
• 3.3.2 催化剂用量对反应结果的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 亚胺保护基团对反应的影响及底物拓展
• 4.1 亚胺保护基团对反应的影响及产物的表征
• 4.1.1 亚胺保护基团对反应的影响
• 4.1.2 产物β-内酰胺的核磁数据
• 4.1.3 产物β-内酰胺的部分核磁谱图
• 4.2 不同反应底物对反应结果的影响及产物的表征
• 4.2.1 苯基乙基烯酮与不同取代基亚胺的反应及产物的表征
• 4.2.2 二苯基烯酮与不同取代基亚胺的反应及产物的表征
• 4.2.3 环庚烯酮与不同取代基亚胺的反应及产物的表征
• 4.3 本章小结
• 第5章 手性N-杂环卡宾的制备
• 5.1 L-焦谷氨甲脂的制备
• 5.2 格氏试剂的制备
• 5.3 三级醇的制备
• 5.4 三级醇的TMS保护
• 5.5 TMS保护的手性N-杂环卡宾前体盐的制备
• 5.6 三级醇的TBS保护
• 5.7 TBS保护的手性N-杂环卡宾前体盐的制备
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢