非过渡金属催化的芳基碳氮成键反应研究及在天然产物咔唑生物碱合成中的应用

论文摘要

芳胺类化合物广泛应用于医药、染料、农药、日用化工品和材料当中。尽管过去20年中,过渡金属催化的芳基碳氮偶联反应发展迅速,但其仍存在诸多缺陷。钯催化偶联反应需要结构复杂的磷配体和价格昂贵的金属钯。铜催化反应往往需要大量的铜盐催化,而且来源更为广泛,价格低廉的芳基氯代物基本不能反应。同时,两者都存在金属污染问题,尤其是在制药工业中,金属污染的产品可能会导致严重的问题。因此,发展非过渡金属催化的芳基碳氮成键反应非常值得关注。本论文开展非过渡金属催化的芳基碳氮成键反应研究及在天然咔唑生物碱合成中的应用,取得了如下研究成果：1.发展了一种非过渡金属催化下构建芳基C-N键的新方法。研究发现芳氧酰胺类化合物经Smiles重排-酰胺水解的串联反应可生成苯胺类化合物。我们对底物范围进行了扩展,考察了各种基团对该反应的适应性,以中等到良好的产率合成了一系列带各类官能团的苯胺产物。该方法以易从苯酚制得的芳氧酰胺为底物,串联反应生成苯胺；较钯、铜等过渡金属催化的合成苯胺的方法,绿色环保、价格低廉、操作简单。此外,我们在文献调研的基础上并结合我们的实验结果提出了可能的反应机理。2.发展了一种非过渡金属催化下由苯酚直接转化为芳胺类化合物的新方法。苯酚和胺化试剂经烷基化-Smiles重排-酰胺水解的串联反应,"一锅法"合成了芳基胺类化合物。这些芳基胺类化合物包括二芳胺、烷基芳基胺和芳香伯胺,产率从中等到优秀。该反应有很好的反应适应性,各种卤代芳胺化合物和含对碱敏感官能团的芳胺化合物都可以用此方法得到。这一串联反应也已成功应用于激光染料（香豆素120）的合成,并且放大到克级,而且产率不会下降。3.发展了一种两步法合成天然咔唑生物碱的新方法。从商业化酚试剂出发,利用酚直接胺化的方法合成了一系列二芳胺中间体,然后使用钯催化偶联氧化的方法实现了二芳胺的环化反应,并合成了三个天然咔唑化合物Murrayafoline A, Clausenine和Mukonine。以同样的方法合成了一系列卤代咔唑。这种两步法合成咔唑的方法具有步骤短、操作简单、反应可靠等优点。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 过渡金属催化的芳基C-N成键反应
• 1.2.1 Buchwald-Hartwig C-N交叉偶联反应
• 1.2.2 铜催化的芳烃卤代物C-N交叉偶联反应
• 1.2.3 Chan-Lam芳基C-N偶联反应
• 1.2.4 芳基亲电胺化反应
• 1.2.5 过渡金属催化的C-H活化胺化反应
• 1.3 非过渡金属催化的芳基C-N成键反应
• 1.3.1 芳香亲核取代的C-N成键反应
• 1.3.2 C-H活化胺化反应
• 1.4 论文小结及展望
• 参考文献
• 第二章 非过渡金属催化的C-N成键反应研究：通过C-O,C-N断裂直接生成苯胺
• 2.1 研究背景
• 2.2 反应条件的优化
• 2.3 反应底物的拓展
• 2.4 反应机理的探讨
• 2.5 实验部分
• 2.5.1 测试仪器及试剂
• 2.5.2 底物合成
• 2.5.3 生成苯胺反应的一般步骤
• 2.6 产物结构表征
• 2.7 小结
• 参考文献
• 第三章 非过渡金属催化的苯酚直接胺化反应研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 胺化试剂的选择及反应条件的优化
• 3.2.1 直接胺化试剂的筛选
• 3.2.2 反应条件的优化
• 3.3 反应底物的扩展
• 3.3.1 酚直接胺化生成二芳胺
• 3.3.2 酚直接胺化生成芳基烷基胺
• 3.3.3 酚直接胺化生成芳香伯胺
• 3.4 酚直接胺化反应的应用
• 3.5 实验部分
• 3.5.1 测试仪器及试剂
• 3.5.2 胺化试剂的合成
• 3.5.3 芳基胺类化合物的合成一般步骤
• 3.6 产物结构表征
• 3.7 小结
• 参考文献
• 第四章 天然咔唑生物碱Murrayafoline A,Clausenine,Mukonine的合成研究
• 4.1 研究背景
• 4.2 反应底物的拓展以及咔唑生物碱的合成
• 4.2.1 苯酚胺化反应的底物拓展
• 4.2.2 钯催化氧化偶联反应
• 4.2.3 天然咔唑生物碱的合成
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 测试仪器及试剂
• 4.3.2 二芳胺的合成
• 4.3.3 钯催化氧化偶联反应
• 4.4 产物结构表征
• 4.5 小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 附录一 化合物一览表
• 附录二 附图
• 博士期间已发表和待发表论文及专利
• 致谢