铜催化的吲哚官能化反应研究

论文摘要

吲哚类衍生物是杂环化合物中非常重要的一类化合物,它们是许多生物活性分子、天然产物以及功能材料的核心骨架,在药物、功能材料和农业等领域都有着广泛的用途。自从吲哚被发现以来,人们一直致力于吲哚合成及其官能化的研究工作,并发展了一系列新的高效的方法。近年来,铜催化的吲哚及其衍生物参与的有机合成反应引起了人们极大关注。应用铜作为催化剂对吲哚及其衍生物进行官能化具有非常重要的意义。本论文主要针对过渡金属铜催化的吲哚衍生物的官能化反应进行了研究,主要内容如下：1.铜催化活化分子氧：2-芳基吲哚的氧化环化反应研究论文发展了一类铜催化的2-芳基吲哚的二聚方法,并将其成功应用于一系列非常见的含吲哚和喹啉骨架的六元稠杂环的合成。该反应实现了C-H键和C-H键偶联,区域选择性地形成了两个新键。18O标记实验发现,氧气充当了氧化剂和反应试剂的双重角色。这个转变提供了一个新的构建含氮稠杂环的途径。由于该途径使用廉价易得的铜盐作为催化剂以及氧气或者空气作为氧化剂,因而是一种将分子氧直接引入有机骨架的理想氧化过程。2.铜催化多米诺Ullmann N-芳基化和氧气氧化C-H氨基化：吲哚并[1,2-c]喹唑啉化合物的便捷制备最近几年来,多米诺反应已经成为合成多聚杂环的强有力的工具,其中,涉及到C-H活化的多米诺反应尤其引人关注。论文研究了铜催化有效构建吲哚并[1,2-c]喹唑啉化合物的便捷方法,并用该方法合成了天然产物hinckdentine A的核心骨架吲哚并[1,2-c]喹唑啉化合物。反应包含Ullmann N-芳基化和氧气氧化C-H氨基化过程,使用简单易得的2-（2-卤代苯基）-1H-吲哚衍生物以及各种取代的伯胺作为起始原料。该方法使用空气作为氧化剂,使用简单易得的试剂作为底物,可以根据实际需要设计合成出所需结构的化合物,实用性较强。3.通过铜催化的交叉偶联反应高区域选择性的合成稠合七元环二苯并（b,f）-1,4-氧氮杂卓衍生物属于一类药疗活性化合物。然而,这类七元环化合物的制备通常需要多步反应以及苛刻的反应条件。因此,寻找新的有效的策略区域选择性的合成此类化合物非常重要。铜催化的C-O和C-N键偶联反应是药物合成的强有力的工具。利用铜催化的偶联策略,可以合成各种杂环分子。但是,利用铜催化的反应来构筑七元环的合成方法还很少。论文报道了一种高区域选择性构建吲哚稠合二苯并（b,f）-1,4-氧氮杂卓衍生物的方法。反应涉及铜催化的一锅法2-（2-卤代苯基）-1H-吲哚和2-卤代苯酚的C-O和C-N键偶联。芳氯也能很好地参与反应,从而增加了反应的实用性。这个新的转变过程包含Ullmann偶联和Smiles重排过程,从而使得产物具有高区域选择性。4. K2CO3促进的吲哚直接硫化反应：3-硫化吲哚的简便合成3-硫化吲哚化合物是药理学上和生物学上一类重要的结构。在过去的几十年里,陆续发展了许多重要的构建3-硫化吲哚类化合物的方法。但是,这些方法通常要使用苛刻的反应条件或具有一些局限性包括产率低或者官能团适用性不好等。在这里,我们发展了用廉价的K2CO3促进（N-H）未取代的吲哚与二硫化物的直接C（3）-H硫化反应。此方法具有底物扩展性广、反应条件简单以及产率高等优点。除此之外,在这个转变过程中,没有使用任何贵金属、配体以及添加剂,而且操作非常简单,在敞开体系中就可以进行,不需要排除空气和水分。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 铜催化的吲哚及其衍生物官能化反应概述
• 1.1.1 铜催化的吲哚N-1位官能化反应
• 1.1.2 铜催化的吲哚C-2位官能化反应
• 1.1.3 铜催化的吲哚C-3位官能化反应
• 1.1.4 铜催化的基于吲哚衍生物构筑多聚杂环的反应
• 1.2 铜催化C-H官能化反应
• 1.2.1 通过铜催化活化C-H键构筑C-C键
• 1.2.2 通过铜催化活化C-H键构筑碳杂键
• 1.3 铜催化的Ullmann反应
• 1.3.1 影响铜催化的Ullmann反应的主要因素
• 1.3.2 铜催化的Ullmann反应的可能机理
• 1.4 Smiles重排反应
• 1.4.1 碱性条件下的Smiles重排反应
• 1.4.2 酸性条件下的Smiles重排反应
• 1.4.3 加热条件下的Smiles重排反应
• 1.5 本论文主要研究内容
• 1.6 参考文献
• 第二章 铜催化活化分子氧：2-芳基吲哚的氧化环化反应研究
• 2.1 研究背景
• 2.2 反应条件的优化
• 2.3 反应底物的扩展
• 2.4 反应机理的探讨
• 2.5 实验部分和化合物结构表征
• 2.5.1 实验部分
• 18O标记实验中质谱分析'>2.5.2¹⁸O标记实验中质谱分析
• 2.5.3 交叉实验中高分辨质谱分析
• 2.5.4 中间体E的高分辨质谱分析
• 2.5.5 化合物结构表征
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 铜催化多米诺Ullmann N-芳基化和氧气氧化C-H氨基化：吲哚并[1,2-c]喹唑啉化合物的便捷制备
• 3.1 研究背景
• 3.2 反应条件的优化
• 3.3 反应底物的扩展
• 3.4 反应机理的探讨
• 3.5 实验部分和化合物结构表征
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 通过铜催化的交叉偶联反应高区域选择性的合成稠合七元环
• 4.1 研究背景
• 4.2 反应条件的优化
• 4.3 反应底物的扩展
• 4.4 反应机理的探讨
• 4.5 实验部分和化合物结构表征
• 本章小结
• 参考文献
• 2CO₃促进的吲哚直接硫化反应：3-硫化吲哚的简便合成'>第五章 K₂CO₃促进的吲哚直接硫化反应：3-硫化吲哚的简便合成
• 5.1 研究背景
• 5.2 反应条件的优化
• 5.3 反应底物的扩展
• 5.4 放大实验
• 5.5 实验部分和化合物结构表征
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 一些理论计算工作简述
• 6.1 研究背景
• 6.2 计算方法
• 6.3 主要计算工作
• 本章小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 附录一 化合物一览表
• 附录二 缩略语（Abbreviations）
• 附录三 附图
• 博士期间已发表和待发表的论文
• 致谢