分子的自分类性在乙酰甲基碳键联成烯新反应中的应用

论文摘要

环境友好、简便高效和原子经济的方法是有机合成发展的必然趋势。串级反应和多组分反应就是考虑原子经济性、高效率和绿色化学等要求而迅速发展起来的可以一锅多步合成复杂目标化合物的一类新颖的合成策略。集群分子的自分类行为在自然和生命体系中是一个很普遍的现象,它是在复杂的体系中分子间相互作用的一种区别自我和非自我的能力。本论文以分子的自分类行为为切入点而提出了一种新的多线路串级并联的合成反应策略——自分类串级反应,以此建立了芳基乙酮（或α,β-不饱和甲基酮）二聚偶联成碳碳双键的反应,并在此基础上实现了一系列硫甲基取代五元杂环化合物的合成;此外,在研究该反应的机理过程中建立了羰基化合物的碘化和芳香酮转化为芳基羧酸酯的方法。具体内容如下:第一章,碳碳键的形成可以说是构筑有机分子骨架最重要的反应,我们根据反应底物中C-H键的碳杂化类型（sp、sp2及sp3）概述了分子间碳碳键偶联的主要方式,并引入分子的自分类性,提出了本论文的设想和研究思路。第二章,基于对集群分子自分类现象的认识,建立了一种与传统的串级反应和多组分反应明显不同的反应模式——自分类串级反应,实现了在CuO/I2/DMSO体系中芳基乙酮二聚偶联成碳碳双键产物2-硫甲基-2-烯-1,4-二酮Ⅱ-5,并通过4-氯苯乙酮和2-乙酰基噻吩两种底物间的交叉偶联反应对其反应机理进行了验证。所有化合物都通过了1H NMR,13C NMR,IR和MS表征,且（Z）-Ⅱ-5、（E）-Ⅱ-5和（Z）-Ⅱ-12的结构也得到了X-ray单晶衍射的进一步证实。第三章,首先通过经典的羟醛缩合反应制备了12种α,β-不饱和甲基酮Ⅲ-2,并实现了在CuO/I2/DMSO条件下分子间sp3甲基碳直接偶联成烯Ⅲ-3,其中化合物（E）-Ⅲ-3e的结构得到了X-ray单晶衍射的验证。第四章,以SnCl2/AcOH/HCl为反应条件通过串级反应将不饱和1,4-二酮Ⅱ-5有效地转化为关环后的产物3-硫甲基-2,5-二芳基三取代的呋喃Ⅳ-16。用液溴处理Ⅳ-16或用30%的HBr-AcOH溶液直接与Ⅱ-5反应后都生成了4-溴-3-硫甲基-2,5-二芳基四取代的呋喃Ⅳ-19。在乙醇中用Raney Ni进行脱硫甲基处理Ⅳ-16以很好的分离收率得到了2,5-二芳基呋喃Ⅳ-20。接下来我们以KI/HCl体系实现了Ⅱ-5中碳碳双键选择性还原为饱和的1,4-二酮Ⅳ-22,在酸性条件下用HCOONH4处理Ⅳ-22后得到了Paal-Knorr胺环化产物3.硫甲基-2,5-二芳基吡咯Ⅳ-23,而用Lawesson’s试剂处理后则得到3-硫甲基-2,5-二芳基噻吩Ⅳ-24。所有合成的化合物都通过了波谱表征,且Ⅳ-16b和Ⅳ-22c得到了X-ray单晶衍射的证实。第五章,以CuO/I2组合体系,在回流的甲醇中有效实现了羰基化合物的α-碘化反应。通过对反应机理的探讨,我们发现氧化铜在反应中通过随机自分类起着多重角色的作用。第六章,在第三章和第五章的研究基础上,以CuO/I2组合体系,实现了α,β-不饱和酮α’位置的选择性碘化,而碳碳双键和芳环并不受其影响。本章首次系统性地研究了α,β-不饱和酮向重要的中间体α,β-不饱和α’-碘代酮的直接转化。第七章,在碘、吡啶和碳酸钾的醇介质中,有效地实现了将芳基（或杂芳基）甲基酮、β-酮酸酯或三氟甲基取代的β-二酮直接转化为相应的芳基羧酸酯,机理表明反应过程中伴随着碳碳键的裂解。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 本论文主要创新点
• 目录
• 第一章 分子间碳碳键偶联反应概述
• §1.1 引言
• §1.2 分子间碳碳键偶联反应类型
• 1.2.1 sp与sp碳中心偶联反应
• 2与sp碳中心偶联反应'>1.2.2 sp²与sp碳中心偶联反应
• 2与sp²碳中心偶联反应'>1.2.3 sp²与sp²碳中心偶联反应
• 3与sp碳中心偶联反应'>1.2.4 sp³与sp碳中心偶联反应
• 3与sp²碳中心偶联反应'>1.2.5 sp³与sp²碳中心偶联反应
• 3与sp³碳中心偶联反应'>1.2.6 sp³与sp³碳中心偶联反应
• §1.3 课题的提出
• 参考文献
• 3甲基碳成烯'>第二章 基于分子的自分类性偶联芳基乙酮sp³甲基碳成烯
• §2.1 引言
• §2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 实验试剂及仪器
• 2.2.2 2-硫甲基-1,4-二酮的合成
• 2.2.3 交叉偶联反应（Cross-Coupling Reaction）
• 2.3.4 化合物的波谱数据表征
• §2.3 本章小结
• 参考文献
• 3碳的偶联反应'>第三章 分子间α,β-不饱和甲酮sp³碳的偶联反应
• §3.1 引言
• §3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 实验试剂及仪器
• 3.2.2 α,β-不饱和甲基酮的合成
• 3.2.3 基于α,β-不饱和甲基酮的碳碳键偶联反应
• §3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 3-硫甲基-2,5-二芳基取代呋喃、吡咯、噻吩及其衍生物合成
• §4.1 引言
• §4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 实验试剂及仪器
• 4.2.2 3-硫甲基取代呋喃的合成
• 4.2.3 3-硫甲基取代吡咯和噻吩的合成
• §4.3 晶体及波谱数据表征
• 4.3.1 化合物Ⅳ-16b和Ⅳ-22c的晶体结构表征
• 4.3.2 化合物的波谱数据表征
• §4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 氧化铜促进的羰基化合物的α-碘化
• §5.1 引言
• §5.2 实验结果及讨论
• 5.2.1 实验试剂及仪器
• 5.2.2 α-碘代酮的合成
• 5.2.3 反应机理的探讨
• 5.2.4 实验步骤及波谱数据表征
• §5.3 本章小节
• 参考文献
• 第六章 氧化铜促进的选择性碘化α,β-不饱和酮
• §6.1 引言
• §6.2 实验结果及讨论
• 6.2.1 实验试剂及仪器
• 6.2.2 α,β-不饱和α'-碘代酮的合成
• 6.2.3 实验步骤及波谱数据表征
• §6.3 本章小节
• 参考文献
• 第七章 通过碳碳键的裂解直接将芳香酮转化为芳基羧酸酯
• §7.1 引言
• §7.2 实验结果及讨论
• 7.2.1 实验仪器和试剂
• 7.2.2 碳碳键断裂成酯
• 7.2.3 实验步骤及波谱数据表征
• §7.3 本章小节
• 参考文献
• 代表化合物的核磁图谱
• 在校期间研究成果及发表的论文
• 致谢