【摘要】：異腈作為一類重要的有機合成子,其化學性質主要表現(xiàn)為配位性、α-加成、α-酸性、以及作為自由基受體,常用于含氮分子或雜環(huán)化合物的構建。異氰化物參與的級聯(lián)反應,例如Passerini和Ugi多組分反應,Ugi-和Passerini-型雜環(huán)化反應和其他反應是合成氨基酸、肽和肽樣分子,以及多種雜環(huán)骨架的重要手段。然而,當前的研究中,異腈的反應很大部分是Passerini和Ugi多組分反應的應用和延伸。所以,開發(fā)異氰化物參與的新反應,拓寬了異氰化物在有機合成中的應用以提供快速構建各類含氮化合物就顯得非常有價值和吸引力。近期,金屬催化的異腈新反應開發(fā)受到極大的關注,尤其是非Passerini和Ugi型反應的研究,如雙分子反應。然而,由于異腈強的配位能力,以及多聚問題易造成產(chǎn)率和選擇性降低。因此,探索合適的催化體系以有效調控可能的反應路徑是非常有必要的,其成為當今異腈化學的重要研究方向。當前,發(fā)展新穎、高效、選擇性高的化學反應依然是對有機化學家的一大挑戰(zhàn)。我們課題組一直致力于銀催化活性的開發(fā),并在異腈領域取得了一系列研究成果。銀和異腈的結合提供了一個有效的催化活化體系,能良好調控異腈的插入提高了反應的效率和選擇性,這對于解決當前過渡金屬催化異腈多聚問題提供可能的方法。同時,銀鹽的路易斯酸性、單電子氧化性也為我們發(fā)展異腈參與的新反應模式來構建含氮化合物,如雜環(huán)、酰胺、腈類衍生物提供了可能的催化環(huán)境。最近過渡金屬催化下異腈參與的C H直接官能化獲得了重大研究進展。尤其是鈀催化異氰化物插入反應(也被稱為酰亞胺化反應)被廣泛研究,已經(jīng)成為有機合成中的有力工具。在銀催化異腈的轉化研究中,我們也報道了相關的C H鍵官能化研究結果,如異腈與非活化端炔的[3+2]環(huán)加成反應、C(sp) H鍵氰基化,和二羰基化合物的自由基偶聯(lián)反應。銀雖然在異腈的C H鍵插入表現(xiàn)出很好的可控性,但目前報道較少。另外,雖然異腈和氰化物間的轉化已經(jīng)被人們熟知,但目前異腈插入-氰基化反應研究很大部分依賴于金屬鈀的使用。在此背景下,我們提出了以銀催化反應為基礎,探索異腈參與的新反應研究。本論文聚焦新串聯(lián)模式合成雜環(huán)分子、官能化異腈N-異氰基亞氨基三苯基膦(NIITP)的新反應性開發(fā)和異腈參與的惰性鍵官能化研究。本論文主要包括三個部分,七個章節(jié):第一部分:研究背景和論文選題。第二部分:銀媒介下異氰基乙酸酯環(huán)合反應制備多取代雜環(huán)衍生物,包括:第3章:異氰基乙酸酯和β-烯胺酮[3+2]串聯(lián)環(huán)化反應合成多取代吡咯。第4章:異氰基乙酸酯與亞硝基芳烴的[3+1+1]環(huán)化反應合成咪唑/咪唑啉衍生物。基于異氰基乙酸酯的[3+2]環(huán)加成策略,在銀媒介下,我們分別完成了二元合成子β-烯胺酮、亞硝基芳烴和異腈的串聯(lián)環(huán)化反應研究。β-烯胺酮作為穩(wěn)定的亞胺前體和異氰基乙酸酯發(fā)生Mannich環(huán)合反應,并誘發(fā)進一步的逆邁克爾開環(huán)、脫水縮合等一系列步驟,最終生成吡咯產(chǎn)物。在和亞硝基芳烴的[3+1+1]環(huán)化反應中,異氰基乙酸酯同時作為1,3-偶極子和“一碳”結構單元。同時,通過反應條件的調整,可以選擇性獲得咪唑或反式咪唑啉衍生物。第三部分:N-異氰基亞氨基三苯基膦(NIITP)的環(huán)化、氰基化反應研究,即論文第5至7章內(nèi)容。第5章:銀促進的非活化端炔的氨氰化反應。第6章:銀/鉬促進的非活化端炔的[3+2]環(huán)合反應合成1H-吡唑。第7章:NIITP與α-官能化酮的交叉復分解反應。N-異氰基亞氨基三苯基膦(NIITP)是一類熱穩(wěn)定的官能化的固體異腈,商業(yè)可售。然而,現(xiàn)有的研究將其用作配體,以及經(jīng)(Ugi)多組分反應合成雜環(huán)分子。在非活化端炔的直接氰基化研究基礎上,我們進一步對NIITP作為氰基來源進行了探索。通過銀、非活化端炔和NIITP的高效結合,首次實現(xiàn)了炔烴的直接氨氰化反應,高選擇性地合成了一系列β-氨基丙烯腈化合物,并通過DTF計算對其可能反應路徑進行了探究;發(fā)展了新穎的惰性C C和N N單鍵的交叉復分解反應(NIITP和α-官能化酮基團選擇性交叉互換),提供了一種從異氰化物出發(fā)的合成氰化物的有效方法。該反應同時也是惰性C C鍵選擇性斷裂直接氰基化的重要進展。同時,NIITP還可以作為穩(wěn)定的重氮替代試劑,提供“NNC”三元合成子與非活化炔烴進行[3+2]環(huán)加成反應合成1H-吡唑。而這一“NNC”反應性也是NIITP作為氰源實現(xiàn)氨氰化和交叉復分解反應的重要基礎。后續(xù)的逆[3+2]環(huán)合/N N鍵斷裂是完成異腈參與的氰基化反應的關鍵。
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O621.251
【圖文】：

東北師范大學博士學位論文別下計算得到的自由能。討論中所使用的能量單位是 kcal/mol，原子距離單位是 。5.6.1 苯乙炔的 C H 活化的自由能譜通過計算，苯乙炔的 C(sp) H 鍵活化步驟的自由能為 8.6 kcal/mol，這支持了乙炔銀中間體 7 的形成在動力學上是可行的[116,115]。5.6.2 反應路徑的理論計算

本文編號：2753636