通過簡便的反應條件及反應步驟,使用簡單、廉價和易得的反應原料,發(fā)展分子骨架高效構(gòu)建的新方法是有機合成中具有挑戰(zhàn)性的研究課題之一,其中,如何實現(xiàn)反應中轉(zhuǎn)化率、選擇性及合成步驟的精準控制是對有機合成化學提出的更高要求。銅鹽作為一種常用的催化劑,不僅具有來源豐富、價格低廉、低毒性等優(yōu)點,而且在有機合成反應中展現(xiàn)出獨特的化學選擇性和反應性。與此同時,N-對甲苯磺酰腙是一類易于合成、用途多樣的反應底物,也是安全穩(wěn)定的重氮化合物前體。因此,在銅反應體系中發(fā)展基于N-對甲苯磺酰腙的多樣性轉(zhuǎn)化反應新方法具有重要的理論意義和應用價值。在本論文中,我們以N-對甲苯磺酰腙或炔烴為底物通過銅反應體系發(fā)展了包括環(huán)化反應、交叉偶聯(lián)反應、雙官能化反應以多組分環(huán)化反應等多種具有高選擇性和步驟經(jīng)濟性的有機合成新方法,并成功實現(xiàn)了多種分子骨架的高效構(gòu)建。課題研究不僅發(fā)展了銅催化反應的合成方法學,還豐富了腙化學的研究內(nèi)容,研究意義重要,應用前景明確。本論文發(fā)展了一系列在銅反應體系下以N-對甲苯磺酰腙或炔烴為研究對象構(gòu)筑多取代呋喃、芳基腈、含硫季碳以及取代苯并噻唑等功能分子骨架的新方法,涉及包括C-C鍵、C-N鍵、C-O鍵和C-S鍵等化學鍵的選擇斷裂以及新化學鍵的高效構(gòu)建。具體研究內(nèi)容包含以下五個部分:第二章實現(xiàn)了銅媒介下N-對甲苯磺酰腙與β-酮酯的[3+2]氧化環(huán)化反應,以中等到高收率高選擇性地構(gòu)建一系列2,3,5-三取代呋喃類衍生物。該方法首次利用N-對甲苯磺酰腙作為C_2合成子參與呋喃雜環(huán)的合成,其特點包括廉價銅催化劑的使用,簡單易得的原材料,高區(qū)域選擇性以及簡單方便的操作。第三章使用硫氰酸鹽作為氰基源,實現(xiàn)了銅催化N-對甲苯磺酰腙的氰化反應,并高產(chǎn)率的合成多種外消旋α-芳基腈產(chǎn)物。該合成方法既新穎又安全,其過程使用廉價的銅催化劑、環(huán)保型氧氣、簡單易得的原料、簡單的操作條件以及從低毒硫氰酸鹽中再生“CN”來源,為含α-芳基腈骨架分子的構(gòu)建提供了一種新穎且安全的方案。第四章實現(xiàn)了銅催化N-對甲苯磺酰腙與硫氰酸酯的氰硫化反應構(gòu)建含硫季碳中心。該反應經(jīng)歷了銅卡賓物種促進S-CN鍵斷裂以及C-CN/C-S鍵重構(gòu)過程,在單個碳原子中心引入硫醚和氰基,高產(chǎn)率高選擇性合成多種α-硫醚取代烷基腈類產(chǎn)物。第五章實現(xiàn)了銅體系下以鄰碘苯胺衍生物、元素硫和N-對甲苯磺酰腙為底物的[3+1+1]類環(huán)化反應,高選擇性構(gòu)建不同類型的2-取代苯并噻唑產(chǎn)物。在該轉(zhuǎn)化中,通過反應體系的改變,N-對甲苯磺酰腙上不同的碳原子可被選擇性地用作成鍵位點以實現(xiàn)多種碳-雜原子鍵的形成。第六章實現(xiàn)了銅催化體系下的多組分串聯(lián)環(huán)化反應,以鄰鹵苯胺衍生物、元素硫和末端炔烴作為反應原料可調(diào)控地組裝多種苯并噻唑衍生物。該方法中,C≡C三鍵被用作C_1合成子,在不同反應體系中,C≡C三鍵上不同的碳原子可調(diào)控地用于C=N和C-S鍵的構(gòu)建。值得注意的是,氘標記實驗證明水是產(chǎn)物亞甲基中氫原子的來源。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O621.251
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.1 與末端炔烴的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.2 與芳香族化合物的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.3 與鹵化物或有機硼酸化合物的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.4 與CO的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.5 構(gòu)建C-X鍵的交叉偶聯(lián)反應
        1.2.6 其他類型的交叉偶聯(lián)反應
    1.3 過渡金屬催化‘N-N’結(jié)構(gòu)單元參與的環(huán)化反應
        1.3.1 ‘N-N’單元參與的分子內(nèi)環(huán)化反應
        1.3.2 ‘N-N’單元參與的分子間環(huán)化反應
    1.4 過渡金屬催化‘C’結(jié)構(gòu)單元參與的環(huán)化反應
        1.4.1 多個‘C’單元參與的分子內(nèi)環(huán)化反應
        1.4.2 單個‘C’結(jié)構(gòu)單元參與的分子間環(huán)化反應
        1.4.3 多個‘C’單元參與的分子間環(huán)化反應
    1.5 過渡金屬催化N-對甲苯磺酰腙用作炔烴的轉(zhuǎn)化反應
    1.6 本課題研究的內(nèi)容、目的及意義
        1.6.1 本課題的研究內(nèi)容
        1.6.2 本課題研究的目的及意義
第二章 銅促進腙與β-酮酯的[3+2]氧化環(huán)化反應合成2,3,5-三取代呋喃
    2.1 研究背景
        2.1.1 多取代呋喃合成的意義及進展
        2.1.2 設計思路
    2.2 實驗部分
        2.2.1 化學藥品與化學試劑
        2.2.2 產(chǎn)物表征
        2.2.3 合成2,3,5-三取代呋喃的典型實驗操作
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 銅促進2,3,5-三取代呋喃合成反應的條件優(yōu)化
        2.3.2 銅促進2,3,5-三取代呋喃合成反應的底物范圍
        2.3.3 反應機理研究
        2.3.4 可能的機理
        2.3.5 產(chǎn)物的譜圖數(shù)據(jù)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 銅催化腙與硫氰酸鹽的氰化反應合成α-芳基腈
    3.1 研究背景
        3.1.1 a-芳基腈合成的意義
        3.1.2 硫氰酸鹽的研究進展
        3.1.3 研究思路
    3.2 實驗部分
        3.2.1 化學藥品與化學試劑
        3.2.2 產(chǎn)物表征
        3.2.3 銅催化α-芳基腈合成反應的典型實驗操作
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 銅催化α-芳基腈合成反應的條件優(yōu)化
        3.3.2 銅催化α-芳基腈合成反應的底物范圍
        3.3.3 反應機理研究
        3.3.4 可能的機理
        3.3.5 產(chǎn)物的譜圖數(shù)據(jù)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 銅催化腙與硫氰酸酯的氰硫化反應構(gòu)建含硫季碳中心
    4.1 研究背景
        4.1.1 含硫季碳中心構(gòu)建的意義及進展
        4.1.2 研究思路
    4.2 實驗部分
        4.2.1 化學藥品與化學試劑
        4.2.2 產(chǎn)物表征
        4.2.3 銅催化含硫季碳中心構(gòu)建反應的典型實驗操作
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 銅催化含硫季碳中心構(gòu)建反應的條件優(yōu)化
        4.3.2 銅催化含硫季碳中心構(gòu)建反應的底物范圍
        4.3.3 副產(chǎn)物腈的形成
        4.3.4 銅催化含硫季碳中心構(gòu)建反應的機理研究
        4.3.5 可能的反應機理
        4.3.6 產(chǎn)物的譜圖數(shù)據(jù)
    4.4 單晶數(shù)據(jù)
    4.5 本章小結(jié)
第五章 銅促進鄰碘苯胺衍生物、元素硫與腙的三組分反應構(gòu)建2-取代苯并噻唑
    5.1 研究背景
        5.1.1 基于元素硫構(gòu)建苯并噻唑的意義及進展
        5.1.2 設計思路
    5.2 實驗部分
        5.2.1 化學藥品與化學試劑
        5.2.2 產(chǎn)物表征
        5.2.3 銅促進2-取代苯并噻唑構(gòu)建反應的典型實驗操作
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 構(gòu)建2-取代苯并噻唑3a反應的條件優(yōu)化
        5.3.2 構(gòu)建2-取代苯并噻唑3反應的底物范圍
        5.3.3 構(gòu)建2-取代苯并噻唑4a反應的條件優(yōu)化
        5.3.4 構(gòu)建2-取代苯并噻唑4反應的底物范圍
        5.3.5 銅促進2-取代苯并噻唑構(gòu)建反應的機理研究
        5.3.6 可能的反應機理
        5.3.7 產(chǎn)物的譜圖數(shù)據(jù)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 銅催化C≡C三鍵作為C1合成子組裝苯并噻唑骨架
    6.1 設計思路
    6.2 實驗部分
        6.2.1 化學藥品與化學試劑
        6.2.2 產(chǎn)物表征
        6.2.3 銅催化可控組裝苯并噻唑骨架反應的典型實驗操作
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 銅催化組裝苯并噻唑反應的條件優(yōu)化
        6.3.2 銅催化組裝苯并噻唑3反應的底物范圍
        6.3.3 銅催化組裝苯并噻唑4反應的底物范圍
        6.3.4 產(chǎn)物的進一步轉(zhuǎn)化
        6.3.5 不同鄰位取代苯胺參與反應的研究
        6.3.6 銅催化組裝苯并噻唑反應的機理研究
        6.3.7 可能的反應機理
        6.3.8 產(chǎn)物的譜圖數(shù)據(jù)
    6.4 單晶數(shù)據(jù)
    6.5 本章小結(jié)
全文總結(jié)
參考文獻
附錄一：化合物數(shù)據(jù)一覽表
附錄二：化合物譜圖
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


本文編號：2839687