在過去的幾十年里,單一催化反應體系被廣泛研究并成功地用于大量新反應的催化合成,其催化的反應類型較為廣泛而且其反應機理的研究也較為清晰。在最近十多年里,鈀銠雙金屬催化反應作為一種高效的合成策略,逐漸被合成化學家所青睞。它能夠實現傳統單一催化體系難以發(fā)生、而又不能獲得的反應轉化,能夠以理想的選擇性形成具有新穎骨架結構與底物。本論文研究了鈀銠雙金屬協同催化和鈀銠不對稱延遲雙催化及其反應機理。在該研究論文中,結合銠催化卡賓前體形成的銠卡賓與鈀催化烯丙基酯形成的π-烯丙基鈀酸根離子對這兩種高反應活性中間體,基于鈀銠催化劑的兼容性和鈀銠雙催化反應的概念,設計不同底物應用于不同反應類型,以拓寬鈀銠雙催化反應體系在有機合成中的應用。本論文主要研究鈀銠協同雙催化和鈀銠不對稱延遲雙催化,主要內容分如下兩部分:1.鈀銠協同雙催化,是相互兼容的鈀銠雙金屬同時獨立催化活化親核試劑與親電試劑,分別形成被活化的活性物種,進而相結合形成產物的過程。本課題設計的鈀銠協同協同催化反應,是基于銠催化N-磺酰基-1,2,3-三氮唑形成的α-亞胺銠金屬卡賓與鈀催化烯丙醇酯形成的π-烯丙基鈀復合物這兩種活性中間體。在該鈀銠協同雙催化反應體系的研究中,選用N-(4-甲基苯磺酰)-1,2,3-三唑與苯甲酸烯丙酯作為模板反應底物,經過對銠催化劑、配體、鈀催化、反應溶劑等反應條件的篩選和考察,確定了該反應的最佳反應條件。并在最佳反應條件下,以23-89%的產率,立體專一的合成了47個(Z)-構型多取代烯胺產物。反應機理研究表明,Pd(0)/xantphos催化體系不僅能催化底物形成目標產物,但在過度延長反應時間時也會進一步催化目標產物發(fā)生轉化重排,使得反應產率降低甚至的得不到目標產物,該反應對反應時間敏感。2.β-內酰胺是一類具有重要生理活性的母體骨架結構,在藥物化學領域具有重要作用。在中的內酰胺合成方法中,含有手性季碳的β-內酰胺的合成一直以來都是很有挑戰(zhàn)性的課題。本課題結合鈀銠雙催化反應體系,設計鈀銠不對稱延遲雙催化體系,用于含有手性季碳β-內酰胺類化合物的合成研究。首先選用N-芐基-N-叔丁基苯甲酰乙酰胺重氮與烯丙醇碳酸酯作為模板反應底物,分別對反應使用的配體、溶劑、鈀催化劑、銠催化劑等反應條件進行篩選和考察,最后確定了該鈀銠不對稱延遲雙催化反應的最佳反應條件。并在最佳反應條件下,使用不同取代的烷基重氮和不同的烯丙基碳酸酯試劑,以優(yōu)秀的產率(up to 99%)和立體化學選擇性(up to 99:1 dr,up to 98%ee),合成了38個含有手性季碳雙手性中心的β-內酰胺類化合物。反應機理研究表明,該反應是先經歷銠催化的不對稱芐位C-H插入反應,再接力串聯鈀催化的烯丙基化反應,從而實現含有手性季碳的β-內酰胺類生物活性化合物的合成。而且反應的手性控制決定于銠催化的不對稱C-H插入反應,鈀銠雙催化反應體系有促進銠催化C-H插入反應轉化的作用。
【學位單位】：西北農林科技大學
【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 鈀銠雙金屬催化與銠金屬卡賓化學綜述
    第一部分 鈀銠雙金屬催化文獻綜述
        1.1 雙金屬催化的作用和特點
        1.2 雙金屬催化體系所面臨的問題
        1.3 鈀銠雙金屬催化體系在有機合成中的應用
            1.3.1 Pd（0）/Rh（I）雙金屬催化
            1.3.2 Pd（Ⅱ）/Rh（I）雙金屬催化
            1.3.3 Pd（0）/Rh（Ⅱ）雙金屬催化
            1.3.4 Pd（0）/Rh（Ⅲ）雙金屬催化
        1.4 對鈀銠雙催化的小結與展望
    第二部分 銠金屬卡賓化學綜述
        2.1 金屬卡賓簡介
        2.2 α-亞胺銠卡賓的形成和在有機合成中的應用
            2.2.1 N-磺�；�-1,2,3-三唑的合成方
            2.2.2 α-亞胺金屬卡賓在有機合成中的應用
                2.2.2.1 銠卡賓在含氮雜化合成中的應用
                2.2.2.2 銠金屬卡賓的對映立體選擇性環(huán)加成
                2.2.2.3 金屬卡賓的對映立體選擇性芳基化反應
                2.2.2.4 金屬卡賓參與的環(huán)擴增及其1,2-遷移反應
        2.3 銠催化烷基重氮在C－H插入官能化反應中的應用
            2.3.1 銠催化的C－H插入反應
            2.3.2 銠催化分子內芐位C－H插入反應有機合成中的應用
        2.4 小結
    第三部分 研究課題的討論與確立
        3.1 選題背景與理論依據
第二章 分子間鈀銠協同雙催化反應及其反應機理研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗試劑和實驗儀器
            2.2.1.1 實驗試劑原料
            2.2.1.2 實驗儀器
        2.2.2 反應原料的合成與制備
            2.2.2.1 N-Ts-1,2,3-三氮唑（1a）的合成方法
            2.2.2.2 烯丙醇酯與烯丙醇碳酸酯的合成方法
        2.2.3 Rh（II）/Pd（0）協同雙催化的反應研究
            2.2.3.1 Rh（II）/Pd（0）協同雙催化的反應條件篩選與優(yōu)化
            2.2.3.2 .Rh（II）/Pd（0）協同雙催化的反應底物拓展
        2.2.4 Rh（II）/Pd（0）協同雙催化反應機理研究
            2.2.4.1 控制對照實驗
            2.2.4.2 同位素標記實驗
        2.2.5 Rh（II）/Pd（0）協同雙催化可能的反應機理
        2.2.6 反應選擇性控制實驗以及產物的轉化應用實驗
            2.2.6.1 反應選擇性控制實驗
            2.2.6.2 產物的轉化應用實驗
    2.3 化合物的結構表征數據
    2.4 化合物4ha與5ad的X-Ray及其數據:
    2.5 結果與討論
    2.6 結論
第三章 鈀銠雙催化合成含手性季碳的β-內酰胺與反應機理研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗試劑和實驗儀器
            3.2.1.1 實驗試劑原料
            3.2.1.2 實驗儀器
        3.2.2 反應原料的合成與制備
            3.2.2.1 手性銠催化劑的制備
            3.2.2.2 烯丙基試劑的制備
            3.2.2.3 苯甲酰乙酸乙酯的水解
            3.2.2.4 烷基重氮化合物的制備
        3.2.3 Pd（0）/Rh（Ⅱ）不對稱雙催化的反應條件篩選與優(yōu)化
            3.2.3.1 手性銠催化的不對稱C－H插入反應條件篩選
            3.2.3.2 Pd（0）Rh（II）不對稱雙催化的反應條件篩選與優(yōu)化
            3.2.3.3 反應底物適應性考察
            3.2.3.4 反應機理研究
            3.2.3.5 叔丁基的脫除實驗
    3.3 原料烷基重氮與內酰胺類化合物的結構數據表征
    3.4 化合物3aa與6aa單晶結構數據
    3.5 實驗結果與討論
    3.6 小結
第四章 本文研究結果與討論
    4.1 結果
    4.2 討論
    4.3 創(chuàng)新之處
    4.4 對未來的發(fā)展與展望
參考文獻
附錄
致謝
作者簡介

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本文編號：2884026