羧酸和吡唑酮导向的碳氢活化/环化反应及其在含氮杂环合成中的应用

作     者：侯业星 

作者单位：中南民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡小强

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：含氮杂环 异吲哚啉酮 噌啉 过渡金属催化 碳氢活化 导向基团 

摘      要：含氮杂环化合物是一类重要的分子骨架,它们广泛存在于许多具有生物活性的天然产物、药物分子以及功能材料中。因此,发展精准、高效的合成方法来构建性质各异、结构多样的含氮杂环一直是有机合成化学领域里研究的热点。在过去近十年里,过渡金属催化的碳氢活化环化反应在这一领域发挥了巨大作用,已成为化学分子构建的最为有效的工具之一。尽管在这方面取得了较大发展,但现有的合成策略仍不足以满足当代绿色化学发展的需求,例如:多数化学反应需要使用配位较强的含氮导向基团、贵金属催化剂以及当量氧化剂或添加剂。因此,从简单易得的原料出发寻找更经济、高效、绿色环保的合成策略来构建一系列结构丰富的含氮杂环化合物具有十分重要的研究意义。芳基羧酸类化合物具有廉价易得、容易存储和环境友好等优点,使其成为合成化学中最为理想的原材料之一。但由于其性质稳定、配位能力较弱等特点,其参与的碳氢活化环化反应往往具有挑战且报道的相对较少。基于此,在本论文中我们首先利用羧基作为导向基团在钌催化下与胺缩醛发生胺烷基化/环化串联反应合成了一系列结构多样的异吲哚啉酮类化合物。通过对各种反应参数,如:溶剂、碱、反应温度和底物当量等筛选,我们确定了该反应的最优条件,并在此条件下考察了芳基羧酸和胺缩醛的底物适用范围。另外,我们还通过一系列的竞争实验、控制实验和平行实验等对该反应机理进行了探究。随后,我们利用芳基吡唑酮作为一类有效导向基团在铑催化条件下与性质稳定的碘鎓叶立德发生碳氢活化串联环化反应,以中等到较好的收率获得噌啉和吡唑并[1,2-a]噌啉类化合物。该方案具有温和的反应条件、操作步骤简单和广泛的底物范围等优点。此外,该反应可以成功的扩大到克级规模,也可以用于其它含氮稠杂环的简洁、高效合成。最后根据一系列的机理探究,我们提出了一个可能的铑催化芳基吡唑酮与碘鎓叶立德[4+2]环化反应机理。