钌卡宾催化烯炔分子内闭环及交叉复分解反应

摘要

Grubbs型钌卡宾配合物用于催化烯烃复分解反应具有极高的催化活性和良好的耐官能团性，已在制药、农药及天然产物合成等领域得到了广泛应用。本论文旨在结合本课题组在二氧化碳化学固定的最新研究结果，开展Grubbs型钌卡宾配合物催化烯炔分子内闭环复分解反应和分子间交叉复分解反应的研究。
　　环二烯类化合物是一类重要的有机合成中间体，常被用作Diels-Alder反应、电环化反应和Ziegler-Natta聚合的反应原料。钌卡宾配合物催化烯炔闭环复分解反应是构建环状二烯类化合物的重要方法之一。通过烯炔闭环复分解反应，可以很方便地合成内酯、β-内酰胺、α-氨基酸及取代核苷等分子结构中的五、六及七元环。但是，当用烯炔复分解反应构建八元环化合物时，八元环的骨架结构受到限制（如结构中须有多个杂原子、环状结构等因素）。当骨架结构中只包含一个杂原子特别是氧原子时，反应产率很低或者不能进行。基于此，本论文首先研究了Grubbs型钌卡宾配合物催化烯炔分子内闭环复分解反应，合成一系列氧杂环（特别是八元环）二烯类化合物。在此烯烃复分解反应研究基础上，结合本课题组二氧化碳参与反应的研究成果，将银催化的羧化偶联反应和钌卡宾配合物催化的交叉复分解反应串联，合成了在精细有机合成中有着重要用途的炔酸酯。
　　首先，选用第二代Grubbs催化剂，确定了以烯炔醚为底物，利用烯炔闭环复分解反应构建氧杂五、六及七元环二烯类结构化合物的反应条件:以CH2Cl2为溶剂，5 mol％第二代Grubbs催化剂，在常温反应12h催化底物烯炔醚。研究发现，反应底物分子结构对反应具有一定的影响，炔丙位的取代基对反应活性影响较小，而炔位上的取代基对反应活性影响较大（甲基内炔底物反应活性明显低于相似结构的端炔底物）。在同样反应条件下，我们还考察了以取代的炔酸烯丙酯为底物的反应，发现其不能发生烯炔闭环复分解反应。
　　其次，利用烯炔闭环复分解反应，构建了氧杂八元环二烯类化合物（反应条件同构建氧杂五、六及七元环二烯类结构化合物）。我们发现用第二代Grubbs催化剂催化炔烯醚发生烯炔闭环复分解反应构建氧杂八元环二烯类结构化合物时，反应底物的活性与合成五、六及七元环二烯类化合物时截然相反——甲基内炔底物反应活性远远高于相似结构的端炔底物。提高反应温度或者引入乙烯不能促进端炔底物的烯炔闭环复分解反应。此外，利用烯炔闭环复分解反应，又构建了氮杂八元环二烯类化合物。发现利用烯炔闭环复分解反应构建氮杂八元环二烯类化合物的反应底物活性规律与构建氧杂八元环二烯类化合物的规律相同。
　　最后，我们用银催化的端炔、二氧化碳及5-溴-1-戊烯或6-溴-1-己烯进行羧化偶联反应，反应条件为:以0.1 mol％的AgI作为催化剂，1.5当量的碳酸铯作为碱，二氧化碳压力为2.0 MPa， DMF为溶剂，1当量端炔和1.5当量端烯基溴代物在60℃条件下反应24 h。将反应得到的羧化偶联产物炔酸酯作为反应底物，与丙烯酸甲酯进行交叉复分解反应，反应条件为:以甲苯为溶剂，5 mol％ Grubbs-Hoveyda催化剂在60℃反应12h，催化1当量炔酸烯丙酯和50当量丙烯酸甲酯。在合成一系列官能团化的炔酸酯时，我们发现烷基内炔炔酸酯不能够和丙烯酸甲酯进行交叉复分解反应。银催化羧化偶联反应与钌卡宾配合物催化交叉复分解反应的串联，提供了一种用简单易得的原料(CO2、端炔、卤代烯烃和丙烯酸甲酯等)合成官能团化炔酸酯类化合物有效的方法。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 烯烃复分解反应及其催化剂的发展

1．1．1 烯烃复分解反应的发现及早期工业应用

1．1．2 Chauvin机理

1．1．3 Schrock型烯烃复分解反应催化剂

1．1．4 Grubbs型烯烃复分解反应催化剂

1．1．5 后诺贝尔奖时代的烯烃复分解反应研究

1．2 烯炔分子内闭环复分解反应研究进展

1．2．1 构建五、六及七元环共轭二烯化合物

1．2．2 构建八元环共轭二烯化合物

1．2．3 构建大环共轭二烯化合物

1．3 交叉复分解反应研究进展

1．4 本文主要研究思路与内容

2 烯炔分子内闭环复分解反应合成氧杂环二烯类化合物

2．1 概述

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验原料、试剂及其纯化

2．2．2 分析测试仪器

2．2．3 反应底物的合成

2．2．4 催化剂的合成

2．2．5 烯炔分子内闭环复分解反应

2．3 结果与讨论

2．3．1 烯炔分子内闭环复分解反应构建氧杂五元环二烯类化合物

2．3．2 烯炔分子内闭环复分解反应构建氧杂六、七元环二烯类化合物

2．3．3 烯炔分子内闭环复分解反应构建氧杂八元环二烯类化合物

2．3．4 烯炔分子内闭环复分解反应构建氮杂八元环二烯类化合物

2．4 本章小结

3 羧化偶联反应及交叉复分解反应串联合成官能团炔酸酯

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验原料、试剂及其纯化

3．2．2 分析测试仪器

3．2．3 钌卡宾催化剂的合成

3．2．4 银催化的羧化偶联反应

3．2．5 钌催化的交叉复分解反应

3．3 结果与讨论

3．3．1 银催化的羧化偶联反应

3．3．2 钌催化的交叉复分解反应

3．4 本章小结

4 结论与展望

4．1 结论与创新点

4．2 创新点摘要

4．3 展望

参考文献

附录 部分化合物核磁谱图

致谢

作者简介

攻读博士学位期间科研项目及科研成果