非膦钯配合物催化噻吩的选择性C-H芳基化反应的研究

摘要

芳杂环化合物广泛存在于医药、农药等生物活性物质及新材料中。随着金属有机化学的发展，钯催化的C-H直接芳基化反应已成为联芳杂环类化合物一种十分重要的合成方法。与传统的偶联方法相比，不需要进行卤化或金属化等预活化步骤，大大降低了生产成本，更加符合原子经济学和绿色化学的要求。然而一般有机化合物中都含有多个C-H键，如何选择性地得到目标产物成为一个难题。本文以噻吩衍生物为底物，通过对催化剂的结构设计及反应条件的优化，试图使用少量催化剂高选择性地获得α-或β-位芳基化产物。
　　（1）选择性α-位C-H直接芳基化。本文以大位阻卡宾BIAN-IPr为基本骨架，设计并合成了12个含有不同辅助配体的氮杂环卡宾钯配合物，并对其结构进行了1H NMR、13C NMR、MS及元素分析表征，其中有5种钯配合物进行了单晶培养和表征。通过对其活性及反应条件的筛选，找到了一种最佳的催化体系。以噻吩衍生物（1.0 mmol）和溴代芳烃（1.5 mmol）为底物，0.05mol％的C1为催化剂，（2.0 mmol）KOAc作碱，（30mol%）PivOH为添加剂，DMAc作溶剂，空气条件下，130oC反应24h。利用该催化体系成功催化了44个噻吩衍生物α-位芳基化反应的进行，无论对富电子还是缺电子的底物，甚至是大位阻的底物，都具有很好的催化活性、反应选择性及底物适用性。对于一些高活性的底物，催化剂用量可以降低至0.01mol%。
　　（2）选择性β-位C-H直接芳基化。本文设计并合成了5个二亚胺钯配合物，并对其结构进行了1H NMR、13C NMR表征。通过对其活性及反应条件的筛选，找到了一种最佳的催化体系。以噻吩衍生物（1.0 mmol）和芳硼酸（2.0 mmol）为原料，2.0mol%的C2为催化剂，（4.0 mmol）TEMPO为氧化剂，冰乙酸（3 mL）为溶剂，空气条件下，60oC反应24h。利用该催化体系成功催化了36个噻吩衍生物β-位芳基化反应的进行，尤其是对富电子底物具有很好的催化活性和反应选择性。
　　（3）研究表明，强给电子的卡宾钯配合物有利于噻吩类α-位芳基化反应的进行，而给电子能力相对较弱的二亚胺钯配合物则有利于β-位芳基化反应的进行，这种选择性的差异，不仅与催化剂有关，还与其反应条件有关，最终导致了两种不同的反应机理。

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第一章 前言

1.1过渡金属钯催化的C-H直接芳基化的机理

1.2 C-H直接芳基化反应在药物合成中的应用

1.3 过渡金属催化的C-H直接芳基化反应

1.4本课题的提出及设计思路

第二章 卡宾钯配合物的合成及其促进的噻吩类α-位C-H直接芳基化研究

2.1 实验试剂与仪器

2.2 氮杂环卡宾钯配合物的合成与表征

2.3 卡宾钯配合物在噻吩类α-位直接芳基化反应中催化性能的研究

2.4小结

第三章 二亚胺钯配合物催化的噻吩类β-位C-H直接芳基化反应研究

3.1 实验试剂与仪器

3.2 二亚胺钯配合物的合成及其表征

3.3 二亚胺钯配合物在噻吩类 β-位直接芳基化反应中催化性能的研究

3.4小结

第四章 结论

4.1大位阻卡宾类钯配合物催化的选择性α-位C-H直接芳基化

4.2 二亚胺类钯配合物催化的选择性β-位C-H直接芳基化

参考文献

附录

硕士期间发表的论文

致谢