超临界二氧化碳介质或无溶剂条件下C-N、C-H键活化研究

摘要

绿色化学是当前化学学科最活跃的研究领域之一。其根据一系列的理论和原则,寻求在设计、制造、使用化学品时尽可能减少或者消除化学品的毒害性。以“原子经济性”为指导原则,寻找高效、绿色的合成路径来制备有机功能分子是绿色化学研究的新方向。发展新的催化剂或者催化过程是实现高效、绿色合成路线的有效方法；使用环境友好的溶剂来代替传统的有机溶剂进行有机合成反应,也是绿色化学研究的重要方向；发展超临界二氧化碳和无溶剂反应是取代常规有机溶剂的良好方法。为了研究环境友好介质下的有机化学反应的规律,本论文主要进行了以下两方面工作：一是在环境友好介质条件下活化C-N键的反应；二是在环境友好介质条件下活化C-H键的反应。 使用钯催化合成含氮有机功能分子,是重要的有机合成方法。通过巧妙地运用以钯为导向的碳-金属键的形成、相互转化和淬灭等基元反应的组合,为有机合成化学提供了许多高选择性的合成方法。在环境友好介质中,本论文巧妙的利用了钯催化反应,发展了一种新的合成β-氨基酸衍生物的方法。通过对反应条件的优化,得到了较高的分离收率(95％)。通过对反应过程的详细研究,提出了在无氧化剂的条件下钯催化C-N断裂的可能机理,即：钯催化β-氢消除促使C-N键断裂形成N-Pd中间体,之后C-C多重键插入到N-Pd键形成C-Pd键,后者利用质解反应形成β-氨基酸衍生物并再生钯活性物种。 β-氨基酸衍生物作为许多天然产物的重要组成部分、β-内酰胺的前体以及具有生物活性和药理作用的化合物的构建单元,得到人们越来越多的重视。在众多合成β-氨基酸衍生物的方法中使用aza-Michael加成反应是广泛应用的一种。在本论文的工作中实现了脂肪族伯胺、仲胺和丙烯酸酯衍生物,在室温、无催化剂、无溶剂的条件下N-H键对C-C不饱和双键的加成反应,发展了合成β-氨基酸酯衍生物的简单方法,并且获得了很高的分离收率。 合成新型杂环类化合物的研究是有机合成化学的重要领域之一。3,5-取代吡啶衍生物是具有广谱生物活性的化合物,其合成方法得到了广泛的重视。在氯化钯催化下,以简单的脲和丙烯酸甲酯为原料,以氧气为氧化剂,在绿色的超临界二氧化碳中首次实现了杂三聚反应,合成了3,5-取代吡啶衍生物。这是钯催化下烯烃杂三聚的新型反应。经过反应条件的优化,得到了中等的分离收率,并且对可能的反应机理进行了推测。 过渡金属催化的C-H活化反应是有机化学中具有挑战性的课题之一,特别是传统意义上不活泼的C-H键活化反应得到了极大的重视。本论文首次尝试在超临界二氧化碳中使用过渡金属催化剂(PPh3)3RhCl,实现了对芳香性亚胺邻位的烷基化反应。反应之后再通过酸化水解,最终可以得到邻位烷基化的芳香族酮。通过反应条件的优化,得到中等的反应收率(58％)。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2超临界二氧化碳为反应介质的有机反应

1.2.1超临界流体化学反应的特点和基础理论研究

1.2.2近年超临界二氧化碳中的有机化学反应

1.2.3本研究组在超临界二氧化碳中的有机化学反应的研究进展

1.3无溶剂条件下的有机反应

1.3.1固态有机反应的常用方法

1.3.2无溶剂有机反应的优点和不足

1.3.3无溶剂有机反应研究进展

1.4 C-N键活化反应

1.4.1 Pd催化的C-N键活化反应

1.4.2 Rh催化的C-N键活化反应

1.4.3 Ru催化的C-N键活化反应

1.4.4其他过渡金属催化的C-N键活化反应

1.4.5非金属催化C-N键活化反应

1.5 C-H键活化反应

1.5.1 Pd催化的C-H键活化反应

1.5.2 Rh催化的C-H键活化反应

1.5.3 Ru催化的C-H键活化反应

1.5.4其他过渡金属催化的C-H键活化反应

1.6本论文研究的内容及意义

1.6.1在环境友好溶剂的条件下，活化C-N键反应

1.6.2在环境友好溶剂的条件下，活化C-H键反应

第二章超临界二氧化碳中钯催化C-N键断裂合成β-氨基酸酯的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1反应试剂

2.2.3 B-氨基酸酯的合成

2.2.4 B-氨基酸酯的表征

2.3结果与讨论

2.3.1反应介质的影响

2.3.2反应压力的影响

2.3.3质子对反应的影响

2.3.4质子用量的影响

2.3.5超临界助溶剂的影响

2.4反应机理的讨论

2.5产物的结构表征

2.6本章小结

第三章无溶剂无催化下的氢胺化反应合成B-氨基酸酯的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1反应试剂

3.2.2 β-氨基酸酯的合成

3.2.3 β-氨基酸酯的表征

3.3结果与讨论

3.3.1仲胺的加成反应

3.3.2伯胺的加成反应

3.4产物的结构表征

3.5本章小结

第四章超临界二氧化碳为反应介质过渡金属催化杂三聚反应生成吡啶衍生物

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1反应试剂

4.2.2吡啶衍生物的合成

4.2.3吡啶衍生物的表征

4.3实验结果与讨论

4.3.1反应介质的影响

4.3.2反应压力的影响

4.3.3反应时间的影响

4.3.4助溶剂的影响

4.3.5氧化剂的影响

4.4反应机理

4.5产物的结构表征

4.6本章小结

第五章超临界二氧化碳中Rh催化C-H活化的探索

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1反应试剂

5.2.2产物的合成方法

5.2.3产物的表征

5.3结果与讨论

5.3.1反应压力的影响

5.3.2反应温度的影响

5.3.3其他吸电子烯烃的烷基化

5.3.4催化剂用量的影响

5.4产物的结构表征

5.5本章小节

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致 谢