过渡金属催化活泼烷基卤代物参与的偶联反应研究

摘要

过渡金属催化的有机合成反应是化学研究的前沿领域，其中偶联反应是构建C-C键、C-X键最有效的方法之一。目前，偶联反应中绝大部分使用的是Csp2（芳基和烯墓）卤化物作为亲电试剂，而烷基卤代物(Csp3)作为一类重要的亲电试剂却很少用于偶联反应。本论文首先综述了偶联反应的发展概况，并重点介绍了烷基卤代物参与的偶联反应发展现状。研究工作针对活泼烷基卤代物开展Pd或Ni催化的偶联反应研究。论文研究主要获得以下结果: 1.通过desyl chloride以及苄氯与Pd(0)络合物氧化加成合成了相应的烷基Pd络合物。通过变温核磁共振技术、晶体结构分析对得到的Pd络合物进行表征确定由desyl chloride衍生的钯络合物以单一的C-Pd键形式存在;苄氯衍生得到的苄基钯络合物含有η3配位。研究结果表明，desyl chloride和Pd(0)氧化加成络合物在溶液中缓慢分解并得到desyl chloride自偶联产物以及二分之一当量的Pd(Ⅱ)和二分之一当量的Pd(0)物种。通过desyl chloride衍生的Pd络合物的反应活性及其结构特性的研究探讨了该络合物的分解机理。确定分解过程是通过单体二聚以及二聚体分解进行的，并证明了大位阻Csp3-Csp3还原消除的可行性。 2.在desyl chloride衍生的Pd络合物分解机理的基础上，以活化锌粉作为还原剂实现了Pd催化的α-羰基二级烷基氯代物的还原自偶联反应，合成了对称的四芳基1，4二酮类化合物。通过实验研究了Pd催化还原自偶联的机理，发现自偶联的真正过程是锌粉与α-羰基烷基氯代物反应生成的烯醇锌试剂（Reformasky试剂）与反应体系中的α-羰基烷基氯代物之间发生了Pd催化的交叉偶联反应。这个发现推动我们成功实现了钯催化的Reformasky试剂与α-羰基烷基氯代物之间的Csp3-Csp3交叉偶联反应，并高效地合成了非对称的2，3-二芳基-1，4-二酮类化合物。 3.以Ni(PPh3)4为催化剂，实现了α-羰基二级烷基卤代物与芳基硼酸的交叉偶联反应（Suzuki型反应），其中α-溴代酯、α-溴代酰胺以及α-溴代酮都可以很好的和芳基硼酸偶联。α-羰基烷基氯代物也可以很好的反应。论文的研究结果开创了温和条件下合成α-芳基羰基类化合物的一种新方法。通过自由基捕获实验证明了Ni催化的α-芳基化反应可能经历自由基反应历程，并推测在反应过程中可能存在Ni(Ⅰ)、Ni(Ⅱ)和Ni(Ⅲ)物种。 4.Ni(PPh3)4催化的α-羰基烷基卤代物的芳基化机理过程中，实验证明1，1-二苯乙烯作自由基捕获剂会有效抑制Suzuki型反应的进行并生成了烯基化产物，以此为基础，发现以Ni(PPh3)4/dppp作为催化剂体系，成功地实现了α-羰基二级以及三级烷基溴代物与烯烃之间的Heck烯基化反应，拓展了合成α-烯基羰基化合物的一种新颖的方法。与传统Pd催化的Heck反应机理不同，本论文提出了Ni催化Heck烯基化反应催化循环中以Ni(Ⅰ)/Ni(Ⅱ)为催化活性物种的自由基反应历程。 5.在研究苄基钯氯络合物的基础上，建立了以苄氯作为氧化剂的Pd催化醇的选择性氧化酯化反应的体系。以PdC12(PPh3)2为催化剂前体，以易得的苄氯为氧化剂，各种类型的一级醇均能高选择性和高产率地生成相应的“对称”酯产物。通过机理研究发现，苄基是促进选择性酯化的关键因素。在研究机理的基础上，本论文提出了催化循环中的共价碳配体效应。并以苄氯作氧化剂进一步实现了钯催化的醛和醇之间的选择性交叉氧化酯化反应。 6.成功建立了以氧气为氧化剂的Pd催化的苄醇类化合物的氧化甲酯化反应体系;在优化条件后，首次实现了以氧气为氧化剂的Pd催化苄醇类化合物与直链脂肪醇之间的氧化酯化反应.

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 概述

1．1．1 配体的配位和解离

1．1．2 氧化加成和还原消除

1．1．3 插入和消除(反插入)反应

1．1．4 与金属配位的配体的反应

1．2 过渡金属催化的偶联反应概述

1．3 过渡金属催化的偶联反应机理概述

1．3．1 氧化加成

1．3．2 金属交换

1．3．3 还原消除

1．3．4 β-H消除

1．4 过渡金属催化烷基卤代物(Csp3-X)参与的偶联反应简述

1．4．1 Csp3-Csp

1．4．2 Csp3-Csp2

1．4．3 Csp3-Csp3

1．5小结

1．6 工作基础

参考文献

2 α-羰基烷基氯代物与钯氧化加成络合物结构研究：反应、活性及分解机理

2．1 引言

2．2 本章研究内容

2．3 结果与讨论部分

2．3．1 烯醇钯络合物分解的发现

2．3．2 烯醇钯络合物的表征

2．3．3 稳定烯醇钯络合物的合成

2．3．4 阳离子钯络合物的合成

2．3．5 烯醇钯络合物分解机理研究

2．4 小结

2．5 实验部分

2．5．1 仪器和试剂

2．5．2 实验具体操作

2．6 化合物核磁数据表征

参考文献

2．8 本章附图

3 钯催化α-羰基二级烷基氯代物参与的Csp3-Csp3偶联反应：2，3-二芳基-1，4-二酮化合物的构建

3．1 引言

3．2 研究思路与内容

3．3 结果与讨论部分

3．3．1 底物合成

3．3．2 钯催化desyl chloride衍生物还原偶联底物扩展

3．3．3 对于α-氯代酮还原偶联机理的探讨

3．3．4 交叉偶联反应构建不对称2，3-二芳基-1，4-二酮化合物

3．4 小结

3．5 实验部分

3．5．1 仪器和试剂

3．5．2 实验具体操作

3．6 化合物核磁数据表征

参考文献

3．8 本章附图

4 镍催化α-羰基二级烷基卤代物参与的Csp3-Csp2偶联反应：α-芳基羰基化合物的合成

4．1 引言

4．2 本章节实验设计思路与研究内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 Pd催化剂的筛选

4．3．2 Ni催化剂的发现

4．3．3 底物扩展

4．3．4 反应机理讨论

4．4 小结

4．5 实验部分

4．5．1 仪器及试剂

4．5．2 实验步骤

4．6 化合物核磁数据表征

参考文献

4．8 本章附图

5 镍催化α-羰基二级／三级烷基溴代物参与的Heck型Csp3-Csp2偶联反应：α-烯基羰基化合物的合成

5．1 引言

5．2 本章设计思路与研究内容

5．3 结果与讨论

5．3．1 实验初期探索

5．3．2 反应机理探讨

5．3．3 1，1-二芳基乙烯类底物扩展

5．3．4 中等电性苯乙烯类化合物底物扩展

5．4 小结

5．5 实验部分

5．5．1 仪器和试剂

5．5．2 底物合成

5．5．3 Heck反应的具体操作

参考文献

5．8 本章附图

6 钯催化苄氯作为氧化剂的醛、醇氧化反应研究：选择性合成酯

6．1 引言

6．2 本章设计思路与研究内容

6．3 结果与讨论

6．3．1 苄氯选择性氧化酯化以及desyl chloride氧化成醛的底物考查

6．3．2 控制反应选择性因素的研究

6．3．3 两个不同醇之间交叉成酯的尝试

6．3．4 醛醇交叉成酯反应的研究

6．3．5 苄氯氧化酯化反应体系无溶剂条件的尝试

6．3．6 分子氧作氧化剂的Pd催化氧化酯化反应研究

6．4 小结

6．5 实验部分

6．5．1 仪器与试剂

6．5．2 实验具体操作

6．6 化合物核磁数据表征

参考文献

6．8 本章附图

7 总结论

攻博期间发表及待发表的科研成果目录

致谢