铜促进C≡N键完全断裂合成芳香腈类衍生物的方法研究

摘要

氰基化合物含有C-N三键，具有很多独特的性质，其“CN”基团够转化为其它官能团，如胺和酰胺类化合物、醛、酮及羧酸类衍生物、咪唑类含氮杂环化合物，在天然产物合成、新药研发、有机合成等领域中有举足轻重的应用价值。正如此，开发一种绿色、安全低毒且原子经济性好的氰化方法具有重要的理论意义和应用前景。本文主要在CuCl/O2体系下，通过活化简单氰基化合物（乙腈）的C≡N键，重新构建新的C≡N键合成一系列的芳香甲腈化合物，具体内容和研究结果如下:
　　(1)以廉价经济的氧气作为氧化剂、易得的氯化亚铜作为媒介，以芳香甲醛为原料，通过乙腈C≡N键完全氧化断裂，并转移N原子到芳香甲醛，高产率地合成多种官能团取代的芳香甲腈化合物。通过系统考察反应条件（如温度、时间、溶剂、催化剂、底物摩尔比）对芳香甲腈化合物产率的影响，确定了最佳反应条件:在氧气氛围中，加入摩尔比为1∶1.5的4-甲基苯甲醛和CuCl、1.0 mL乙腈∶N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)(2∶1)混合溶剂，于130℃下反应24 h。在最佳反应条件基础上，合成了27种产率达到20％～93％的芳香甲腈类化合物。利用GC-MS和GC监控仪器和13C元素标记等实验技术手段，探究了铜促进乙腈氮转移合成芳香腈类化合物的可能机理。该反应首次实现了C≡N键完全断裂同时转移N原子至有机化合物，而且方法简单方便，无需各种配体及添加剂即可得到一系列的芳香腈化合物。
　　(2)以CuCl/O2为氧化体系，利用在线组合“CN”单元实现氰基化策略合成氰基吲哚化合物。在DMAc中，以N-取代吲哚化合物为底物、四甲基乙二胺TMEDA提供碳源、乙腈为氮源，三者串联一锅法合成3-氰基吲哚化合物。经试验得到如下最好条件:在氧气氛围中，加入摩尔比为1∶1.3的N-甲基吲哚和CuCl、1.0 mL乙腈∶DMAc(7∶3)混合溶剂、2.0当量TMEDA，于130℃下反应24 h。在此基础上进一步扩大底物范围，合成了25种3-氰基吲哚化合物，产率为54％～94％。此方法新颖、简便，并且具有较好的官能团耐受性及底物适用性，具有一定的合成应用前景。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 铜催化／促进的氰化反应

1．1．1 铜催化／促进芳香化合物与金属氰化试剂M-CN的偶合反应

1．1．2 铜催化／促进芳香化合物与C-CN断裂的氰基化反应

1．1．3 铜催化／促进芳香化合物与组合CN的氰化反应

1．2 过渡金属／酶催化C≡N键的断裂

1．2．1 酶催化C≡N键断裂

1．2．2 过渡金属催化C≡N键断裂

1．3 本课题研究内容

第2章 铜促进乙腈氮转移合成芳香腈类化合物的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 铜促进乙腈氮转移合成芳香腈类化合物的反应研究

2．2．3 铜促进乙腈氮转移合成芳香腈类化合物的底物拓展

2．2．4 铜促进乙腈氮转移合成芳香腈类化合物的机理研究

2．3 本章小结

2．4 产物表征核磁数据

第3章 铜促进吲哚3位C-H键活化合成氰基化合物

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 铜促进吲哚3位C-H键活化和氰基化的反应研究

3．2．3 N-取代吲哚原料的合成及表征

3．2．4 铜促进吲哚3位C-H键活化合成氰基化合物的底物拓展

3．2．5 铜促进吲哚3位C-H键活化合成氰基化合物的的机理研究

3．3 本章小结

3．4 产物表征核磁数据

结论与展望

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录

致谢