磷、氮路易斯碱促进下基于联烯酸酯和MBH烯丙基化合物的碳-碳键形成反应新探索

摘要

实现高效的碳-碳键形成反应是有机合成化学的重要研究内容。作为有机路易斯碱，叔膦、叔胺参与下的有机合成反应通常具有反应条件温和、无金属参与和操作简单等优点，为碳.碳键构建提供了高效的途径，近年来得到了广泛的关注。本论文结合文献中叔膦、叔胺参与的有机合成反应的特点，设计并探索了叔膦、叔胺参与的碳-碳键形成新反应，实现了包括环丙烷化反应、烯化反应、vinylogous Wittig反应、[4+2]环化反应和[2+2+2]环化反应等五类新反应。论文主要分为以下六部分：
　　 第一章扼要综述了近年来倍受关注的联烯酸酯和Morita-Baylis-Hillman(MBH)烯丙基化合物在叔膦、叔胺参与下的有机合成反应类型。通过对文献工作的总结与分析，提出了本论文的研究课题。
　　 第二章介绍了叔膦参与下联烯酸酯与醛的反应研究背景。发现了PPh3促进下α-取代联烯酸酯与芳香醛的还原环丙烷化反应。对反应条件、底物范围和机理进行了研究。该反应代表了叔膦参与下联烯酸酯与醛的环化反应新模式，也是首例叔膦作用下联烯酸酯与亲电试剂构建三元环的环化反应，同时，该反应还提供了一条构建乙烯基环丙烷化合物的便捷途径。
　　 第三章扼要介绍了原位生成的磷叶立德参与的Wittig反应研究背景。实现了PBu3参与下α-取代联烯酸酯与醛的高度立体选择性烯化反应。在优化的条件下，反应展示了较宽的底物适用范围、优秀的立体选择性和良好的化学选择性，为合成1，2，3，4-四取代1，3-丁二烯化合物提供了简单的路线。机理研究表明，反应经历了PBu3与α-取代联烯酸酯原位生成烯丙基磷叶立德与醛的Wittig反应过程。研究结果还揭示出叔膦对化学反应性的调控能力。
　　 第四章介绍了vinylogous Wittig反应的相关研究背景。研究了PBu3参与下、α-甲基联烯酸酯与醛的vinylogous Wittig反应。对该反应的条件和底物范围进行了考察，实现了第一例具有合成价值的vinylogous Wittig反应。通过氘代实验，中间体捕获和核磁跟踪实验等手段，对反应机理展开了详细的研究，结果表明反应机理经历了水/膦共同参与的磷叶立德1，3-烯丙位重排过程，而非文献中普遍接受的retro-Diels-Alder反应过程。有关反应机理的研究结果还为叔膦催化下α-取代联烯酸酯的相关反应机理提供了重要证据。
　　 第五章比较了联烯酸酯和MBH烯丙基化合物，在叔膦催化下分别发生的环化反应类型的异同。通过对MBH烯丙基化合物结构的改变以及反应条件的筛选，成功实现了DABCO催化下，MBH烯丙基化合物作为四碳合成子发生的[4+2]环化反应。反应底物范围宽广，操作简单，为合成环己烯、四氢哒嗪、蒽醌和重要的螺环化合物提供了简单有效的途径。研究结果同时揭示了叔胺与叔膦迥异的催化性能。
　　 第六章扼要介绍了有机小分子促进的碳氢活化反应的研究背景。发现了DABCO催化下，γ-甲基取代的MBH烯丙基化合物通过惰性的高烯丙位甲基参与成键，与双氰基活化烯发生了[2+2+2]环化反应，以高度顺式选择性合成了多取代环己烷化合物。该反应代表了MBH烯丙基化合物在路易斯碱催化下首次作为二碳合成子参与的环化反应，同时也是一例路易斯碱催化下的sp3-碳氢活化反应。