Rh和Co催化的C(sp2)-H键活化反应研究

摘要

导向基团导向的碳氢键活化反应是一种具有优良原子经济性的合成方法，目前已被广泛应用于构筑碳碳、碳杂键和各种杂环结构。其中，贵金属络合物是碳氢键活化反应中最为常用的催化剂。然而由于贵金属的价格和毒性，近些年来环境友好的廉价过渡金属催化剂日益受到科学家的关注。本文以烯胺和酯基导向的过渡金属催化碳氢键活化反应为研究内容，研究了廉价过渡金属催化的C(sp2)-H官能化反应和铑催化的烯基C(sp2)-H官能化反应。
　　本研究主要内容包括：⑴以烯胺为导向基团成功实现了铑催化烯基 C(sp2)-H乙酰氧化反应。在该反应中醋酸铜不仅是一种有效的乙酰氧基来源，而且还作为氧化剂实现反应催化循环。该反应展现了良好的选择性，所有产物均是 Z-式乙酰氧化产物。分子间的同位素效应(KIE)研究表明该反应中C(sp2)-H键的断裂可能是可逆的。⑵吡咯是一种重要的五元杂环化合物，其广泛存在于天然分子和药物结构当中。尽管贵金属（如铑、钌和钯）催化烯胺和内炔合成吡咯的反应已经成功实现，然而依然有必要发展廉价金属催化合成吡咯的方法。本论文报道了一种钴催化烯胺和内炔合成多取代吡咯的反应。和之前钯催化合成吡咯的反应相比，钴催化体系表现出了良好的区域选择性，不对称内炔只得到单一吡咯产物。该反应反应条件温和、底物范围广、反应产率高，是一种良好的合成多取代吡咯方法。⑶发展了钴催化烯胺和乙酸烯丙酯或马来酰亚胺的偶联反应。该反应条件温和并且具有良好的官能团兼容性。除了乙酸烯丙酯，环氧乙烷和环丙环的烯基衍生物也能作为烯丙基化试剂参与反应。在烯丙基化反应条件下，马来酰亚胺也能高效地和烯胺反应得到含有丁二酰亚胺取代的烯胺。⑷茚酮是一种重要的五元碳环化合物，其广泛存在于天然分子和药物结构当中。发展了一种有效钴催化苯甲酸酯和内炔合成茚酮的反应。电子效应对该反应有很大影响，吸电子基团取代苯甲酸酯反应活性很低。该反应关键中间体也被 MALDI-TOF高分辨质谱捕获证明。分子间氘代实验表明该反应 C-H键活化步骤是反应决速步。

目录

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致谢

第1章 过渡金属催化的导向碳氢键活化反应概述

1.1 引言

1.2 含氮原子导向的碳氢键活化反应

1.3 含氧原子导向的碳氢键活化反应

1.4原位导向基团导向的C-H活化反应

本章小结

参考文献

第2章 铑催化酰胺导向的烯胺烯基sp2C-H乙酰氧化反应

2.1 研究背景

2.2 反应条件的优化

2.3 反应底物的拓展

2.4 反应机理的探讨

2.5 实验部分

2.6 化合物结构表征

本章小结

参考文献

第3章 钴催化烯胺和炔烃合成吡咯的反应

3.1 研究背景

3.2 反应条件的优化

3.3 反应底物的拓展

3.4 克级实验

3.5 反应机理的探讨

3.6 实验部分

3.7 化合物结构表征

本章小结

参考文献

第4章 钴催化烯胺和乙酸烯丙酯/马来酰亚胺的反应

4.1 研究背景

4.2 反应条件的优化

4.3 反应底物的拓展

4.4 反应拓展以及产物的衍生化

4.5 反应机理

4.6 实验部分

4.7化合物结构表征

本章小结

参考文献

第5章 钴催化苯甲酸酯和炔合成茚酮的反应

5.1 研究背景

5.2 反应条件的优化

5.3 反应底物的拓展

5.4 反应机理的研究

5.5 实验部分

5.6化合物结构表征

本章小结

参考文献

总结与展望

附录一 化合物一览表

附录二 缩略语 (Abbreviations)

附录三 部分化合物的谱图

博士期间发表的论文