光促吲哚C-H官能化反应

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可见光诱导有机合成反应是通过光催化剂在可见光照射下跃迁至激发态时所具有的氧化还原能力,进一步通过能量转移或单电子转移来激活反应物所发生的化学反应。与传统的化学合成方法相比,它具有原子经济性以及易于操作的特点,其反应条件温和、在室温下即可以进行、符合绿色环保的发展理念。但是使用均相光催化剂不仅会增加合成成本而且还不可避免的存在痕量金属残余,限制了在医药方面的广泛应用。随着绿色化学理念的深入人心,研究人员将研究重点转向不需要光催化剂参与的光促进有机合成。值得注意的是,在没有光催化剂参与的前提下,大多数光化学反应是通过底物分子形成具有光化学活性的电子给-受体(EDA)络合物而实现的。本论文以绿色化学为出发点,无任何光催化剂的前提下,利用EDA络合物为中间体实现了吲哚C-H键的C2-丙二酰官能化和C3-硫醚官能化。借助实验光谱学、密度泛函(DFT)理论计算等手段阐明上述反应的反应机理。主要内容包括:(1)第一章,本文首次报道了一种基于卤素键(XB)形成的EDA络合物作为反应中间体,实现了C2-丙二酰化吲哚高效合成的方法。通过吲哚与溴代丙二酸二乙酯的偶联反应,提供了一种在无需任何过渡金属或光催化,并有效获得多种功能化吲哚的途径。对照实验、光谱研究和密度泛函理论计算的综合机理研究表明,该反应中溴代丙二酸二乙酯和4-甲氧基三苯胺形成了EDA络合物,其在可见光照射下发生单电子转移产生丙二酰自由基,进而进攻吲哚产生最终的产物。此外,动力学同位素效应实验(KH/KD=0.91)表明吲哚的C-H键断裂可能不是反应的决速步。(2)第二章,本文首次报道了一种吲哚C3-硫醚化的无金属光化学策略。该反应中三苯基膦和对甲苯磺酰氯在室温下形成了具有光化学活性的EDA络合物,其在可见光驱动下与吲哚发生反应。使用这种简单温和的策略,能够以中等到优异的产率(85-95%)合成了一系列3-硫醚吲哚类化合物。与传统的方法相比,该合成策略是基于吲哚直接官能化的C-S键偶联反应。只需一步反应就可以实现C3-硫醚化吲哚的合成,且不需要过渡金属和光催化剂。
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