双锂试剂在有机合成中的应用研究

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本论文工作主要分为两个部分。第一部分是关于硅杂环戊二烯(silole)衍生物新型合成方法的开发和该类化合物反应性的研究;第二部分是对1,4-二锂-1,3-丁二烯衍生物(简称二锂试剂)新反应的研究,以及基于该类试剂特殊反应性所开发的一些结构复杂化合物的新型合成方法的发掘。   首先,简易高效地实现silole的多样化合成不仅对于材料科学的发展十分重要,同时也是有机合成和有机硅化学中十分有价值的研究方向。在这一部分中,作者发现了一类以硅桥联二炔为起始物的合成silole的新方法。从硅桥连二炔出发经由锆杂环戊二烯和1,4-二碘-1,3-丁二烯中间物种可以简易高效地合成锂代silole衍生物。与目前最有效的silole合成法-Tamao-Yamaguchi方法中硅桥联二炔所体现出的两个叁键同时参与反应的模式不同,在这一新方法中,硅桥联二炔中两个叁键体现出不同的反应性,其中只有一个叁键最终参与到silole的形成中,另一个叁键则没有在产物中得到表达,而是最后以离去基的形式促进反应的进行。由此制备的锂代silole不仅可以很容易进行官能团化从而形成多样的silole衍生物,而且突破了Tamao-Yamaguchi方法中对硅桥联二炔取代基的限制。通过此方法还能够方便的合成多种用其它方法难以得到的具有复杂结构的桥联silole二聚体衍生物。在进行合成方法探索的同时,作者还对硅基取代二锂试剂制备锂代silole的反应机理进行了研究。通过多方面的实验证明了作者提出的反应机理,即1-锂-1硅基-碳碳键构型的翻转以及接下来分子内对硅的亲核进攻切断碳硅键形成silole环的过程。   第二,虽然silole本身具有丰富的结构特点,但是由于种种原因,其反应性的研究进展一直相对较少。在这一部分中,作者对多取代silole衍生物的新型开环反应进行了初步的研究。通过醋酸的参与,silole衍生物能够在三氟乙醇中高产率高选择性的经由碳硅键的切断而开环最终立体专一的形成硅基取代的共轭二烯产物。绝大多数的silole衍生物都能高选择性地顺利反应,以较好的产率得到单一的开环产物。作者同时还对反应机理做了初步的探讨,研究了空间效应和电子效应对反应的共同影响。   第三,在对silole化学展开研究的同时,作者还进行了对二锂试剂新反应的研究和探索,发现了二锂试剂在氯化亚铜的促进下与一氧化碳发生的新反应。和之前所报道的二锂试剂与一氧化碳生成3-环戊烯酮的反应不同,在加入氯化亚铜后,反应选择性的生成环戊二烯酮衍生物或其[2+2]二聚体。反应具有十分有趣的基于取代基的化学选择性。对于全烷基取代的底物反应主要生成环戊二烯酮二聚体;而对于含有硅基或者芳基的底物反应则单一的生成环戊二烯酮。对反应机理的初步研究表明,环戊二烯酮二聚体并非由体系中的相应单体直接聚合形成,而是经由一系列分子间或分子内的碳碳键形成过程从二锂试剂开始而得到的,是一类新的反应路径。   最后,作者进一步将二锂试剂的特殊反应性应用到结构复杂的化合物合成中,发现了一类制备2,6-双氮杂半瞬烯(2,6-Diazasemibullvalene)的新方法。氮杂半瞬烯作为半瞬烯的等电子体是理论化学中一个很独特的模型,然而对其合成方法的报道几乎处于空白。在这一部分中,作者利用本研究室所发现的通过二锂试剂制备双吡咯啉的策略,结合文献报道的唯一一例制备2,6-Diazasemibullvalene的方法,通过溴化后消除的途径制得了具有各种取代基团的2,6-Diazasemibullvalene衍生物,并初步对这类化合物的性质如核磁和稳定性等多个方面进行了研究。这是首次较系统和全面的对azasemibullvalene衍生物的制备和研究。更重要的是,基于以上研究作者还发现了非常有意义的从二锂试剂和腈“一锅煮”直接合成2,6-Diazasemibullvalene的反应,其中包括“负离子关环”和“自由基关环”两种不同手段。二者都具有很高的效率和选择性,有望成为一类新型实用的制备该类化合物的有效方法。   除此之外,作者在日本理化学研究所交流学习期间还开展了有关磷硅烯类化合物的合成及表征研究,相关工作在附录Ⅱ中进行了相关介绍。
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