水相胶束中金属Pd催化NH-亚砜亚胺和芳基溴化物的N-芳基化反应

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由于其独特的物理化学和生物学性质,N-芳基亚砜亚胺在合成化学、药物化学等诸多领域中存在广泛的应用。在不对称合成中,N-芳基亚砜亚胺是重要且用途广泛的手性辅助剂、配体和催化剂。在农业化学方面,亚砜亚胺是一种新型、独特的昆虫控制剂,例如氟啶虫胺腈。在药物化学方面,N-芳基亚砜亚胺是许多具有生物活性药物的重要组成部分,在抑制剂(抗癌、抗哮喘、抗HIV和抗微生物)等药物分子中有着突出的表现。目前为止,N-芳基亚砜亚胺的合成方法多有报道,这些合成方法大体可以分为三类:1)过渡金属催化,常用金属催化剂包括Pd,Cu,Fe,Ni等;2)非金属催化;3)光催化;4)电催化。由于其底物适用范围广、催化活性高,过渡金属催化C-N键偶联合成N-芳基亚砜亚胺仍然是目前最常采用的方法。上述N-芳基亚砜亚胺的合成都是在有机溶剂中进行,并且金属催化剂用量较高,反应时间较长,导致反应成本高,而且会对环境造成极大的污染。随着绿色化学的发展,如何充分利用资源,减少排放化学污染物,提高原子经济性已经成为时代发展的主题。N-芳基亚砜亚胺在药物分子中的应用一直受到化学家的广泛关注,因此对其合成方法的改进迫在眉睫。利用水作为溶剂实现化学转化符合绿色化学基本原则,已成为绿色化学重要研究方向之一。与有机溶剂相比,水对环境的危害较小,价格低廉,安全系数高。然而,大部分有机物在水中的溶解度小,导致水相有机合成困那重重。为了解决有机物的溶解度问题,可在水相中加入表面活性剂,其在水相自聚集中形成胶束。胶束的疏水性内核可起到“纳米微反应器”的作用,有利于有机反应物在这些“纳米反应器”中的自富集,从而增加局部反应浓度,提高反应效率,缩短反应时间,即“胶束作用”。因此,本论文设计并研究了胶束中Pd催化NH-亚砜亚胺和芳基溴代物在水相中的偶联反应。通过筛选催化剂的种类和用量、碱的种类、反应温度、反应时长等条件,最终确定了最佳反应条件:1 equiv.NH-亚砜亚胺,1 equiv.芳基溴代物,0.5 mol%t-BuXPhos-Pd-G3,1.5 equiv.(0.3 mmol)NaOH,1mL2wt%TPGS-750-M/H2O,80℃,0.1 MPa N2 下反应。在胶束催化的条件下,反应时长大大缩短,仅需要15 min即可完成反应,且底物适用性广、收率高,一共得到28种N-芳基亚砜亚胺类化合物。本文对以上N-芳基亚砜亚胺类化合物都进行了熔点、低分辨质谱或高分辨质谱、核磁共振氢谱(1H NMR)、以及碳谱(13CNMR)的测试和表征。综上,本论文为合成N-芳基亚砜亚胺和双亚砜亚胺产物提供了一种绿色环保、反应时间短且底物范围广泛的新方法。
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