镍催化的串联芳基化/环化反应及氰基化反应研究

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近年来镍催化的有机反应由于高效和高选择性以及催化剂价格低廉等因素引起了人们的广泛关注。本论文主要开展了镍催化的炔-氰与芳基硼酸的串联芳基化/环化反应、氯代芳烃或杂芳烃的氰基化反应以及炔烃(内炔和末端炔)的氢氰化反应研究。  在第一部分工作中,我们开展了镍催化的邻氰基苯基炔丙醚类化合物与有机硼酸的串联芳基化/环化反应,高效地构筑了各种取代的1-萘胺类化合物。该反应通过镍催化的芳基硼酸对炔烃形式上的反式加成反应,以及烯基镍中间体与分子内氰基的亲核加成反应,以6-exo-dig的关环方式形成了具有环内双键的环化产物。通过对反应机理研究,我们也分离得到了具有催化活性的一价镍物种,证明了该反应可能经历了一价镍的催化循环路径。  在第二部分工作中,我们成功地实现了镍催化的氯代芳烃/杂芳烃同毒性相对较小的氰化锌的高效氰基化反应。该反应以廉价易得的NiCl2·6H2O为催化剂,dppf为配体,Zn粉为还原剂在温和的反应条件下高效地实现了反应活性较差的氯代芳烃或杂芳烃的氰基化反应。通过对反应机理研究,我们推测该反应可能经历了Ni(0)/Ni(Ⅱ))的催化循环路径,研究并发现了DMAP在该反应体系中可能起到了双重的活化作用,即作为添加剂活化氰化锌促使转金属的发生,以及作为协同配体活化镍中间体促使还原消除一步的发生。另外,芳基溴化物和芳基碘化物也适用于该反应。值得指出的是,在以往的报道中该类反应主要局限于溴代芳烃或碘代芳烃,而来源广泛价格低廉的氯代芳烃研究的较少,且存在较大的问题如反应条件苛刻,底物普适性差、使用贵金属催化剂和昂贵的配体等。  在第三部分工作中,我们以廉价的NiCl2·6H2O为催化剂,Xantphos为配体,乙腈和水为混合溶剂在温和的反应条件下高效地实现了内炔同毒性相对较小的氰化锌的高立体和区域选择性的氢氰化反应。该反应具有良好的底物普适性和官能团兼容性,对称和非对称取代的炔烃均可以良好的收率和区域选择性得到相应的氢氰化产物。另外,通过选择合适的配体,可以选择性地得到炔烃的顺式或反式氢氰化产物。需要指出的是,在该反应中毒性相对较小的氰化锌提供了“氰”源,绿色环保的水则提供了“氢”源,避免了使用剧毒的氢氰酸,具有操作简单、安全高效等特征。该反应为烯基氰类化合物的实验室合成和工业生产提供了重要的应用前景。  在第四部分工作中,我们成功地发展了镍催化的末端炔烃同较低毒性的氰化锌的高区域选择性的氢氰化反应,在温和的反应条件下高效地得到马氏加成产物。需要指出的是,区域选择性的调控通常是末端炔烃氢氰化反应中的一个难题,该反应对于芳基末端炔和非活化的烷基末端炔均可以良好的收率和区域选择性得到马氏加成产物。此外,该反应也可应用于复杂药物分子的后期官能团化修饰和放大量实验研究,进一步印证了该反应重要的应用价值。通过对反应机理的研究,进一步确定了产物烯基氰上的氢来源于水,并且说明该反应主要是以顺式氢氰化的方式进行的。我们推测水在反应体系中可能起到了促进氰化锌溶解和提供氢源的双重作用。
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