杂环化学在近代有机化学中占有很重要的地位,其中含氮、含硫的杂环化合物在其中又占有很大的比例,它们在生物活性以及材料方面有着独特的应用价值。含氮、含硫的杂环化合物在OLED材料、荧光探针、精神病治疗药物以及抗癌药物方面都有广泛的应用。因此我们课题组一直致力于多元杂环化合物的高效合成和应用研究。第一部分新型聚集诱导荧光增强材料荧光材料的发现及应有已经有很长的历史。常规的荧光分子大部分是形如光盘的平面π体系,当分子浓度过高发生聚集时会发生分子间的平面π-π堆积,导致荧光淬灭,这就是常说的ACQ (Aggregation caused quenching)效应,这是常规荧光分子的固有缺陷。在七元环合成的过程中,我们意外的发现其中的一类中间体——吡啶并噻唑啉酮化合物在固体时有着很好的荧光特性,但是产品溶解于溶剂时并没有观察到荧光现象,这种现象与常规荧光材料十分不同。后来通过大量的实验验证,发现吡啶并噻唑啉酮化合物是一种特殊具有聚集诱导荧光增强效应(Aggregation induced emission)的特殊荧光分子。在溶液状态下发射荧光很弱,加入不良溶剂后发生分子聚集,荧光强度反而大大增强。这类具有AIE效应的荧光分子材料是2001年唐本忠院士最早发现提出的的,并且可以完美的克服常规荧光分子的固有缺陷。通过深入研究我们合成了一系列具有AIE效应的噻唑啉酮类衍生物并将其开发成了HSO3-和半胱氨酸的荧光探针。第一章：二氧化硫的水溶物——亚硫酸氢盐经常被用来做食品防腐剂。但是食用过量亚硫酸氢盐会导致人体过敏性哮喘、胃肠功能紊乱,长期食用更会致癌。市面上有许多被硫磺熏蒸过的食物和一次性餐具,它们的亚硫酸氢盐含量严重超标。为了快速的检测食品和餐具的污染程度,我们设计了一种新型的具有AIE效应的荧光探针。这种探针源自我们的一个意外发现。在合成抗抑郁类药物毗啶并硫杂卓衍生物时,我们意外的发现其中的一种中间体 2-苯基吡啶并噻唑啉-3-酮具有特殊的聚集诱导荧光增强特性。随后我们对化合物的荧光性质和AIE特性进行了的测试。同时利用化合物拥有与HS03-快速反应的特性,基于此我们设计一种亚硫酸氢根的快速检测荧光探针。第二章：我们进行了进一步的研究,又相继合成了多个吡啶并噻唑啉酮类衍生物,化合物均具有很好的聚集诱导荧光增强特性。利用化合物与含巯基氨基酸的反应特性,我们将其中的一个化合物N-(3,4,5-甲氧基)苯基吡啶并噻唑啉-3-酮开发成了半胱氨酸的探针,探针灵敏度较高,检测效果好。第二部分一锅法Smiles重排合成硫杂卓类衍生物论文的第二部分设计并合成了多个硫杂卓类的七元环化合物。硫杂卓类化合物在生物活性研究以及药物应用方面有着广阔的前景。其中很多硫杂卓类药物已经上市销售,例如治疗精神病的奎硫平、氯噻平等,在美国FDA销售排行榜也经常名列前茅。通常的硫杂卓类杂环化合物的合成方法步骤繁琐,反应条件苛刻。我们利用一锅法Smiles重排,通过六元螺环过渡态构建了N-S七元硫杂卓环,反应条件温和、高效,可以高产率的得到七元硫杂卓类杂环化合物。第一章介绍了在碳酸钾作碱,DMSO作溶剂,室温下通过一锅法Smiles重排构建吡啶并硫杂卓类衍生物的合成方法。利用不同取代基的硫代烟酰胺与二氯哒嗪酮,通过一锅法,室温下高产率的得到了十几种七元吡啶并硫杂卓类新化合物。后期又进行了反应机理的研究,通过调节碱的强弱,我们可以选择性的合成热力学优势的直接关环产品,或动力学优势的Smiles重排产物。产物构型通过单晶数据得到了佐证。通过一系列反应,我们证实可以利用碱的强弱,有效控制反应的区域选择性,在七元N-S环合成上有一定的参考价值。在第二章,我们对第一章的合成方法进行了进一步的扩展,通过硫代水杨酰胺、硫代烟酰胺与不同芳香双离去底物的反应,检测了反应方法的适用性。发现反应适应性好,对于不同的底物、不同的取代基,都能够高产率的得到目标产品。同时又第一次对七元环Smiles重排过程进行了理论计算,进一步确定了Smiles重排通过六元螺环过渡态构建N-S七元环的反应过程。通过理论计算证实Smiles重排的反应过程相对于直接关环的反应过程能垒更低,具有动力学优势。第三部分一锅法串联合成中氮茚类衍生物我们利用一锅法串联反应合成了一系列中氮茚和吲哚里西定的杂环骨架。利用酰基取代的毗咯与4-溴巴豆酸乙酯反应得到了多种不同化合物。随着毗咯R基团从甲基、一氯甲基、二氯甲基、三氯甲基的变化,不同反应机理的串联反应被发现。这些新型的串联反应可以用来发展中氮茚和吲哚里西定骨架的绿色、高效的合成方法。