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相转移催化剂(Phase-Transfer Catalysts, PTC)是构筑有机化合物的利器，自发现伊始，高效的催化性能、温和的反应条件、友好的环境兼容，使其成为绿色有机合成的典范。环碳酸酯和2-噁唑啉酮是重要的合成砌块，前者在聚碳酸酯、燃料电池等材料领域应用广泛，后者常见于药物(如利奈唑胺linezolid、泰迪唑胺Tedizolid等)结构中。在相转移催化剂存在下，通过环氧乙烷衍生物环加成固定CO2，是制备环碳酸酯的捷径；利用伯胺、环氧乙烷衍生物和CO2三组分“一锅法”反应是制备2-噁唑啉酮的简便方法。
本论文研究工作根据双官能团相转移催化的优点，设计合成了一系列新型双官能团相转移催化剂，并具体考察了其在催化①环氧乙烷衍生物环加成固定CO2反应制备环碳酸酯②伯胺、环氧乙烷衍生物和CO2三组分“一锅法”反应制备2-噁唑啉酮③异氰酸酯与环氧乙烷衍生物合成2-噁唑啉酮三类反应中的催化效能。
论文具体内容包括以下四个部分：
1.从市售试剂N-(2-氨乙基)吡咯烷、N-(2-氨乙基)吗啡啉、二茂铁等原料出发，通过2~3步反应，分别引入脲基、硫脲基和方酰胺等基团，合成了10个新型非手性双官能团相转移催化剂(Achiral Phase-Transfer Catalysts, APTCs)和14个手性双官能团相转移催化剂(Chiral Phase-Transfer Catalysts, CPTCs)。其结构中同时含有季铵(鏻)催化中心和氢键给体基团，所有合成的催化剂都经1HNMR、13CNMR、HRMS等图谱进行了结构确证。
2.考察了上述合成的非手性双官能团相转移催化剂(APTCs)催化苯氧甲基环氧乙烷环加成固定CO2的反应，根据催化剂结构、反应溶剂、以及反应温度等因素的不同对反应产率的影响，筛选出了最优反应条件，并进行了底物拓展。在最优条件下(2.5mol%APTC-1、1atmCO2、80℃、24h)，所有环氧乙烷底物均可生成环碳酸酯，产率高达91%。
3.初步探索了合成的手性双官能团相转移催化剂(CPTCs)催化活化CO2动力学拆分外消旋环氧乙烷衍生物，在1.0mol%CPTCs、1atmCO2、80℃、24h条件下，以26%产率和21.7%ee获得手性环碳酸酯，选择因子s达到1.7。该反应的条件还在进一步优化中。初步探索了非手性双官能团相转移催化剂(APTCs)催化伯胺、环氧乙烷衍生物和CO2三组分“一锅法”反应制备2-噁唑啉酮的反应。
4.以缩水甘油苯基醚和4-氯苯基异氰酸酯反应作为合成2-噁唑啉酮的模板反应，考察合成的非手性相转移催化剂(APTCs)、溶剂、温度以及催化剂用量对该反应产率的影响，筛选出最优反应条件(2.5mol%APTC-1、氯苯为溶剂、100℃、12h)，并进行了底物拓展，所有底物以大于5/1的区域选择性获得2-噁唑啉酮主产物，一些底物可以定量反应生成单一的2-噁唑啉酮产物。在此基础上，对2-噁唑啉酮类抗生素——利奈唑胺关键中间体的合成进行了初步探索。
以上实验结果表明，我们合成的双官能团相转移催化剂通过两种基团的协同催化作用，在活化固定CO2以及利用异氰酸酯制备2-噁唑啉酮的反应中均能获得较好结果，为绿色合成环碳酸酯和2-噁唑啉酮等重要药物砌块提供新的选择。
本论文研究工作根据双官能团相转移催化的优点，设计合成了一系列新型双官能团相转移催化剂，并具体考察了其在催化①环氧乙烷衍生物环加成固定CO2反应制备环碳酸酯②伯胺、环氧乙烷衍生物和CO2三组分“一锅法”反应制备2-噁唑啉酮③异氰酸酯与环氧乙烷衍生物合成2-噁唑啉酮三类反应中的催化效能。
论文具体内容包括以下四个部分：
1.从市售试剂N-(2-氨乙基)吡咯烷、N-(2-氨乙基)吗啡啉、二茂铁等原料出发，通过2~3步反应，分别引入脲基、硫脲基和方酰胺等基团，合成了10个新型非手性双官能团相转移催化剂(Achiral Phase-Transfer Catalysts, APTCs)和14个手性双官能团相转移催化剂(Chiral Phase-Transfer Catalysts, CPTCs)。其结构中同时含有季铵(鏻)催化中心和氢键给体基团，所有合成的催化剂都经1HNMR、13CNMR、HRMS等图谱进行了结构确证。
2.考察了上述合成的非手性双官能团相转移催化剂(APTCs)催化苯氧甲基环氧乙烷环加成固定CO2的反应，根据催化剂结构、反应溶剂、以及反应温度等因素的不同对反应产率的影响，筛选出了最优反应条件，并进行了底物拓展。在最优条件下(2.5mol%APTC-1、1atmCO2、80℃、24h)，所有环氧乙烷底物均可生成环碳酸酯，产率高达91%。
3.初步探索了合成的手性双官能团相转移催化剂(CPTCs)催化活化CO2动力学拆分外消旋环氧乙烷衍生物，在1.0mol%CPTCs、1atmCO2、80℃、24h条件下，以26%产率和21.7%ee获得手性环碳酸酯，选择因子s达到1.7。该反应的条件还在进一步优化中。初步探索了非手性双官能团相转移催化剂(APTCs)催化伯胺、环氧乙烷衍生物和CO2三组分“一锅法”反应制备2-噁唑啉酮的反应。
4.以缩水甘油苯基醚和4-氯苯基异氰酸酯反应作为合成2-噁唑啉酮的模板反应，考察合成的非手性相转移催化剂(APTCs)、溶剂、温度以及催化剂用量对该反应产率的影响，筛选出最优反应条件(2.5mol%APTC-1、氯苯为溶剂、100℃、12h)，并进行了底物拓展，所有底物以大于5/1的区域选择性获得2-噁唑啉酮主产物，一些底物可以定量反应生成单一的2-噁唑啉酮产物。在此基础上，对2-噁唑啉酮类抗生素——利奈唑胺关键中间体的合成进行了初步探索。
以上实验结果表明，我们合成的双官能团相转移催化剂通过两种基团的协同催化作用，在活化固定CO2以及利用异氰酸酯制备2-噁唑啉酮的反应中均能获得较好结果，为绿色合成环碳酸酯和2-噁唑啉酮等重要药物砌块提供新的选择。