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“工欲善其事,必先利其器”,所谓“器”者“方法、工具、途径”也。合成方法学是开发、研究新反应,建立一系列较系统的能够用于合成中的有机反应,实现化合物之间的转换,是有机合成的“利器”。因此对于新合成方法的研究和探索一直是有机化学过去、现在乃至将来的热点领域。复杂天然产物的合成依赖于方法,同样材料科学的发展也依赖于合成方法学的发展。所以说合成方法学的发展(多样性、选择性、效率性)直接关系到人们生产生活水平的发展与提高。 烯烃是石油产业的副产物,廉价易得,转化后的各种产物具有重要的价值,因此烯烃的进一步转化在有机化学中有着非常重要的地位,受到了广泛的关注。有机过氧化物是一类重要的多功能氧化型引发剂,可以作为引发剂、氧化剂和官能团试剂等。本论文利用多功能型有机过氧化物促进烯烃官能团化反应,发展从烯烃出发高效地构建碳碳键或碳杂键的合成方法学,这对于合成天然产物和生理活性药物具有重要的意义。 (一)有机过氧化物促进的烯烃甲基或乙基化反应:Heck反应在有机合成中是构建碳碳键的重要方法之一,芳基Heck反应的发展比较成熟,而烷基Heck反应容易产生β氢消除生成烷基烯烃副产物,反应难度较大。在烷基Heck反应中短链烷基Heck反应,尤其是甲基Heck反应是该类反应难点中的难点,到现在还没有一个商业化的试剂可以解决这个难题。本论文为了解决这一问题,发展了多种有机过氧化物作为甲基或乙基源,采用廉价的三价铁催化进行甲基或乙基Heck反应,得到高达99%收率的单一构型产物。多种类型的烯烃在体系中都有良好的反应性,体系的官能团兼容性也很好。利用该反应体系对多种天然产物和药物分子进行后期修饰。该反应体系的条件简单温和、环境友好,采用商业化的试剂,为天然产物和药物分子的后期修饰方面提供了高效的方法。 (二)有机过氧化物促进的烯烃碳胺化反应合成γ-胺基酸衍生物:烯烃胺碳化反应是同时构建碳碳键和碳氮键非常有效的合成策略。目前烯烃的碳胺化反应的工作主要集中在分子内的反应,而对分子间的碳胺化反应报道较少,也是一个较难克服的问题。γ-氨基丁酸(GABA)能够参与多种代谢活动,是重要的抑制性神经递质。利用过氧化苯甲酰作为引发剂,发展了铜催化的烯烃碳胺化反应体系,可以高效地从廉价的烯烃制备GABA衍生物。乙腈在该反应体系中即作为碳源又作为氮源对烯烃进行双官能团化。苯乙烯类、普通烯烃和内烯类底物在该反应中都可以得到中等到良好的收率;各种官能团在体系中也具有良好的兼容性。对产物进行衍生化转化,合成了取代的吡咯烷和吡咯烷酮等核心结构。通过机理实验和密度泛函理论计算深入地考察了该体系的反应机理,并提出了自由基-离子交叉反应机理。 (三)有机过氧化物促进的无金属催化非活化烯烃胺卤化反应:邻胺基卤代物是药物合成中非常重要的中间体。烯烃的胺卤化反应是制备邻胺基卤代物非常直接有效的合成方法。目前多数的烯烃胺卤化反应是以过渡金属进行催化反应,对于无金属催化的非活化烯烃分子间的胺卤化反应报道的比较少,且烯烃胺卤化反应大多数以磺酰胺类为氮源,其难以脱保护。利用LPO作为引发剂,N-氯代酞酰亚胺作为氮源和氯源,对非活化烯烃进行分子间双官能团化,高效且区域选择性的生成邻胺基卤代物。该反应无需金属催化剂,可避免药物合成中金属催化剂残留难以去除问题;原子经济性好,环境友好并且具有宽广的官能团容忍性。在简单温和的条件下对苯邻二甲酰亚胺基团进行脱保护,生成β-氯代胺,并进一步合成具有抗菌活性药物的核心结构-嗯唑烷酮。 (四)有机过氧化物促进的烯丙位氧化反应:烯烃的烯丙位碳氢键氧化可以直接将C-H键转化成C-O键合成烯丙基酯类药物中间体。对于链状烯烃烯丙位氧化生成支链型烯丙基酯的研究有待进一步发展。利用过氧化苯甲酰作为氧化剂,在一价铜催化下,对烯烃烯丙位碳氢键氧化合成支链型烯丙基酯类化合物。该体系在温和条件下具有良好的收率和区域选择性,底物的适用范围也很宽,包括环状烯烃、链状端烯和内烯等。通过机理研究,提出了自由基的反应历程。 综上所述,本文通过研究有机过氧化物的裂解行为,利用有机过氧化物的多功能性,发展了烯烃官能团化反应,包括烯烃甲基或乙基Heck反应、烯烃分子间碳胺化反应合成γ-氨基酸衍生物、无金属催化非活化烯烃分子间胺卤化反应和烯丙位氧化合成支链型烯丙基酯。本论文的引言部分对有机过氧化物的应用和上述四类反应的代表性体系及其存在的困难、挑战和机遇作了介绍。