基于多步氧化脱氢/环加成反应合成1,2,3-三唑化合物

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1,2,3-三唑是一种具有三个相邻氮原子的五元杂环化合物,这种独特的结构使得1,2,3-三唑比相应的1,2,4-三唑异构体具有更高的热稳定性和抗氧化还原能力,同时它也是酰胺的生物电子等排体,能形成氢键和配位键,与多种分子发生相互作用。由于其结构的特殊性,1,2,3-三唑也成为许多药物分子中的重要结构单元,其中官能化的(19)-酰基-1,2,3-三唑同时含有羰基和三唑环,因此可作为氢键受体和供体,在药物设计和应用中就有着广泛的应用前景。但是到目前为止,其合成方法并不多见,且所报道的合成方法在原料易得性、反应条件、底物适应性方面均有所局限。因此探索一种简单高效的(19)-酰基-1,2,3-三唑合成方法是非常有必要的。本论文以4-酰基取代的1,2,3-三唑为合成研究对象,首先通过对合成路线进行设计分析,确定路线可行性,然后选取简单易得的具有(C(sp~3)-H)结构的烷基酮(或醇)与有机叠氮化物为反应原料,通过串联氧化(脱氢)和环加成反应策略,高效的合成了一系列4-酰基取代的1,2,3-三唑,同时对该反应的条件进行了优化,探索了反应的底物范围,以及通过相关控制的实验对反应机理进行了探讨。本论文的主要研究内容如下:一、以含有不同取代基的芳基丙/丁酮或者芳基丙/丁醇为起始原料和有机叠氮反应生成4-酰基1,2,3-三唑化合物为研究目标,通过对反应条件的探索,得出了两组不同的反应条件,均能以90%以上的收率得到目标产物。(1)Cu(OTf)2作为催化剂,2,2’-联吡啶作为配体,TEMPO作为助催化剂,三乙胺作为碱,碳酸二甲酯作为溶剂,空气中的氧气作为氧化剂,在90 oC下反应;(2)CuO作为催化剂,TEMPO作为助催化剂,30%的H2O2(过氧化氢)水溶液作为氧化剂,甲苯为溶剂,在100 oC下反应;根据底物的特点可以选择这两种不同的反应条件,使得芳基丙/丁酮或者芳基丙/丁醇和有机叠氮进行环加成反应得到4-酰基1,2,3-三唑。同时,还对底物耐受性进行了探究,一共合成了39种不同取代基的4-酰基1,2,3-三唑化合物。二、当我们使用苯丁酮与苄基叠氮反应时,除了得到我们的4-酰基1,2,3-三唑化合物外,还有非常少量的α,β-二羰基-三唑生成,受到该结果的启示,我们进一步的对反应条件进行了探索,使得反应能选择性的得到α,β-二羰基-三唑化合物。最后在Cu(OTf)2作为催化剂,PPh3作为配体,TEMPO作为助催化剂,TMAOH(25%的甲醇溶液)作为碱,甲苯作为溶剂,空气中的氧气作为氧化剂,在100 oC的条件下反应时,实现了α,β-二羰基-三唑的选择性合成,并且合成了11个不同的底物。三、根据上述实验中所得到的结果,我们分别对生成4-酰基和α,β-二羰基取代的三唑化合物进行了相关的控制实验,探索其反应过程并且推测出了该反应的机理。本论文开发了一种选择性合成4-酰基和4-二羰基三唑的简便方法,并且一共设计合成了50个三唑化合物,所有的底物均有相应的核磁(~1H,13C)谱图,所有未知底物均有高分辨数据,以及部分底物通过了单晶测试,均能得到证实。
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