含氮有机化合物是独特的一类有机化合物。由于它们分子中含有的氮原子具有独特的理化特性,这类化合物也普遍具有与众不同的生理学活性。在众多的生物分子如:氨基酸、DNA、RNA等中普遍含有数量众多的氮原子。因此开展对含氮类有机化合物的研究就具有十分显著的现实意义。酰胺类化合物是一大类重要的含氮有机化合物。在对酰胺类化合物的研究时发现,此类化合物的生理活性十分显著。目前,有数目巨大的酰胺类化合物已经被应用于疾病的诊断和治疗。四环素作为一类具有菲烷母核的广谱抗生素,被广泛应用于治疗革兰氏阴性、阳性菌以及支原体、衣原体感染的治疗。卡马西平作为一种中枢神经系统药物被应用于抗惊厥、镇痛以及尿崩症的治疗。蒂清是一种二代烷化剂-咪唑四嗪类衍生物,广泛适用于多形性胶质母细胞瘤或间变性星形细胞瘤的治疗。丙吡胺的化学式为α-二异丙基氨基乙基-α-苯基吡啶-2-乙酰胺,适用于其他药物无效的危机生命的室性心律失常的治疗。由于酰胺类化合物具有如此卓越的应用价值。大量的研究人员投入到了此类化合物的合成之中。到目前为止,科学家们已经开发了许多成熟的策略来合成酰胺类化合物:(1)羧酸以及其类似物的直接氨化反应;(2)端基炔、芳基甲基酮、芳基伯醇以及伯胺的氧化氨化反应;(3)芳基卤化物的氨基羰基化反应;(4)腈类化合物的水解。这些高效便捷的合成策略的开发极大地促进了酰胺类化合物的合成与应用。然而我们也清楚地知道,官能团的转化一直是有机化学研究的重点与难点。如果能研发出新颖的酰胺类化合物的合成方法,一定能使这一领域的化学研究趋于完美。N-甲氧基苯甲酰胺是一类特殊的含氮类化合物。在这类化合物中,氮原子不仅与强吸电性的羰基相连,而且与强推电性的甲氧基相连。在“Push”和“Pull”的作用下,N-甲氧基苯甲酰胺中的氮原子比普通酰胺化合物中的氮原子具有更强的亲核性,使得此类化合物的理化特性更加与众不同。而在实际的研究实践中,研究人员通常将N-甲氧基苯甲酰胺作为一种特别的导向基团,来实现芳环的选择性的官能团化。余金权教授课题组通过利用醋酸钯作为催化剂,实现了烷基甲氧胺酰胺β位碳氢键的活化以及选择性的芳基化。紧接着在2009年,袁教授课题组同样利用醋酸钯对碳氢键的活化作用,实现了N-甲氧基苯甲酰胺邻位的高效率的烷氧基化。在2012年浙江大学化学系的麻教授课题组报道了钌催化下的N-甲氧基苯甲酰胺的高选择性的烯丙基化反应。大连物化所的李教授和台湾国立清华大学化学系的郑教授分别在2014年和2016年报道了在铱和钌的催化作用下,使用高价碘的炔基化试剂实现了N-甲氧基苯甲酰胺选择性的炔基化。2017年,天津大学药学院黄教授课题组报道了在醋酸钯的催化下,N-甲氧基苯甲酰胺选择性的单烷基化反应,并合成了一大批α位烷基化的N-甲氧基苯甲酰胺。而N-甲氧基苯甲酰胺邻位选择性的放射性碘化也被Thomas Cailly教授课题组进行了详细的研究。我们课题也利用N-甲氧基苯甲酰胺中氮原子的强亲核性,开展了一系列研究。在2013年,我们课题组报道了在NBS的氧化介导下,N-甲氧基苯甲酰胺可以高效地转变为相应酯类化合物。此方法可以用于高效的合成一系列大位阻的苯甲酸烷基酯。这些酯类化合物是不易由传统的方法合成得到的。我们课题组也连续报道了在高价碘的介导下,N-甲氧基苯甲酰胺类化合物被应用于高效合成一系列复杂的杂环类化合物。在最近我们课题组对N-甲氧基苯甲酰胺开展的相应的研究中,我们发现在重金属的还原作用下N-甲氧基苯甲酰胺可以被顺利的转化成相对应的苯甲酰胺。在1996年,Jose Marco-Contelles课题组报道了利用单电子还原剂二碘化钐实现了N-甲氧基苯甲酰胺中N-O键的还原切除。在2001年,Francisco Alonso课题组利用锂单质还原切除了N-甲氧基苯甲酰胺中N-O键,从而实现了由N-甲氧基苯甲酰胺到苯甲酰胺的转化。而在2011年,Yasutaka Kataoka课题组报道了利用钌以及锌铜合金实现了类似的转化。这些反应普遍都是使用重金属来实现N-O键的还原切断。而他们使用的重金属不仅价格昂贵而且极有可能会引发反应底物发生其它副反应。这些客观存在的缺陷,限制了这些还原策略的应用。因此,开发一种相对温和的、价格较便宜的、非金属的条件是非常有必要的。单质硫是一种温和的,无毒的,价格低廉的反应试剂。不仅被应用含硫化合物分子骨架的构建,还被应用于一些经典化学反应的催化介导。在我们课题组的研究实践中,我们发现单质硫可以作为还原剂,来实现N-甲氧基苯甲酰胺到苯甲酰胺还原转化。通过进一步的条件筛选,我们发现只有在使用沉降硫的时候,反应才能顺利进行。接下来,我们对反应中使用的碱试剂进行了缜密的筛选。我们发现有机碱比无机碱有更好的反应效果,并且在我们使用三乙烯二胺做碱时,我们得到了最高的反应产率。所以我们最终选用三乙烯二胺作为碱性试剂。接下来我们对反应温度进行了研究。我们在一系列不同温度条件下进行了对照试验。我们发现在80℃反应产率最高,反应效果最好。在较低温度下,完成反应需要更长的反应时间。在室温下,反应几乎不再进行。而在更高的温度条件下,反应产率反而会降低。在反应溶剂方面,反应在二甲基亚砜中才能顺利进行,在乙腈、四氢呋喃、甲醇、甲苯等溶剂中反应不再进行。我们也对单质硫的使用剂量进行了仔细的研究。我们发现使用0.3当量的硫单质,就能保证反应的完全进行,只是会在一定程度上延长了反应的时间。使用更低当量的硫单质时,反应底物不能完全转化为产物。而较高当量的硫单质,则会造成副反应的发生。经过开展控制实验,我们发现无论是碱还是硫单质都是反应中不可缺少的。在得到了最优反应条件之后,我们继续研究了反应条件的适用范围以及局限性。在实验中,我们发现苯环上的吸电子基和供电子基都不会影响反应条件的适用性,都能获得较高的反应产率。当把苯环上面的取代基增加到两个或者三个时,反应产率并没有发生明显的变化。当我们把反应底物中的苯基置换成萘基、呋喃基、噻吩基以及苯并呋喃基时,我们依然能获得适中的反应产率。当使用苄基或者苯并乙基来替代苯基时,反应依旧能顺利的进行。这表明,我们的反应条件仍然适用于N-甲氧基烷基酰胺到烷基酰胺的转化。最后,我们使用N-甲氧基苯乙烯基甲酰胺作为反应底物时,我们成功地以较高的反应产率获得了肉桂酰胺。这表明,我们的反应条件并不会破坏反应底物中的双键。接下来,我们又将底物中的烷氧基替换成苄氧基。在我们的标准反应条件之下,所有的反应底物都顺利地转变成了相对应的酰胺。与此同时,我们在反应体系中也分离出了苯甲醛。这一结果表明,烷氧基或者苄氧基在离去之后,被氧化成了醛。而发挥氧化作用的,很可能是溶剂二甲基亚砜。这一点的发现帮助我们更清晰地理解了反应的过程。烷氧基酰胺是一个好的导向基团。研究人员普遍利用它的存在来实现芳环上选择性的官能团化。我们把烷氧基酰胺的导向性与我们开发的合成策略相结合,开发了一种合成邻位取代的芳基酰胺的方法。我们首先利用天津大学药学院黄建辉教授课题组开发的邻位单取代的策略,使用醋酸钯做催化剂,以甲苯为反应溶剂,成功的分别以较高的产率获得了邻位苄基取代的烷氧基苯酰胺和2位正丁基取代的烷氧基萘酰胺。在沉降硫,三乙烯二胺,以及溶剂二甲基亚砜以及80℃的温度作用下,两个底物都顺利的转化成了相对应的芳基酰胺:2-苄基苯甲酰胺和2-丁基-1-萘酰胺。两个反应的产率分别达到了80%和89%。为了更好地分析反应的过程,我们开展了一系列控制实验。首先我们选用N-甲氧基-N甲基苯甲酰胺作为反应底物,结果表明这个底物中的氮氧键并不能被还原切断。这告诉我们氮原子上面的氢原子在我们的反应中是不可缺少的。而甲氧基异吲哚啉中的氮氧键也不能被切断。实验结果再次证实了我们的推测。叔丁氧基苯甲酰胺也不能在我们的反应条件下发生反应,显示烷氧基或者苄氧基中sp~3碳上氢原子也是不可缺少的。而异羟肟酸中的氮氧键也不能被切断,表明了烷氧基的重要性。根据文献调研的结果并结合具体的实验过程,我们提出了详细的反应机理。首先在碱性试剂三乙烯二胺的作用下,底物甲氧基苯甲酰胺中的活泼氢被捕捉,进而转变成了带有氧负离子的中间体。在沉降的环状体系存在的情况下,氧负离子中间体异构成氮负离子中间体,并亲核进攻硫原子,造成环状硫的开环。随着链状硫中间体的自身环化,反应体系中出现了硫负离子中间体。在硫负离子的作用下,烷基碳上的氢被拔去,从而引起了氮氧键的断裂以及甲醛或者苯甲醛的产生。通过分子内的质子转移以及异构化,体系中出现了第二种硫负离子。在二甲基亚砜的氧化作用下,伴随着具有恶臭气味的二甲基硫醚的释放,硫负离子中间体中的硫原子和二甲基亚砜中的氧原子成键,形成了第三种氧负离子中间体。伴随着一氧化硫的形成以及中间体的质子化,底物成功地转化成了苯甲酰胺。而释放出来的一氧化硫气体会被二甲基亚砜捕捉并进一步氧化为二氧化硫。二氧化硫会被反应体系中的碱试剂三乙烯二胺捕捉,形成白色沉淀DABSO。我们成功地分离得到了DABSO沉淀,并对其结构进行了分析验证。总而言之,我们开发了一种利用沉降硫还原切除N-甲氧基苯甲酰胺中的氮氧键来高效合成苯甲酰胺的策略。我们的反应条件具有广泛的适用性,适用于各种芳基以及烷基酰胺的体系。与传统的方法相比较,我们的方法是非金属的、温和的、具有较高的选择性。我们将苯甲酰胺的定位效应同我们的策略相结合,高效的合成出了邻位取代的苯甲酰胺的类似物。同时,我们根据实验过程推出的反应机理很好的解释了甲醛以及苯甲醛产生的原因,并且显示出了溶剂二甲基亚砜在酰胺形成过程中的重要作用。