本文以绿色化学思想为指导,尝试将绿色合成策略应用到含氮稠杂环类化合物的合成中,通过开发高效、绿色的合成反应,为最终实现含氮稠杂环类化合物的绿色化制备打下坚实基础。论文的主要研究内容包括以下五个方面:第一章:前言本章依次介绍了绿色化学的诞生与发展、绿色化学的十二条基本原则及评价指标、绿色合成化学的基本策略及研究领域、多取代吲哚和苯并[a]咔唑及咪唑并[1,2-a]吡啶等含氮稠杂环的重要性、铜或铑催化的有机反应在绿色合成化学中的应用等。第二章:吲哚、嘧啶并[4,5-b]吲哚及吡啶并[2,3-b]吲哚的高选择性合成研究。本章系统研究了 Cu(Ⅰ)催化下1-溴-2-(2,2-二溴乙烯基)苯或其衍生物与醛类化合物和氨水的一锅多组分串联反应。研究发现,以1-溴-2-(2,2-二溴乙烯基)苯、醛和氨水为底物,通过改变氨水的浓度和原料物质的量之比,在碘化亚铜催化下可选择性地分别合成3-氰基吲哚、嘧啶并[4,5-b]吲哚或吡啶并[2,3-b]吲哚类化合物。与文献方法相比,该方法的突出优势在于原料简单易得、反应条件温和、选择性高。第三章:3-氰基吲哚及其衍生的碱基扩展核苷的高效合成研究。本章系统研究了碘化亚铜催化下邻溴腈苄或其衍生物与醛类化合物和氨水的一锅多组分串联反应。研究发现,以邻溴腈苄、醛和氨水为原料,可在铜盐催化下,经由缩合、氨化、分子内亲核加成和芳构化等串联反应步骤,高效生成3-氰基吲哚类化合物。与文献方法相比,该方法的优势在于过程简便、产物收率高、原子经济性好。为得到以吲哚为碱基的碱基扩展核苷衍生物,本章还研究了 3-氰基吲哚与(3,5-二-O-(对甲苯酰)-2-脱氧-α-D-呋喃核糖氯的糖苷化反应。通过对反应条件的调控,首次实现了在一锅内C-N键的构建和呋喃环上对甲苯甲酰基保护基的脱除,从而建立了一种简便易行的糖苷化新方法。另外,还将所合成的吲哚核苷衍生物对几种癌细胞生长的抑制活性进行了筛选,并从中发现了一些有价值的先导化合物。最后,还以原子经济性、反应质量效率、环境因子、质量强度、环境商等为指标对本章所发展的3-氰基吲哚及其衍生的碱基扩展核苷衍生物的合成方法进行了绿色性评价,结果表明本论文所发展的方法在一定程度上满足绿色合成化学的要求,从而为进一步可能的工业化绿色生产提供了理论及实验依据。第四章:苯并[a]咔唑类化合物的高效合成新方法研究。本章主要研究了Rh(Ⅲ)催化下1H-2-芳基吲哚、3-甲酰基-1H-2-芳基吲哚和3-氰基-1H-2-芳基吲哚与α-羰基重氮类化合物的串联反应。研究发现,在三价铑的催化下,1H-2-芳基吲哚、3-甲酰基-1H-2-芳基吲哚或3-氰基-1H-2-芳基吲哚可分别与α-羰基重氮类化合物发生惰性C(sp2)-H键卡宾插入、分子内缩合和芳构化等多步串联反应,高效且选择性地生成带有不同官能团的多取代苯并[a]咔唑类化合物。值得指出的是,这是第一例经由以吲哚的-NH结构单元为定位基的C(sp2)-H键活化和卡宾插入生成多取代苯并[a]咔唑类化合物的反应。与文献方法相比,该方法具有原料简单、产物收率高和原子经济性好等优点。最后,还以原子经济性、反应质量效率、环境因子、质量强度、环境商等为指标对本章所发展的多取代苯并[a]咔唑化合物的合成方法进行了绿色性评价,结果表明该方法在一定程度上满足绿色合成化学的要求,从而为进一步可能的工业化绿色生产提供了理论及实验依据。第五章:萘并[1’,2’:4,5]咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物的高效合成新方法研究。本章主要研究了 Rh(Ⅲ)催化下2-芳基咪唑并[1,2-a]吡啶或2-芳基-3-甲酰基咪唑并[1,2-a]吡啶与α-羰基重氮类化合物的串联反应。研究发现,在Rh(Ⅲ)的催化作用下,2-芳基咪唑并[1,2-a]吡啶或2-芳基-3-甲酰基咪唑并[1,2-a]吡啶可分别与α-羰基重氮类化合物发生惰性C(sp2)-H键卡宾插入、分子内缩合和脱水等多步串联反应,高效且选择性地生成带有不同取代基团的萘并[1’,2’:4,5]咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物。与文献方法相比,该方法具有原料简单易得、原子经济性高、选择性好、操作简便等优点。最后,还以原子经济性、反应质量效率、环境因子、质量强度、环境商等指标对多取代萘并[1’,2’:4,5]咪唑并[1,2-a]吡啶的合成方法进行了评价,结果表明该方法在一定程度上满足绿色合成化学的要求,从而为进一步可能的工业化绿色生产提供了理论及实验依据。总之,论文在绿色化学理念的指导下,设计、研究并发现了一些含氮稠杂环类化合物的绿色合成新方法,并利用这些方法合成了一系列具有潜在应用价值的含氮稠杂环类化合物,也为相关化学品的工业化绿色制备打下了基础。