可见光诱导的胺氧化反应研究

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在过去的几年中,可见光诱导的光氧化还原催化作为一种新型绿色的催化策略已被广泛应用于有机合成之中。本论文详细综述了该领域的最新研究进展,并围绕可见光催化的胺氧化反应开展了相关研究工作。具体研究内容如下:首先,我们从天然氨基酸出发合成了一种手性二胺类底物,并将其应用到可见光光氧化还原催化的分子内环化反应之中,高产率高非对映选择性得到了一系列四氢咪唑衍生物(up to 94% yield,> 19:1 dr)。在研究反应时我们发现,四氢咪唑衍产物会随着反应时问的延长而发生异构化现象,从反式构型逐渐转化为热力学上更加稳定的顺式构型产物。基于控制实验的结果我们提出了两种可能的异构化途径。与此同时,我们还将上述可见光诱导的胺分子内氧化官能化反应作了进一步拓展,成功实现了异喹啉[2,1-a][3,1]噁嗪和异喹啉[2,1-α]嘧啶两类稠杂环化合物的光化学合成。该反应可以使用空气中的氧气作为最终氧化剂。通过对反应参数的详细筛选,我们得到了最优的反应条件,并考察了底物的电子效应和位阻效应对反应效率的影响。我们还发现,当将反应规模放大到克级和使用廉价易得的有机染料作为光敏剂时,反应都能顺利高效的进行。另外,我们实现了缺电子胺类底物1-吖丙因的光催化氧化开环反应,通过和活化炔烃的形式上[3+2]环加成反应高效高选择性的合成了一系列多取代吡咯化合物。该反应使用的是激发态具有强氧化性的有机染料作为光催化剂,为吡咯的无金属合成提供了一条新型有效的途径。而且我们利用所发展的方法学作为关键步骤成功实现了羟甲基戊二酰辅酶A (HMG-CoA)还原酶抑制剂的合成。我们还首次将光催化的电子转移途径和能量转移途径相结合,从烯基叠氮化合物出发直接实现了吡咯化合物的光化学合成。最后根据荧光淬灭实验和开-关灯控制实验以及文献报道提出了可能的反应机理。在上述胺氧化反应的工作基础上,我们使用化学计量的汉斯酯作还原淬灭剂和氢源,通过可见光催化循环中的还原淬灭途径实现了Ts保护酰胺的光催化脱保护反应。与传统的去对甲苯磺酰基保护的反应相比,该可见光诱导的N-S键断裂过程反应条件温和(室温反应、可见光照射),底物范围宽广,而且各种敏感性的官能团在反应中都能很好的兼容。同时我们还发现该脱保护过程对底物中存在的于性中心没有影响且化学选择性好。最后我们通过克级规模反应和太阳光直接照射反应探讨了该反应的有用性,并根据文献报道提出了可能的反应机理。此外,我们同样利用还原淬灭机理实现了可见光催化的β-羰基砜类化合物C-S键的还原断裂反应。通过合理的选择还原淬灭剂和碱性添加剂,该方法学可以被有效应用于一系列1,4-二酮类化合物的光化学合成中。在反应条件的优化中我们发现三乙胺为最好的还原淬灭剂,而K2C03的加入可以大大提高反应效率。根据文献报道,我们还将产物进行了衍生化,顺利的将其转换为吡咯、呋喃和噻吩等重要杂环化合物。最后,我们根据机理实验结果(自由基捕获实验、开/关灯实验、循环伏安实验、DFT计算和GC-MS实验)提出了反应的可能机理。我们还首次将金属钯和可见光光氧化还原催化结合起来实现了胺α-位烯丙基化反应。这一共催化反应,在没有加入额外金属还原剂的情况下即可将π-烯丙基钯络合物催化量的转化为烯烯丙基自山基中问体。在最优的反应条件下,多种取代四氢异喹啉衍生的三级胺,氨基酸衍生的二级胺都可以有效参与反应,以中等到较好的收率得到α-烯丙基化反应产物(27 examples, up to 84% yield)。同时我们还将方法学作为关键步骤应用到原小檗碱家族成员Ⅶ-22的形式上全合成之中。并通过自由基捕获实验,EPR实验证明了反应体系中烯丙基自由基和α-氨基白由基的存在。最后,我们通过将金属镍和可见光光氧化还原催化相结合,发展了一种温和有效的共催化C-P键形成反应。该方法学不仅反应条件温和、收率高,而且还表现出了很好的官能团兼容性。除简单的芳基碘化物以外,杂芳基碘化物也可以高效的参与反应过程。最后我们根据文献报道提出了可能的反应机理来解释C-P键的形成过程。值得一提的是,这也是首例金属镍和光氧化还原共催化的碳杂键构建反应。
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