基于无金属催化喹啉氮氧邻位C-H键烯化反应的研究

发布时间：2021-04-19 14:52

喹啉及其衍生物是一类广泛存在于自然界中的重要杂环化合物,由于其化学性质多样,可与其它试剂反应生成各种不同的衍生物,因此它们在医药,染料以及分子生物学等不同的领域都有着诸多重要的应用。2-烯基喹啉作为重要的喹啉衍生物之一,相比于其它喹啉衍生物具有更高的生物活性,它是诸如Montelukast(Ai)、Chimanine B (A2)和 VUF5017 (A3)等药物或潜在药物分子的重要结构片段。因此,对2-烯基喹啉的合成和应用受到人们越来越多的重视和关注。合成2-烯基喹啉衍生物的方法有很多,主要包括以2-喹啉甲醛为底物的Witting反应,2-甲基喹啉与亚胺或醛类化合物的反应,喹啉氮氧与烯基硼酸的偶联反应,以及过渡金属催化的喹啉氮氧与烯化试剂的偶联反应等。但是,这些方法中会使用到难以获得或从其它原料制备的取代2-甲基喹啉或取代2-喹啉甲醛作为底物,而且会使用到Pd等贵金属作催化剂。基于此,本论文开发出了一种以喹啉氮氧为底物通过无金属催化直接实现喹啉邻位C-H键烯化制备2-烯基喹啉的新方法。首先,本论文以喹啉氮氧和丙烯酸乙酯为模板底物,通过对溶剂、添加剂、反应温度、反应时间和底物配比等反应条件的筛选,建立了最佳反应条件：DMSO为溶剂、醋酸(3 equiv)为添加剂、温度为120℃、反应时间为40 h、底物配比为喹啉氮氧/丙烯酸酯为1/10(摩尔比)。在获得的最佳条件下,考察了丙烯酸酯类对喹啉氮氧邻位C-H键烯化反应的影响,实验结果表明：C-H键烯化目标产物的收率随着丙烯酸酯类化合物空间位阻的增大而降低,收率为44-63%；同时还发现空间位阻更大的a-或β-位甲基取代丙烯酸甲酯在该最佳条件下不能与喹啉氮氧发生C-H键烯化反应。接下来,在以喹啉氮氧和丙烯酸乙酯为底物建立的最佳条件下,采用丙烯酸甲酯为标准底物考察了取代喹啉氮氧类化合物的C-H键烯化反应情况,实验结果表明：不同取代喹啉氮氧类底物的普适性较好,无论是供电子基团(-Me、-OMe)还是吸电子基团(-Br、-Cl、-F、-OH、-NO2、-CO2Me)取代的喹啉氮氧类化合物都能成功得到C-H键烯化目标产物,收率在29-82%之间。然后,通过喹啉氮氧与苯乙烯类化合物的C-H键烯化反应考察了取代苯乙烯类化合物的反应情况,实验结果表明：邻位、间位和对位取代苯乙烯都能够在以喹啉氮氧和丙烯酸乙酯为底物建立的最佳条件下转化成目标产物,最高收率可以达到80%。同时还发现,其它烯丙型衍生物如1-戊烯-3-酮、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯醇、丙烯醛、乙烯基磷酸二甲酯和乙烯基正丁醚在相同条件下,只有1-戊烯-3-酮能与喹啉氮氧反应,得到65%的目标产物收率。其次,本文应用该方法以3-溴喹啉氮氧和丙烯酸甲酯为例通过C-H键烯化反应放大到克级制备了化合物(E)-3-(2-(3-溴-喹啉)基)-丙烯酸甲酯(3gb),实验表明在以喹啉氮氧和丙烯酸乙酯为底物建立的最佳条件下能获得75%的收率。同时,还发现了以喹啉为原料的一锅两步法,通过原位氧化制备喹啉氮氧不经分离纯化直接与苯乙烯发生C-H键烯化反应合成了(E)-2-(2-苯乙烯基)-喹啉(5aa),该方法极大地简化了实验操作,为大量制备2-烯基喹啉类化合物提供了方便。最后,通过自由基捕获实验和中间体控制实验,提出了C-H键烯化反应的可能反应机理：首先喹啉氮氧与烯化试剂经1,3-偶极环加成反应得到一个五元环状中间体,随后该中间体在AcOH的辅助下开环并消去一分子水,重新芳构化得到目标产物。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.251

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 无金属催化C-H键官能化反应的研究意义

1.3 研究2-烯基喹啉类化合物合成的意义

1.4 喹啉氮氧邻位C-H官能化反应

1.4.1 过渡金属催化的喹啉氮氧邻位C-H官能化反应

1.4.2 无金属催化喹啉氮氧的邻位C-H官能化反应

1.5 2-烯基喹啉的合成方法

1.6 本论文的选题意义和选题依据

1.6.1 本论文的选题意义

1.6.2 选题依据

第2章喹啉氮氧邻位C-H键烯化

2.1 喹啉氮氧邻位C-H键烯化反应的研究内容

2.2 反应条件的优化

2.2.1 反应溶剂的筛选

2.2.2 添加剂与反应温度的确定

2.2.3 醋酸的加量和底物配比的确定

2.3 底物普适性的研究

2.3.1 丙烯酸酯类底物的研究

2.3.2 取代喹啉氮氧类底物的研究

2.3.3 苯乙烯类底物的研究

2.3.4 其它烯丙型衍生物的研究

2.4 克级反应实验

2.5 以喹啉为底物通过一锅两步法实现喹啉2-位烯化

2.6 在（E）-3-（2-喹啉基）-丙烯醇的合成上的应用

2.7 反应机理的研究

2.7.1 控制实验

2.7.2 反应机理

第3章实验部分

3.1 实验仪器和试剂

3.1.1 实验仪器

3.1.2 实验试剂

3.1.3 试剂仪器使用说明

3.2 3-烯丙氧基喹啉的合成

3.3 喹啉氮氧类反应底物的制备

3.4 喹啉氮氧邻位C-H键烯化反应的一般过程

3.5 利用该方法放大制备（E）-3-（2-（3-溴-喹啉）基）-丙烯酸甲酯

3.6 通过一锅两步法合成（E）-2-（2-苯乙烯基）-喹啉

3.7 中间体化合物的合成

3.8 机理研究中的控制实验

3.9 部分化合物的结构表征数据

第4章结论

致谢

参考文献

附录A 部分化合物的核磁谱图

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