非金属催化合成菲啶反应机理的理论研究

发布时间：2019-09-07 07:09

【摘要】：菲啶化合物是很多天然生物碱和医药分子的核心结构,例如:三球啶,白屈菜赤碱等。近年来,如何在温和的条件下高效地合成具有各种取代基的菲啶化合物,引起了越来越多的科学家关注。在一些酸性或中性溶液中,非金属催化的合成菲啶方法已经被报道。所以,研究非金属催化如何生成菲啶化合物是一项十分有价值的且有深远意义的课题。本文运用密度泛函理论中的B3LYP方法对2-乙酰基联苯在酸性溶剂中氮化作用和四氟硼酸2-芳基苯基重氮盐与乙腈耦合作用生成菲啶的机理分别进行了详细的研究和讨论。结果如下:1)2-乙酰基联苯在酸性溶剂中氮化作用生成菲啶的理论机理我们采用B3LYP方法,所有原子采用6-311G(d)基组,PCM溶剂化模型,对在四氢呋喃溶液中,强酸(三氟乙酸TFA)催化的2-乙酰基-4’-R-联苯(1~a,R=CH_3;1~b,R=OMe;1~c,R=t-Bu;1~d,R=Cl;1~e,R=OH)与叠氮基三甲基硅烷(TMSN_3)氮化作用合成菲啶的机理进行了理论研究。经计算,TMSN_3和HN_3都可以与质子化的反应物2-乙酰基-4’-R-联苯(1~(x )H~+)反应,通过脱TMSOH和H_2O形成关键中间体C~(x+),C~(x+)通过路径I和路径II生成质子化的菲啶类化合物2~(x )H~+和3~(x )H~+。由于1~(x )H~+中-OH被-N_3取代反应生成C~(x+)中间体过程中需要克服的势垒在整个反应过程中是最高的,该步反应被确定为整个体系控制反应物消耗速率的速控步。理论计算的结果也表明,TMSN_3作为氮源优于HN_3。路径I和路径II的第一步反应,C~(x+)转化为D~(x+)和C~(x+)转化为E~(x+)的过渡态TS3和TS6分别位于两条反应路径的最高点。由于质子化的菲啶类化合物最终产物2~(x )H~+和3~(x )H~+在反应体系中的极高稳定性,2~(x )H~+和3~(x )H~+通过逆反应转化成C~(x+)需克服势垒约120kcal/mol,意味着实验条件下逆反应实际上不能进行。因此,C~(x+)转化为质子化的菲啶类化合物2~(x )H~+和3~(x )H~+的比例,实际上由相互竞争的C~(x+)转化为D~(x+)和C~(x+)转化为E~(x+)的反应动力学分支比控制,即2~(x )H~+:3~(x )H~+?k:k’。这个理论推断的结果与Conghui Tang等人的实验相吻合。理论计算的结果显示,不同的4’-位取代基(1~a,R=CH_3;1 ~b,R=OMe;1~c,R=t-Bu;1~d,R=Cl;1~e,R=OH)对各步反应的动力学性质的影响较小。2)四氟硼酸2-芳基苯基重氮盐与乙腈耦合作用生成菲啶的理论机理我们采用B3LYP方法,所有原子采用6-311G(d,p)基组,SMD溶剂化模型,对乙腈与四氟硼酸2-芳基苯基重氮盐反应,生成菲啶类产物的反应机理进行了详细的理论计算。四氟硼酸2-芳基苯基重氮盐阳离子1通过SN1反应脱除N_2生成关键的中间体a。当体系不存在水时,中间体a,克服势垒26.8kcal/mol,直接通过分子内的亲电环合反应生成具有菲啶母环结构的3H~+。当体系中存在水时,中间体a首先与水发生加成反应生成中间体b,b发生H-迁移生成中间体2H~+,2H~+的两种构象(2H~+和2’H~+)最终可以转化为产物3H~+。理论计算结果表明,无水条件下生成3的机理需要的活化能较低,而有水条件下生成2H~+和2’H~+或进一步转化成3H~+都需要较高的活化能,因此有水条件下反应需要在更为剧烈的条件下进行。该理论推断与Mani Ramanathan等人的实验中,封闭反应体系采用120℃,而在敞开的空气环境中反应温度为135℃或170℃,是一致的。敞开的空气环境中,产物2和产物3的比例,应该会受到吸收空气中水分的量的影响。额外在反应体系中加入过量的水,生成产物2的量可能增加。
【图文】：

菲啶,环化合物,衍生物

-2 菲啶母环化合物进行氧化，还原或取代生成 6-取代菲啶衍生物芳基氟化物与有机腈反应制备菲啶，格式试剂与有机体系中的氰基发生加成反应，随后发物。因此，在 2002 年，，Morten Lyse′n 与他的合作伙伴2-（2-氟苯基）苯甲腈与格式试剂反应生产亚胺中间体，6-取代菲啶类化合物。他们首先用 Cu（I）格式试剂与

菲啶,芳基氟,丁基锂,反应生成

图 1-3 丁基锂诱导芳基氟化物反应生成菲啶络合物催化环化反应制备菲啶金属络合物催化活化苯环 C-H 键构建 C C 键和 C-X（杂键）的高效有机化学重要的合成工具。尤其 Pd 络合物催化活化 C H 键 /C-C 键
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O626

【参考文献】