酰胺自由基的电化学产生及其在C-N键构建中的应用

发布时间：2020-04-19 11:20

【摘要】：由于操作简便和原子经济性并且避免了底物的预先官能团化,交叉脱氢偶联形成新的碳-杂原子键已经引起了越来越多的化学家的关注。在不同的碳-杂原子键之中,C-N键占据着重要的地位。因为含有C-N键的化合物广泛地应用在医药、农业、工业和材料科学中,所以无论是在工业研究还是学术研究中,高效且选择性的构建C-N键越来越受到人们的重视。目前,通过氧化方式形成自由基进而构建C(sp~2)-N键和C(sp~3)-N键这一方法已经被广泛应用。然而,大多数方法需要制备预先官能团化的底物或者在反应中使用过渡金属催化剂和过量的化学氧化剂,这就会造成在产物中残留过渡金属的毒性,同时造成环境污染,是对环境不友好的合成方法。所以,温和地不添加额外氧化剂的方法构建C-N键具有重要意义的。本论文开展了以下两个方面的工作:1)酰胺N-H键的电化学官能团化建立了电化学氧化条件下酰胺N-H键官能团化构建C(sp~3)-N键的方法。在单室电解池中,使用廉价易得的二茂铁作为电催化剂,常温下恒电流电解,实现了N-烷氧基酰胺与亲核试剂的分子间交叉脱氢偶联反应。在最优条件下进行了底物的普适性考察,通过克量级实验证明该反应具有一定的应用价值。使用循环伏安法和控制实验揭示了该交叉脱氢偶联反应可以通过酰胺自由基反应。2)电化学条件下酰胺N自由基的形成及其稳定性研究当使用卤素作为电催化剂时也能够通过构建C(sp~3)-N键合成酰胺衍生物,但是是从结果来看反应的底物普适性并不好。这是因为酰胺类化合物中氮原子连有不同取代基团对酰胺自由基稳定性和反应活性有所影响。通过循环伏安测试法,量子化学计算法和实际的实验结果三者解释了产率与底物的氧化电位相关,得到了酰胺底物的优势结构和氧化电位的拟合曲线。
【图文】：

溶剂效应,伏安,有机金属试剂,间接电氧化

第 1 章绪论化学氧化的酰胺自由基反应5 年，徐海超等人[50]发表了关于溶剂效应对电反应影响文章。的有机金属试剂二茂铁（Fc）作为电催化剂间接电氧化产生 N的是当使用甲醇这种单一溶剂作为反应溶剂时，在循环伏安测化电流，而当使用甲醇和四氢呋喃的混合溶剂时能在循环伏安明显的催化电流（图 1-36）。

氧化电位,氧杂蒽,烷氧基,电子转移

探究 N-烷氧基酰胺和氧杂蒽电化学交叉脱氢偶联反应的机理伏安法测试反应。如图 2-8 所示，N-烷氧基酰胺 1a 在 0.0 V- 化还原活性的（曲线 a），而当添加 20.0 当量的 t-BuOK 时，，（曲线 b）。该结果表明 1a 在碱存在下，得到相应的阴离子中。相比之下，无论是否添加 t-BuOK，氧杂蒽 2a 的氧化电位均和 d）。曲线 e 是 Fc 的循环伏安曲线，在 0.48 V 处产生了可处产生还原峰。可以看出，当加入 1a（曲线 f）或 t-BuOK（曲还原曲线没有变化。然而，在 1a 和 t-BuOK 同时存在下，可化电流，并且伴随了还原电流的完全消失（曲线 h）。这表明了，氧化态的 Fc 和底物 1a 之间发生了均相的电子转移。这是Fc 与 1a 之间的电位差仅为 0.25 V（当加入 t-BuOK 时，1a 的，Fc 的氧化电位为 0.48 V）。值得注意的是，无论 t-BuOK 是间没有发生均相的电子转移，这是由于这二者间存在着较大电位为 1.61 V，Fc 的氧化电位为 0.48 V）。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O622.6

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