钯（Ⅱ）催化下以氮杂吲哚为导向基的邻位C-H键烯烃化研究
发布时间：2021-08-19 07:53
在人类认识化学规律的基本活动中,对于碳氢键活化的研究为化学家们提供了众多修饰已有分子结构的方法和思路,极大地丰富着他们的物质基础。尽管碳氢键普遍存在于人类的物质世界中,但大多数碳氢键是化学惰性的,这使得有关于碳氢键官能团化的研究具有一定的挑战性。加之由此连带的区域选择性的出现,更是进一步地导致这一研究领域成为化学研究中的“明星课题”。与此同时,作为选择性地在所期望的位点实现结构修饰的突破口,导向基团的辅助作用获得了很多关注。在以往的研究报道中,以氰基、羧基、吡啶基等作为导向基团的选择性活化反应策略被大量开发出来。相比之下,使用氮杂吲哚作为导向基团的碳氢活化研究并不多见。另一方面,苯磺酰基广泛分布于生物活性分子中,通常以磺酸盐和磺酰胺的形式存在,比如,已经实现市售的药物阿佐塞米和磺胺甲噁唑。就底物而言,目前还没有关于苯磺酸衍生物的邻位碳氢键活化的研究报道。我们以7-氮杂吲哚作为导向基团完成了苯磺基的邻位烯烃化过程。该方法具有导向基团容易获取、产率良好、反应体系简单、底物适用性范围广以及邻位选择性专一的特点。本论文第一章将以对比的方式着重回顾铁催化和钯催化下的碳氢键活化研究工作,并在第二章...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁类无机格氏试剂催化偶联反应基于上述前人的相关工作，就职于德国马克斯普朗克煤炭研究所的Alois
兰州大学硕士学位论文钯（Ⅱ）催化下以氮杂吲哚为导向基的邻位C-H键烯烃化研究3乎等同的效果，因此考虑到Fe(acac)3价廉又不易于吸潮的特点，他们将其选定为最优方案。值得一提的是，如果采用二级烷基格氏试剂进行偶联反应，他们通过筛选推荐使用铁催化剂c(图-2)；而乙烯基、烯丙基以及苯基格氏试剂作为偶联试剂进行偶联反应时结果较为复杂。其中，乙烯基与烯丙基格氏试剂与底物对氯苯甲酸甲酯并不能发生反应，而苯基格氏试剂参与的反应最终也只能获得少量的目标偶联产物，产物主要以苯基格氏试剂的氧化二聚体联苯为主。最后他们率先将这一催化体系应用于天然产物的合成中，并且成功获得合成海生细胞毒素(Montipyridine，2)所需的中间体1(图-2，b)。图-2：Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)盐催化下的偶联反应在2000年，Nakamura[14]等人对烯烃的碳金属化反应中所涉及的立体化学性质进行深入研究，首次采用具有手性的铁配合物对该过程进行催化，并由此创造性地实现了经铁催化的不对称交叉偶联反应(图-3)。在他们的这项研究工作中，手性配体的使用在该领域尚属首例，而且在此之前的研究报道中也没有开发出行之有效的适用于铁类催化剂的手性配体。其次，对配体进行筛查之后作者发现，除了p-tol-BINAP这类手性膦配体，其他具有双齿的膦配体也能使该反应顺利进行，只是对映选择性有所降低。有意思的是，该反应速率取决于膦配体的结构：双齿膦配体下的反应速率高于单齿膦配体下的反应。最后作者认为，这种铁催化体系对烯烃化合物的碳金属化过程是有促进意义的，并且这种新颖的适用于锌-铁双金属催化剂的软膦/硬二胺(TMEDA,四甲基乙二胺)配体体系为进一步发展由铁催化的对映选择性合成展示了一个明朗的发展前景。至此，使用铁催化剂进行的偶联反应
兰州大学硕士学位论文钯（Ⅱ）催化下以氮杂吲哚为导向基的邻位C-H键烯烃化研究4底物的交叉偶联，这种策略具有更高的效率和原子经济性，在很大程度上为人们打开了对于碳碳键构建的新思路，并且掀开了定向直接活化碳氢键的新篇章。图-3：铁催化烯烃碳金属化反应在2006年初，前文所提及的课题组在研究邻溴吡啶与苯基锌试剂之间的偶联反应时意外获得2-吡啶联苯这种副产物(图-4)，但当时他们认为在如下所示的给定条件下并无可能得到这样的产物。经过仔细研究他们发现实现这一变化是由于氧化剂介入其中，而反应所需要的氧化剂来自于从烧瓶破裂处泄漏进来的空气，此外还发现1,10-菲啰啉可作为实现这种转变所需的良好配体。由含氮导向基团与过渡金属通过螯合配位的作用方式牵制引导着碳氢键活化过程在位置相对利好的位点进行。至此，一个偶然的失误为人们带来了螯合导向碳氢键活化的新策略，困扰人们很久的区域选择性问题也随之有了新思路。介于过渡金属催化下的碳氢键活化策略所带来的良好优势，以及在复杂天然产物的后期结构修饰上所展现出来的潜力[22]，铁催化下的定向碳氢键活化成为该领域新热点。图-4：铁催化芳基化反应中的意外发现两年后，该课题组继而发表了首例由导向基团定向芳基化的研究报道[23]。如图-5中所展示的实验数据，以萘喹啉作为反应底物时，可获得产率高达99%的C-10位芳基化产物(图-5，a)。当他们把这种催化体系应用于邻苯基吡啶的芳基化反应时，只观察到了苯环邻位的芳基化，并且这种转化对空间位阻较为敏感(图-5，b)：如果底物苯环的对位被其他基团取代时，无论取代基是给电子或吸电子的，最终都会获得单芳基化和双芳基化两种产物，反应效果平稳并且总产率良好。而如果其间位被甲基取代，芳基化反应只会在与甲
本文编号：3351023
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铁类无机格氏试剂催化偶联反应基于上述前人的相关工作，就职于德国马克斯普朗克煤炭研究所的Alois
兰州大学硕士学位论文钯（Ⅱ）催化下以氮杂吲哚为导向基的邻位C-H键烯烃化研究3乎等同的效果，因此考虑到Fe(acac)3价廉又不易于吸潮的特点，他们将其选定为最优方案。值得一提的是，如果采用二级烷基格氏试剂进行偶联反应，他们通过筛选推荐使用铁催化剂c(图-2)；而乙烯基、烯丙基以及苯基格氏试剂作为偶联试剂进行偶联反应时结果较为复杂。其中，乙烯基与烯丙基格氏试剂与底物对氯苯甲酸甲酯并不能发生反应，而苯基格氏试剂参与的反应最终也只能获得少量的目标偶联产物，产物主要以苯基格氏试剂的氧化二聚体联苯为主。最后他们率先将这一催化体系应用于天然产物的合成中，并且成功获得合成海生细胞毒素(Montipyridine，2)所需的中间体1(图-2，b)。图-2：Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)盐催化下的偶联反应在2000年，Nakamura[14]等人对烯烃的碳金属化反应中所涉及的立体化学性质进行深入研究，首次采用具有手性的铁配合物对该过程进行催化，并由此创造性地实现了经铁催化的不对称交叉偶联反应(图-3)。在他们的这项研究工作中，手性配体的使用在该领域尚属首例，而且在此之前的研究报道中也没有开发出行之有效的适用于铁类催化剂的手性配体。其次，对配体进行筛查之后作者发现，除了p-tol-BINAP这类手性膦配体，其他具有双齿的膦配体也能使该反应顺利进行，只是对映选择性有所降低。有意思的是，该反应速率取决于膦配体的结构：双齿膦配体下的反应速率高于单齿膦配体下的反应。最后作者认为，这种铁催化体系对烯烃化合物的碳金属化过程是有促进意义的，并且这种新颖的适用于锌-铁双金属催化剂的软膦/硬二胺(TMEDA,四甲基乙二胺)配体体系为进一步发展由铁催化的对映选择性合成展示了一个明朗的发展前景。至此，使用铁催化剂进行的偶联反应
兰州大学硕士学位论文钯（Ⅱ）催化下以氮杂吲哚为导向基的邻位C-H键烯烃化研究4底物的交叉偶联，这种策略具有更高的效率和原子经济性，在很大程度上为人们打开了对于碳碳键构建的新思路，并且掀开了定向直接活化碳氢键的新篇章。图-3：铁催化烯烃碳金属化反应在2006年初，前文所提及的课题组在研究邻溴吡啶与苯基锌试剂之间的偶联反应时意外获得2-吡啶联苯这种副产物(图-4)，但当时他们认为在如下所示的给定条件下并无可能得到这样的产物。经过仔细研究他们发现实现这一变化是由于氧化剂介入其中，而反应所需要的氧化剂来自于从烧瓶破裂处泄漏进来的空气，此外还发现1,10-菲啰啉可作为实现这种转变所需的良好配体。由含氮导向基团与过渡金属通过螯合配位的作用方式牵制引导着碳氢键活化过程在位置相对利好的位点进行。至此，一个偶然的失误为人们带来了螯合导向碳氢键活化的新策略，困扰人们很久的区域选择性问题也随之有了新思路。介于过渡金属催化下的碳氢键活化策略所带来的良好优势，以及在复杂天然产物的后期结构修饰上所展现出来的潜力[22]，铁催化下的定向碳氢键活化成为该领域新热点。图-4：铁催化芳基化反应中的意外发现两年后，该课题组继而发表了首例由导向基团定向芳基化的研究报道[23]。如图-5中所展示的实验数据，以萘喹啉作为反应底物时，可获得产率高达99%的C-10位芳基化产物(图-5，a)。当他们把这种催化体系应用于邻苯基吡啶的芳基化反应时，只观察到了苯环邻位的芳基化，并且这种转化对空间位阻较为敏感(图-5，b)：如果底物苯环的对位被其他基团取代时，无论取代基是给电子或吸电子的，最终都会获得单芳基化和双芳基化两种产物，反应效果平稳并且总产率良好。而如果其间位被甲基取代，芳基化反应只会在与甲
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