FeCl_3催化的“一锅”串联反应合成杂环化合物的方法学研究

发布时间：2017-10-19 17:36

  本文关键词：FeCl_3催化的“一锅”串联反应合成杂环化合物的方法学研究

  更多相关文章： CuI FeCl3 吡啶 串联反应 多组分反应 活泼亚甲基化合物 香豆素 杂环化合物

【摘要】：杂环化合物是最大的一类有机化合物,在许多领域有着广泛的用途,因此杂环化合物的合成一直是有机合成化学领域研究的热点领域之一。香豆素、吡啶等杂环化合物是许多天然产物的核心结构单元,广泛存在于许多天然产物和药物分子中,具有良好的生物活性和药物活性,因此发展简单、高效、绿色合成杂环化合物的方法一直是有机化学工作者努力的方向。FeCl3由于其在自然界中含量多、毒性低、催化活性高而受到有机化学工作者的青睐,在有机合成中具有广泛的应用。本论文全面综述了FeCl3催化的有机反应类型及在催化合成杂环化合物中的应用,以FeCl3为催化剂,设计并发展了活泼亚甲基化合物参与的“一锅”串联反应合成香豆素、吡啶等杂环化合物的合成新方法。主要内容和研究结果如下:(1)发展了FeCl3催化的水杨醛与活泼亚甲基化合物的“一锅”串联反应合成3-/3,4-二取代香豆素化合物的方法。取代水杨醛与丙二腈或氰基乙酸乙酯在5 mol%的FeCl3催化下发生Knoevenagel缩合-分子内亲核加成-水解串联反应得到香豆素骨架,并对该反应提出了一种可能的反应机理。使用丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、氰基乙酰胺等活泼亚甲基化合物与水杨醛反应也得到了较好的反应效果,其中氰基乙酰胺与水杨醛在乙醇或甲醇溶剂中反应可发生氨基的醇解得到相应的香豆素羧酸酯。5-硝基水杨醛与乙酰乙酸乙酯在该条件下反应时溶剂乙醇参与反应,并得到一种新型苯并吡喃衍生物。该方法具有原料易得,操作简单,实验条件温和,底物适用范围广,原子经济性高等优点。(2)发展了FeCl3催化的水杨醛、米氏酸和醇的三组分“一锅”串联反应合成香豆素-3-羧酸酯衍生物的方法。米氏酸与醇在Lewis酸FeCl3的催化下发生酯交换反应得到丙二酸二酯中间产物,继而与水杨醛发生Knoevenagel缩合-分子内酯交换反应得到最终产物,各种取代的水杨醛均能取得很好的反应效果,即使水杨醛中含有强的吸电子基(如-NO2)或强的供电子基(如-OCH3,-NEt2),也能很好的发生反应,产率均在83%以上;水杨醛中含有两个大位阻的叔丁基时也能以80%的产率得到产物。对醇而言,各种醇(如饱和醇、不饱和醇、芳香醇)均能很好的进行反应,取得良好产率。同时通过控制实验和对比实验对该反应提出了一种可能的反应机理。该方法具有反应条件温和、操作简单、催化剂用量低、底物适用范围广,高原子经济性等优点,符合绿色化学要求,共合成化合物31个,其中一个化合物的结构经X-ray单晶衍射证实。(3)发展了FeCl3催化的芳香醛、丙二腈、乙酰乙酸乙酯和芳香胺的四组分串联反应合成多取代吡啶衍生物的方法。芳醛与丙二腈在Lewis酸FeCl3的催化下发生Knoevenagel缩合反应得到1,1-二氰基烯烃中间产物,随后发生与乙酰乙酸乙酯的Michael加成反应-芳胺的亲核加成反应-分子内环加成-脱水芳构化串联历程得到多取代吡啶衍生物。该反应底物适用范围广,芳醛苯环上含有吸电子基(-NO2,-Cl,-Br)时有利于反应,产率较高;芳醛苯环上含有供电子基(-OCH3,-CH3)时芳醛活性降低,产率较低。芳胺中含有供电子基时比含有吸电子基活性高,利于该反应,产物产率较高,且芳醛中取代基的空间位阻效应影响较大,醛基邻位有取代基(-NO2,-Br,-OCH3)时产物产率明显下降。同时考察了其他亲核试剂(如乙醇、氯化铵)在该反应中的应用,也能得到良好的反应效果,其中氯化铵做底物时只能得到1,4-二氢吡啶产物。在机理研究中利用控制实验得到了该反应的一种中间产物1,4-二氢吡啶,并经X-ray单晶衍射方法确证其结构,在此基础上对该反应提出了一种可能的反应机理。该方法使用简单易得的原料,无毒绿色的催化剂,无需添加有机配体和碱,在温和条件下可一步高效构建吡啶杂环,原子经济性高,为其他杂环化合物的合成提供了一种简单、高效、条件温和且绿色环保的合成方法。(4)发展了CuI催化的水杨醛、叠氮基乙酸乙酯和末端炔的三组分串联反应合成3-三唑基香豆素衍生物的方法。叠氮基乙酸乙酯与末端炔在CuI催化下发生1,3-偶极环加成反应得到三氮唑中间产物,继而与水杨醛发生Knoevenagel缩合-分子内酯交换反应得到3-三唑基香豆素衍生物。水杨醛中取代基的电子效应和空间效应对该反应影响较大,当水杨醛中含有强吸电子基(如-NO2)时,反应几乎不能发生,当水杨醛中含有强供电子基(如-OCH3,-OH,-NEt2)时,水杨醛活性降低,反应产率明显降低;水杨醛中含有位阻较大的叔丁基时,由于位阻作用不利于反应,产率偏低。共合成得到20个产物,其中两个化合物的结构经X-ray单晶衍射方法确证,同时根据实验结果和文献,对该反应提出了一种可能的反应机理。该方法使用简单易得原料,温和条件下一步高效合成官能化的香豆素衍生物,原子经济性高,符合绿色化学要求,有望在有机合成中得到实际应用。
【关键词】：CuI FeCl3 吡啶 串联反应 多组分反应 活泼亚甲基化合物 香豆素 杂环化合物
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O626
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-45
• 1.1 加成反应14-15
• 1.2 环化成反应15-22
• 1.2.1 分子内环化反应15-19
• 1.2.2 环加成反应19-22
• 1.2.2.1 [3+2]环加成反应19-20
• 1.2.2.2 [4+2]环加成反应20-21
• 1.2.2.3 其他环加成反应21-22
• 1.3 偶联反应22-27
• 1.3.1 homo-偶联反应22-23
• 1.3.2 交叉偶联反应23-26
• 1.3.3 其他偶联反应26-27
• 1.4 串联反应27-29
• 1.4.1 多米诺(Domino)串联反应27
• 1.4.2 串联环化反应27-28
• 1.4.3 串联烯基化反应28-29
• 1.5 多组分反应29-33
• 1.5.1 三组分aza-Friedel-Crafts反应29
• 1.5.2 三组分偶联反应29-30
• 1.5.3 构建杂环的多组分反应30-33
• 1.5.3.1 五元杂环化合物的多组分合成30-31
• 1.5.3.2 六元杂环化合物的多组分合成31-32
• 1.5.3.3 其他多组分合成32-33
• 1.6 其他反应33-36
• 1.6.1 重排反应33-34
• 1.6.2 氧化与还原反应34-36
• 1.7 小结与展望36
• 1.8 课题研究思路的提出与设计36-37
• 参考文献37-45
• 第二章 FeCl_3催化的水杨醛与活泼亚甲基化合物的“一锅”串联反应合成 3-/3,4-二取代香豆素的研究45-66
• 2.1 前言45-48
• 2.2 实验设计48-49
• 2.3 结果与讨论49-53
• 2.4 实验部分53-61
• 2.4.1 实验仪器与试剂处理53-54
• 2.4.2 3-氰基香豆素2.3a的合成步骤54
• 2.4.3 产物表征数据54-61
• 2.5 本章小结61-63
• 参考文献63-66
• 第三章 FeCl_3催化的水杨醛、米氏酸和醇的三组分串联反应合成香豆素3羧酸酯的研究66-91
• 3.1 前言66-70
• 3.2 实验设计70-71
• 3.3 结果与讨论71-76
• 3.4 实验部分76-88
• 3.4.1 实验仪器与试剂处理76
• 3.4.2 香豆素3甲酸乙酯(3.4aa)的合成步骤76-77
• 3.4.3 产物表征数据77-88
• 3.5 本章小结88-89
• 参考文献89-91
• 第四章 FeCl_3催化的芳醛、丙二腈、乙酰乙酸乙酯和芳胺的四组分串联反应合成多取代吡啶衍生物的研究91-125
• 4.1 前言91-97
• 4.2 实验设计97
• 4.3 结果与讨论97-103
• 4.4 实验部分103-119
• 4.4.1 实验仪器与试剂处理103-104
• 4.4.2 多取代吡啶衍生物 4.5b的合成步骤104
• 4.4.3 产物表征数据104-119
• 4.5 本章小结119-121
• 参考文献121-125
• 第五章 CuI催化的水杨醛、叠氮基乙酸乙酯和末端炔的三组分串联反应合成 3-三唑基香豆素的研究125-145
• 5.1 前言125-128
• 5.2 实验设计128-129
• 5.3 结果与讨论129-133
• 5.4 实验部分133-140
• 5.4.1 实验仪器与试剂处理133
• 5.4.2 叠氮乙酸乙酯 5.2a的合成步骤133
• 5.4.3 3-三氮唑基香豆素衍生物5.4的合成步骤133
• 5.4.4 产物表征数据133-140
• 5.5 本章小结140-142
• 参考文献142-145
• 全文总结与展望145-148
• 全文附录148-154
• 附图154-182
• 攻读博士学位期间发表论文182-183
• 致谢183

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本文编号：1062412