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《中国农业大学》 2017年
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路易斯酸催化的1,3-偶极环加成反应研究

刘洪蕾  
【摘要】:1,3-偶极环加成反应是一种合成杂环化合物的重要方法,已广泛应用于天然产物和具有生物活性分子的合成。路易斯酸作用下原位生成的亚甲胺叶立德、路易斯酸催化下环丙烷和氮杂环丙烷开环形成的1,3-偶极子及在碱的作用下原位生成的氰基亚胺作为常用的原位生成的1,3-偶极子都可以参与1,3-偶极环加成反应,基于这些偶极子开发的[3+2]环加成反应已有大量报道,而其他形式的环加成反应则相对较少。在这种背景下,本文旨在发展基于这些偶极子的新型环加成反应,例如[3 + 3]、[6 + 3]、[8+ 3]及双[3 + 2]环加成反应,合成多样性的杂环化合物。基于路易斯酸催化的亚甲胺叶立德与贫电烯及富烯的环加成反应,本文首先发展了铜盐和二茂铁膦氮手性配体形成的催化剂催化的α-亚胺酯与N,N'-环状偶氮次甲基亚胺的不对称[3 + 3]环加成反应,该反应适用于各种芳香取代的底物,可以在温和的反应条件下进行,原料简单易得,可以高收率、高非对映选择性和高对映选择性地得到环加成产物。产物在酸性条件下可以进行差向异构化,在硼氢化锂的作用下可以通过扩环得到含氮和氧的八元环产物。之后我们发展了金属催化的亚甲胺叶立德与环庚三烯酮的[6 + 3]环加成反应,通过银盐和三苯基膦的络合物作为催化剂实现了其消旋催化,通过使用铜盐和二茂铁膦氮手性配体的络合物作为手性催化剂,发展了高对映选择性催化反应。该反应原料易得,条件温和,可以放大量到克级,产物可以在钯碳加氢还原的条件下得到碳碳双键还原的产物,在硼氢化钠的还原条件下得到羰基还原成羟基的产物,证明该反应有很好的实用性。基于路易斯酸可以活化环丙烷和氮杂环丙烷开环形成1,3-偶极子从而进行环加成反应,本文发展了三氟甲磺酸钪催化的1,1-双酯基环丙烷与酞嗪衍生的双氰基叶立德的[3 + 3]环加成反应,该反应可以高收率得到单一的非对映异构体,底物范围广,并可放大量到克级,产物在钯碳还原的条件下能得到一个氰基还原成胺的产物,在硼氢化钠的甲醇溶液中能将产物中一个氰基转换成一个甲氧基。其后本文发展了高氯酸镍催化的氮杂环丙烷与环庚三烯酮的[8 + 3]环加成反应。该反应可放大到克级,产物可以在钯碳还原加氢的条件下进行碳碳双键还原衍生化。本文还发展了氰基亚胺与联烯酯的连续[3 + 2]环加成反应,该反应通过一锅法反应,高收率、高非对映选择性地合成了双吡唑啉螺环化合物,实现了同时构造螺环的两个五元环,并适用于各种取代的氰基亚胺前体和α-取代联烯酯。
【关键词】:环加成反应 不对称催化 亚甲胺叶立德 环丙烷 氮杂环丙烷 氰基亚胺
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O621.251
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-5
  • 常用缩写中英文对照表5-9
  • 第一章 文献综述9-42
  • 1.1 前言9-10
  • 1.2 路易斯酸催化的亚甲胺叶立德参与的不对称1,3-偶极环加成反应10-27
  • 1.3 路易斯酸催化的给体-受体环丙烷参与的环加成反应27-35
  • 1.4 路易斯酸催化的氮杂环丙烷参与的环加成反应35-40
  • 1.5 路易斯酸催化的氰基亚胺参与的不对称环加成反应40-41
  • 1.6 实验设计41-42
  • 第二章 铜盐催化的亚甲胺叶立德与偶氮次甲基亚胺的不对称[3+3]环加成反应42-69
  • 2.1 引言42-43
  • 2.2 反应设计43-46
  • 2.3 实验部分46-51
  • 2.3.1 仪器与试剂46
  • 2.3.2 亚甲胺叶立德前体α-亚胺酯的合成方法46-48
  • 2.3.3 N,N'-环状偶氮次甲基亚胺的合成48-50
  • 2.3.4 亚甲胺叶立德与偶氮次甲基亚胺的消旋[3+3]环加成反应的操作步骤50
  • 2.3.5 亚甲胺叶立德与偶氮次甲基亚胺的不对称[3+3]环加成反应的操作步骤50
  • 2.3.6 [3+3]环加成产物的差向异构化50-51
  • 2.3.7 [3+3]环加成产物的扩环反应51
  • 2.4 结果与讨论51-69
  • 2.4.1 反应条件的筛选51-55
  • 2.4.2 亚甲胺叶立德底物的拓展55-56
  • 2.4.3 N,N'-环状偶氮次甲基亚胺底物的拓展56
  • 2.4.4 小结56-60
  • 2.4.5 化合物表征60-69
  • 第三章 金属催化的亚甲胺叶立德与环庚三烯酮的不对称[6+3]环加成反应69-90
  • 3.1 引言69
  • 3.2 反应设计69-70
  • 3.3 实验部分70-72
  • 3.3.1 仪器与试剂70
  • 3.3.2 亚甲胺叶立德前体α-亚胺酯的合成方法70
  • 3.3.3 环庚三烯酮与亚甲胺叶立德消旋[6+3]环加成反应的操作步骤70-71
  • 3.3.4 环庚三烯酮与亚甲胺叶立德不对称[6+3]环加成反应的操作步骤71
  • 3.3.5 [6+3]环加成产物碳碳双键的还原71
  • 3.3.6 [6+3]环加成产物羰基的还原71-72
  • 3.4 结果与讨论72-90
  • 3.4.1 消旋[6+3]反应条件的筛选72-73
  • 3.4.2 亚甲胺叶立德底物在消旋[6+3]环加成反应中的拓展73-74
  • 3.4.3 不对称[6+3]环加成反应条件的筛选74-80
  • 3.4.4 亚甲胺叶立德底物在不对称[6+3]环加成反应中的拓展80-81
  • 3.4.5 小结81-83
  • 3.4.6 化合物表征数据83-90
  • 第四章 路易斯酸催化的环丙烷与亚甲胺叶立德的[3+3]环加成反应90-113
  • 4.1 引言90-91
  • 4.2 反应设计91-92
  • 4.3 实验部分92-97
  • 4.3.1 仪器与试剂92
  • 4.3.2 酞嗪衍生的双氰基叶立德的合成方法92-94
  • 4.3.3 1,1-酯基环丙烷的合成方法94-97
  • 4.3.4 酞嗪衍生的双氰基叶立德与1,1-双酯基环丙烷反应的操作步骤97
  • 4.3.5 [3+3]环加成产物氰基的还原97
  • 4.3.6 [3+3]环加成产物氰基转化为甲氧基97
  • 4.4 结果与讨论97-113
  • 4.4.1 反应条件的筛选97-98
  • 4.4.2 1,1-双酯基环丙烷底物的拓展98-99
  • 4.4.3 酞嗪衍生的双氰基叶立德底物的拓展99-100
  • 4.4.4 不对称版本的探索100-101
  • 4.4.5 小结101-103
  • 4.4.6 化合物表征数据103-113
  • 第五章 路易斯酸催化的氮杂环丙烷与环庚三烯酮的[8+3]环加成反应113-126
  • 5.1 引言113
  • 5.2 反应设计113-114
  • 5.3 实验部分114-117
  • 5.3.1 仪器与试剂114
  • 5.3.2 氮杂环丙烷的合成方法114-117
  • 5.3.3 环庚三烯酮与氮杂环丙烷[8+3]环加成反应的操作步骤117
  • 5.3.4 [8+3]环加成产物的还原117
  • 5.4 结果与讨论117-126
  • 5.4.1 反应条件的筛选117-118
  • 5.4.2 氮上Ts保护的氮杂环丙烷底物的拓展118-119
  • 5.4.3 不对称版本的探索119-121
  • 5.4.4 小结121
  • 5.4.5 化合物表征数据121-126
  • 第六章 氰基亚胺与联烯酯的双[3+2]环加成反应126-153
  • 6.1 引言126-127
  • 6.2 反应设计127-128
  • 6.3 实验部分128-133
  • 6.3.1 仪器与试剂128
  • 6.3.2 联烯酯的合成方法128-131
  • 6.3.3 氰基亚胺前体的合成方法131-132
  • 6.3.4 氰基亚胺与联烯酯反应的操作步骤132-133
  • 6.4 结果与讨论133-153
  • 6.4.1 反应条件的筛选133-134
  • 6.4.2 氰基亚胺底物的拓展134
  • 6.4.3 联烯酯底物的拓展134-135
  • 6.4.4 两种不同的氰基亚胺与联烯酯的反应135-136
  • 6.4.5 不对称版本的探索136-137
  • 6.4.6 小结137-138
  • 6.4.7 化合物表征138-153
  • 结论与展望153-155
  • 参考文献155-168
  • 致谢168-169
  • 附录169-195
  • 个人简介195-197

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