（有机化学专业论文）氧化碳氢键活化在构建碳氧键中的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 碳氢键活化偶联反应是当前有机合成研究的一个热点领域，通过碳氢键 活化反应可以方便高效的构建碳碳、碳杂等常见的化学键。过渡金属催化碳 氢键活化反应缩短了反应步骤，提高了原子经济性，是一种便捷的合成方法， 受到了化学家们的广泛关注。氧化碳。氢键活化反应能够在温和的条件下有效的 构建c x ( x = c ，0 ，n ，s ，e t c ) 键，该方法可以在有或无金属催化条件下完成。从 经济和环境的角度分析，该研究具有更大的挑战性和意义。 本论文分为三部分：第一部分即第一章是关于碳氢键活化反应的综述。介 绍了过渡金属催化碳氢键活化反应以及氧化碳氢键活化反应特别是对s p 3 碳 氢键氧化活化反应做了尽可能全面的总结。 第二章介绍了二醋酸碘苯作用下环己烷的碳氢键活化反应的研究。反应以 p h i ( o a c ) 2 c u c i 试剂为体系，环己烷和n 羟基邻苯二甲酰亚胺( n h p i ) 为原料， 得到了环己烷碳氢键与n h p i 氧氢键之间交叉偶联的目标产物。该反应实现了 无官能团导向s p 3 饱和碳氢键的活化过程 第三章我们研究了d d q 促进下烯丙基化合物和肟的交叉偶联反应。该反 应以d d q 作为氧化剂，c h 2 c 1 2 作为反应溶剂，对脂肪族、芳香族肟和1 ，3 二苯 基1 丙烯的反应进行了研究。该反应可以在室温下进行，具有操作简便，反应 速度快，产率高等特点在研究肟与1 苯基3 甲基1 丁烯的反应时，我们发现 富电子类型的肟反应速率更快，立体选择性更高。 关键词：碳氢活化，交叉脱氢偶联，二醋酸碘苯，烯丙基化合物，i ) d q ，肟醚 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t c hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n sa r ec h a l l e n g i n gt o p i ci nm o d e m s y n t h e t i cc h e m i s t r y c - ca n dc a r b o n - h e t e r o a t o mb o n d sc a nb er e a d i l yf o r m e dt h r o u g hc - hb o n d a c t i v a t i o nr e a c t i o n s c hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n sc a t a l y z e db yt r a n s i t i o nm e t a l sc a n b eu s e dt os h o r t e nt h er e a c t i o ns t e p sa n di m p r o v et h ea t o me c o n o m y i ti sa c o n v e n i e n ts y n t h e t i cm e t h o dw h i c hh a sb e e nw i d e s p r e a di n v e s t i g a t e db yc h e m i s t s o x i d a t i v ec hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o nc a na l s ob eu s e dt ob u i l dc - x ( x = c ，o ，n ，s ， e t c ) w i t ho rw i t h o u tm e t a lc a t a l y s tu n d e rm i l dc o n d i t i o n t h er e s e a r c h e sp o s s e s s g r e a tm e a n i n gf r o mb o t he c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lp o i n t so fv i e w t h i sd i s s e r t a t i o ni sc o n s i s t e do ft h r e ec h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri sar e v i e wt o s u m m a r i z et h ec - hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n s b o t ht r a n s i t i o n - m e t a lc a t a l y z e dc - h b o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n sa n do x i d a t i v ec hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n sw e r e i n 拓o d u c e d i np a r t i c u l a r ，t o t a lo v e r v i e wo fs p 3o x i d a t i v ec - hb o n da c t i v a t i o nr e a c t i o n h a db e e nd o n e i nt h es e c o n dp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec - ha c t i v a t i o no fc y c l o h e x a n em e d i a t e d b yp h i ( o a c ) 2 c u c l i sd i s c u s s e d t h ec r o s s - c o u p l i n gb e t w e e nc y c l o h e x a n ea n d n - h y d r o x y p h t h a l i m i d e ( n h p i ) w a sh a p p e n e di nm i l dc o n d i t i o nu s i n gc y c l o h e x a n e a n dn h p ia st h es t r a r t i n gm a t e r i a l s t h es a t u r a t e ds p 3c hb o n da c t i v a t i o nw a s a c h i e v e da n dn e w c - ob o n dw a sf o r m e dw i t h o u ta n ya c t i v ef u n c t i o n a lg r o u p s i nt h et h i r d p a r to f t h i s d i s s e r t a t i o n ，w es t u d i e dd d qp r o m o t e dc r o s s d e h y d r o g e n a t i v ec o u p l i n g o fa l l y lc o m p o u n d sw i t ho x i m et h r o u g hc hb o n d a c t i v a t i o n t h ed d qp r o m o t e dc o u p l i n go f1 , 3 一d i p h e n y l p r o p e n ew i t ha l i p h a t i ca n d a r o m a t i co x i m ew e r ep e r f o r m e di nc h 2 c 1 2 t h i sr e a c t i o nc a np r o c e e de a s i l yi n s h o r t e rt i m ew i t hah i g hy i e l de v e na tt h er o o mt e m p e r a t u r e w ef u r t h e ri n v e s t i g a t e d t h er e a c t i o nb e t w e e n3 - m e t h y l - 1 - p h e n y l b u t - 1 一e n ea n do x i m e t oo u rd e l i g h t , o x i m e s l v 浙江大学硕士学位论文 c o n t a i n i n ga ne l e c t r o n , - r i c hg r o u pr e a c t e dr a p i d j ya n dh i g h e rs t e r e o s e l e c t i v e l y , k e y w o r d s ：c - ha c t i v a t i o n ，c r o s s - d e h y d r o g e n a t i v e - c o u p l i n g , i o d o b e n z e n e d i a c e t a t e , ，a n y lc o m p o u n d s d d q ，o x i m ee t h e r s v 一 浙江大学硕士学位论文 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：皇俊签字日期：少，o 年乡月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘鲎有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝江大鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：垒傲导师签名：锻陟纱 签字日期：矽扣年弓月子日 签字日期：加f 口年了月驴日 一6 9 浙江大学硕士学位论文 第1 章文献综述 随着化学工业的发展，各种化学品的需求量大幅度增加，新化学品也不断 涌现人们在充分利用化学品的同时，化学反应和化学品对环境造成了不同程 度的污染，环境状况日益恶化，同时也给人类的健康带来了巨大的危害这些 问题的出现源自于传统的化学合成观念。人们一直采用产率指数来评价合成过 程的效率，但是这种方法却无法体现出最终产品以外的其他产品的使用与产生 情况这样往往会出现以下情况，一条合成路线的产率可以达到1 0 0 ，但它却 生成了比所需产品更多的副产物。这是由于产率的计算是基于单位物质的量的 原料所生成产品物质的量的关系。例如在下面的反应中，1m o l 的a 与lm o l 的 b 原料反应生产了lm o l 的c 产品，假设该合成方法的产率为1 0 0 ，似乎是一 个完善的合成线路。但该合成过程却可能产生1m o l 的d 等副产物。随着绿色 化学1 概念的出现，人们在化学品设计、生产和应用过程中力求减少甚至消除使 用和产生危险品，提高反应的原子利用率，从源头上防止污染的发生。1 9 9 1 年， 美国著名化学家t r o s t 提出原子经济性2 的概念来评估化学反应的效率。在此基 础上分析，目标化合物c 的合成就需要人们从完全不同的起始原料e 和f 出发， 实现反应物原子1 0 0 地转化到目标产物中，而没有原子生成其他副产物。 a + b c + d e4 - f c s e h e m e1 1 碳氢键活化作为一种新的绿色合成方法，引起了人们广泛关注，并不断开 拓该方法在有机化学中的应用。该方法主要通过对底物中某一个c h 进行活化， 使得该c h 键的断裂，并与另一底物反应形成新的c x ( x = c 、o 、n 等) 键。从 操作的简便性、原料的易得以及原子经济性方面考虑，参与反应的底物直接通 过c h 活化的形式参与反应，使得合成步骤缩减，是一个具有较大挑战性和研 浙江大学硕士学位论文 究意义的新领域 1 1 过渡金属催化c h 键活化的研究进展 碳碳键及碳杂原子键的形成作为有机合成化学最重要也是最核心的任务 之一，其方法的发展，推动着合成化学发展的进程。以碳碳键的合成为例，传 统的合成方法主要通过亲核取代，亲核加成以及f r i d e l c r a f t s 反应来完成。随着 研究的不断深入，偶联反应、自由基反应和周环反应因其具有反应多样性等特 点，成为构建碳碳键的新途径3 过渡金属含有未被充满的d 轨道，根据电子轨 道理论，它可以从配体中接受电子也可以将电子提供给配体，这样就可以可逆 地改变氧化态和配位数。因此，2 0 世纪7 0 年代以后，过渡金属催化的合成反应 层出不穷，专著和文献报道不断出版4 本章将按以下思路展开： c - x + y - c 群 c 4 2 x ，y _ b r ，o t f ，s i r 3 ，s n r 3 ，b r 2 。e t c c - h + f g c 叶鲁揩c - c f g = f u n c t i o n a lg r o u p c - h a - i - b h - c 叶蠹分c - c s c h e m e1 2 1 1 1 经典的过渡金属催化的交叉偶联反应 经典的交叉偶联反应具体表现为在过渡金属催化下烃基化合物r x ( x = 卤 素、o t f , 硼酸酯、磷酸酯等离去基团，l 净烯基、芳基、烯丙基、炔基等) 与亲 核试剂形成一个碳碳键的过程( s c h e m e1 2 ，p a t ha ) 。其中，k u m a d a - c o r d u 5 a 、 s u z u k i m i y a u r a 5 b 、s t i l l e m i g i t a 5 。、n e g i s h i 5 d 、h i y a m a 5 。、s o n o g a s h i r a 5 f 、h e c k 5 9 等人名反应最具代表性。 b u c h w a l d 课题组报道了一系列卤代物，在p d 或c u 催化下，用b i n a p 作 为配体与多种不同类型的亲核试剂反应该类型反应条件温和，有的反应可以 在室温下进行，并且反应速率快，产率高6 报道的b i n a p 配体现已成为偶联 反应应用较为广泛的配体之一。 一2 一 浙江大学硕士学位论文 r 1 9 x 水q b 。带a r ， s c h e m e1 3 从上述反应我们可以看出，经典的偶联反应由于效率和产率较高，对底物 的兼容性较好等特点已经被广泛运用于现代工业化生产过程中。但同时也存在 着明显的缺陷，对参与反应的底物要求较高，二个底物都需要进行官能团化才 能够反应，这样一来不仅增加了合成步骤并且绝大多数情况下离去基团均在反 应后作为副产物除去，因此原子利用率低。 c h 键普遍存在于有机化合物中，作为一类广泛存在和易得的化合物。若能 活化该c h 键，形成新的c c 键在化学研究以及工业生产中具有重大意义，也 将从根本上改变有机合成化学。该方法与传统的方法比较省去了对底物进行官 能团化的过程，使合成路线更简短，并具有很高的原子经济性。因此，近年来 这一领域成为了人们关注的焦点，并取得了一定成绩7 。 1 1 2 过渡金属催化c h 键活化与带官能团偶联试剂反应 为了实现c h 键的官能团化，化学工作者报道了许多在过渡金属催化下烃 基化合物r - h ( r = 烯基、芳基等) 与带官能团亲核试剂的偶联反应( s c h e m e1 2 ， p a t hb 1 。 卤代芳烃是一类报道较多的可用于c h 活化的偶联试剂。k f a g n o u 课题组 报道了在醋酸钯催化、p c y 3 h b f 4 做配体的条件下，卤代芳烃分子内偶联反应。 该反应适用于不同取代的卤代芳烃，且产量都在8 0 9 9 之间，碘代芳烃在加入 碳酸银后，反应温度可以从1 3 0 c 降低到7 0 * 0 ，反应条件更趋于温和8 r 铋z 国r 鲁r x - c i , br i y = c h 2 ，c h 2 c h 2 ，c 5 0 s c h e m e1 4 z = o 。c h ，。n m e 一 一3 一 浙江大学硕士学位论文 上海有机所游书力课题组报道了金属铱催化下基于自由胺基协助双键末端 c h 键活化的偶联反应。传统的方法往往得到热力学稳定的反式双键产物。该反 应使用【i r ( c o d ) c i 2 和f e d n g a 配体的催化体系，实现了邻胺基苯乙烯类化合物 与烯丙基碳酸酯的偶联反应，以5 1 9 9 9 j 产率和9 1 9 9 9 1 的高选择性得到顺式 双键产物9 。该反应对于传统的h e c k 反应做了一个很好的补充。 r + 醉q 县r ，m ，吖酽+ r 2 n 0 2 弋 刚以n k 珠f 姒n h ： t h f 6 0o c s c h e m e1 5 甲磺酰基作为一类容易离去的基团，也可以作为偶联试剂参与反应。何川 课题组报道了萘磺酸酯类衍生物在a u ( i i i ) 催化下，a g o t f 做为氧化剂，实现分 子内偶联，得到较高产率的苯并吡喃酮1 0 。 吣 囝了。 a u c l 3 3 a g o t f o s c h e m e1 6 金属试剂做为偶联试剂具有较高的活性。n a k a m u r a 课题组报道了芳基锌试 剂与苯并喹啉在铁催化下的偶联反应1 1 。该反应改变了通常选用贵金属作为催化 剂的方法，采用了更廉价、更环保的f e 作为催化剂，并且该催化体系在0 * c 既 可以发生。反应体系还加入1 , 2 二氯2 甲基丙烷作为电子受体，实现f e 的催化 循环过程。从反应的结果来看，目标产物具有很好的区域选择性，最高可以分 离得到9 9 的产率。 f e ( a c a c ) a j l ，10 一p h e n a n t h r o l i n e z n c l 2t m e d a2 p h m g b r s c h e m e1 7 碘甲烷、硫酸二甲酯、碳酸二甲酯作为传统的甲基化试剂，但直接实现芳 一4 一 t 浙江大学硕士学位论文 烃甲基化较为困难。李朝军课题组首次报道了采用过氧化物作为甲基化试剂在 二价钯的催化体系下，完成了芳烃c h 键的甲基化反应1 2 。过氧化物一般作为 氧化剂使用，氧氧键容易断裂，接收氢原子往往以羟基形式离去该方法在发 展过氧化物作为碳亲核试剂具有一定的意义 c a t p d ( 1 1 ) p e r o x i d e + 综上所述，通过过渡金属催化实现s p 2 c h 键的邻位芳基化、烷基化的报道 还是较为常见。j i n q u a ny u 课题组在推进s p 3c h 键活化的发展做了大量的工作 1 3 报道了醋酸钯催化，空气作为氧化剂，s p 3c h 键- 9 硼酸的偶联反应，该反 应对烷基硼酸和芳香基硼酸都适用1 3 a 并且将该方法应用于药物活性分子的合 成当中。 r 毕钭，占罴r 学钭，占 h r r b ( o h ) 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - c a t p d ( o a c ) 2 s e h e m e1 9 1 1 3 过渡金属催化s p 2c h 键之间活化的偶联反应 但是通过以上方法偶联虽然实现了c h 键活化的过程，但偶联试剂还是需 要进行官能团化后，反应才可以进行。长期以来，合成化学家一直在寻找一条 更便捷，更有效的合成路线。从降低能耗的角度出发，是否可以实现烷烃和芳 香烃的c h 键像c x 键一样直接作为活化官能团使用，以氢作为离去基团或在 反应后该氢仍作为反应产物中的一部分( s c h e m e1 1 ，p a t hc ) 一5 一 浙江大学硕士学位论文 在自然界中，s p 2c h 键可以广泛存在于链状不饱和烃和芳香化合物中，其 c h 键键能较低，容易进行反应，因此对s p 2 c h 键的活化研究较为普遍。苯环 上c h 键活化，往往通过苯环上的电子云特征以及定位基团实现区域选择性。 s m u r a i 课题组报道了4 ，4 二甲基2 苯基4 ，5 二氢一l ，3 恶唑与烯烃，在 r u 3 ( c o ) 1 2 催化，甲苯做溶剂，1 3 5 ( 2 下反应，得到相应的烯基产物1 4 8 。m p f e f f e r 课题组对该类型的机理作了比较详细的研究，认为这是一个螯合协助的机理， r u 与氮上的孤对电子形成螯合物，并与邻位芳烃上的c 形成c r u 键。随后烯 烃与c r u 键发生氧化加成，最后p h 消除1 4 6 b 磊r u 3 ( c o ) 1 2 8 7 h + 拶w s i ( o s c h e m e1 1 0 除了螯合协助的方式外，还存在非螯合的方式。y f u j i w a r a 课题组用醋酸钯 作为催化剂，苯醌和叔丁基过氧化氢作为氧化剂，对芳烃与烯烃进行偶联。该 反应在不加苯醌的条件下也可以进行，但随着苯醌的量增加产率也得到提高。 他们认为苯醌一方面能够使p d ( 0 ) p ap d ( 0 ) b q 形式存在，减少了变成钯黑而失去 活性，另一方面，苯醌可以起到氧化的作用，将p d ( 0 ) 氧化成p d ( i i ) 。将苯环换 成其他杂化，该反应活性为呋喃环 吲哚环 萘环 苯甲醚 甲苯，苯。这说明伊 芳基p d ( i i ) 的形成为该反应的决速步骤。因此，该反应首先形成p h p d o a c 然后 与烯烃顺式加成，伊h 消除1 5 。 a r - h+ hr 崮 h p d ( o a c ) 2 b q b u o o h ，a c o h - a c , 2 0 5 0 9 0 0 c 1 2 15 h rr 双 arh r = h ，c h 3 ，p h r 。p h ，c 0 2 e t ，c o m e ，c h o ，c 0 2 h ，c n s c h e m e1 1 1 过渡金属催化下，分子间或分子内偶联主要通过以上二种方式进行。这为 以后的研究提供了依据。 一6 一 浙江大学硕士学位论文 过渡金属元素中，贵金属钌、铑、钯对实现c h 键的活化最具广谱性二 芳基骨架的化合物在天然产物合成以及药物合成广泛应用，受到化学工作者的 青睐n m i z u n o 课题组报道了钌催化剂r u ( o h ) x 负载于a 1 2 0 3 上，用氧气作为 氧化剂，在水中对苯酚类化合物和萘酚进行偶联得到二芳基化合物。在该体系 中催化剂r u ( o h ) x a 1 2 0 3 可以很方便地回收再利用1 6 r r u ( o h ) x a 1 2 0 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0 2 ，h 2 0 r o h o h s c h e m e1 1 2 m o r i 课题组首次报道了噻吩类化合物的自身交叉偶联反应。该类化合物在 p d c l 2 ( p h c n ) 2 的催化下，a g f 作为氧化剂，实现了2 取代噻吩在其5 位进行的 偶联反应，作者并对机理作了详细的探讨 。 g r 案r r s c h e m e1 1 3 此外m o r i 课题组改用a g n 0 3 k f 体系替代a g f 作为氧化剂，并且在噻吩的 2 位引入杂原子，考察钯催化剂对该反应的区域选择性结果表明底物中虽然存 在碳卤键，但在该钯催化剂中表现为惰性，实现了卤原子存在下该噻吩类化合 物自身偶联的产物。同时他们为合成寡聚噻吩提供了新的制备方法1 8 。 r 卧奶 o p d c l 2 ( p h c n ) 2 a g n 0 3 k f d m s o r b r r s c h e m e1 1 4 m s s a n f o r d 课题组报道了2 苯基吡啶在p d ( o a c ) 2 o x o n e 的作用下自身偶 联，该反应具有很高的区域选择性。选用氧气、a g f 、a g o a c 、c u ( o a c ) 2 等常 用于p d ( i i ) ( 0 ) 偶联c - h 键活化体系，反应并不发生。因此他们认为这是p d ( i i ) ( i v ) 一7 一 浙江大学硕士学位论文 机理，并且两个c h 键分别是在p d ( i i ) 和p d ( i v ) 中心发生活化这也为实现不 同底物之间的交叉偶联提供了一种可能性1 9 p d ( o a c ) 2 o x o n e f t - p r o h s c h e m e1 1 5 w l u 课题组报到了对二甲苯在p d ( o a c ) 2 c f 3 c 0 2 h ( t f a ) k 2 s 2 0 8 体系中选 择性偶联反应，分别得到联苯和二苯甲烷类产物。t f a 在该高选择性反应中起 到了很大的作用，当t f a 大大过量时，以二苯甲烷产物为主2 0 。 囝t f 罴ak 2 s 虹2 0 8j 咖七，义夕 人夕人夕 2 0h s c h e m e1 1 6 以上报道的都是通过c h 活化进行的双分子自身偶联，主要是对苯，噻吩， 萘酚，吡啶类化合物。下面介绍的是不同分子之间进行的交叉偶联反应。 m s s a n f o r d 课题组报道了醋酸钯与二苯醌配位催化，用碳酸银和d m s o 作为氧化剂，苯并喹啉和各种简单芳香烃的高区域选择性的交叉偶联反应2 1 。 该反应底物苯并喹啉中的氮原子对定位效应起到了很大作用，作者认为该反应 是通过p d ( i i ) ( o ) 的机理进行。 + r + 嚣r s c h e m e1 1 7 s c h a n g 课题组报道了吡啶氮氧化物与苯基在醋酸钯和碳酸银的作用下，可 以得到高选择性的偶联产物2 2 。在与无取代基的吡啶氮氧化物反应时，偶联发生 一8 一 浙江大学硕士学位论文 在2 或6 位，当3 位有取代基的吡啶氮氧化物进行反应，偶联发生在6 位。改 用喹啉或异喹啉氮氧化物时，发生在其的邻位 + 等p d ( o a 蔫c ) 2 1 0 m 业0 1 s c h e m e1 1 8 b u c h w a l d 课题组报道了苯胺类化合物在醋酸钯、二甲基亚砜、三氟乙酸作 用下与苯发生氧化交叉脱氢偶联2 3 。该反应具有高度的区域选择性，并且在氧气 的环境下进行。 二9 州冰1 + r sp鬻d(oac)2(5-1 0 t 0 0 1 ，k 施章杰课题组报道了n ，n 二甲基苄胺和烯烃在氯化钯的催化下，用醋酸铜 作为氧化剂，高区域选择性地在n ，n 二甲基苄胺的邻位进行偶联反应。该反应 体系需在酸性条件下进行，研究表明醋酸必不可少。在不加醋酸的情况下， p d ( c h 3 c n ) 4 ( b f 4 ) 2 替代p d c l 2 ，不发生反应，醋酸可能在反应中起到了调节胺离 子浓度的作用，使得钯与胺配位更容易发生，并且醋酸的用量在1 6 3 2 e q 该反应 的效率最好m 。 旷m e 2 + r 2 弋r 二一 p d c l 2 c u ( o a c ) 2 c f 3 c h 2 0 h a c o h s c h e m e1 2 0 k f a g n o u 课题组报道了在三氟醋酸钯和醋酸银的作用下n 乙酰基吲哚和 苯的交叉偶联反应2 5 通过对苯的用量和对两种底物的浓度进行控制，实现了以 交叉偶联产物为主的反应；2 取代的吡咯通过同样的方法和苯进行交叉偶联，主 要发生在吡咯的5 位。 一9 一 浙江大学硕士学位论文 矾 n 八r 2 r 1 + + p d ( t f a ) 2 a g o a cr 1 聃 p i v o h b e n z e n e f 0 p d ( t f a ) 2 ，a g o a c - - - _ - - _ _ - _ - - - - - - - - _ - _ _ _ - - 。 p i v o i - i b e n z e n e b d e b o e f 课题组报道了杂环化合物与各种简单芳香烃在醋酸钯和 l - i d m 0 1 1 v 0 4 0 的催化下，采用氧气作为氧化试剂，分子间或分子内进行的交叉偶 联反应在进行芳烃化合物间交叉偶联反应时，氧气通常会是一种很好的氧化 试剂2 6 。 + 号等啪 p d ( o a c ) 2 a c o h 0 2 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - c u ( o a c ) 2 s c h e m e1 2 2 施章杰课题组报道了更为环保的合成路线。将生物活性分子( 如：n 乙酰基 四氢喹啉) 在催化量i 绚p d ( o a c ) 2 和c u ( o t f ) 2 共催化下，氧气氧化，醋酸做溶剂的 温和条件下，与芳基化合物反应，得到了高选择性、高产率的联苯类化合物2 7 h i + q m e p d ( o a c ) 2 c u ( o t f ) 2 0 2 ，a c o h 一1 0 一 今n太2 瓴r 时 浙江大学硕士学位论文 后得到相应的多取代吲哚2 8 r 吣a r 2 b 叼 0 0 5e q u i vc u l 0 1 7 5e q u i vp h e n 2e q u i vl i 2 c 0 3 d m f ，1 0 0 0 c ，a i r s c h e m e1 2 4 1 2 s p 3c h 键活化与s p s p 2 s p 3c h 之间c r o s s d e h y d r o g e n a t i v e c o u p l i n g 反应 交叉脱氢偶联反应指的是在氧化性的条件下，两个不同底物中的c h 键脱 氢形成c c 键偶联的反应。该类型的反应主要集中在s p 3c h 键活化的研究。根 据碳原子的杂化理论，在s p n 杂化轨道中，1 1 的数值越小，吸电子效应越强。s p 3 c h 键不易形成偶极矩，且原子均处于电子饱和状态，十分稳定。因此，进行 s p 3c h 键活化的研究更具挑战性。该反应包括以下几种类型： 1 2 1 胺分子中氮原子的a 位c h 键的c d c 反应 叔胺类化合物广泛的存在于生物体内和氨基酸中，在有机合成的中有着广 泛的应用2 9 。 s i m u r a h a s h i 课题组报道了叔胺与氰化钠在三氯化钌、氧气体系形成氰 基化的反应3 0 。该反应包括以下二点突破：1 ) 氧气替代过氧化物作为氧化剂， 首次在氨基转化中应用氧气氧化。2 ) 引入碳亲核试剂，在氧化的条件下，将亚 胺类中间体与亲核试剂直接反应形成c c 键。此外，m u r a h a s h i 对该反应的机理 进行了详细研究，通过对反应的h a m m e t t 常数以及同位素效应的测定，确定该 过程在钌催化下，首先钌与叔胺上的氮原子配位，然后形成了一个活泼的亚胺 正离子中间体。这为以后的研究提供了一定的指导作用。 r 1 、n c h 2 r 3 + n a c n r 2 r u c l 3 0 21 a t m c h 3 0 h 。c h 3 c 0 2 h c n r l ，( ! h r 3 n r 2 浙江大学硕士学位论文 际z 恻：r s 旦 r 1 r ：p 一 一r 1 r 2 r 1 土r 1 r 2 1 6 刚c h 。2 r 3 湖 r u n j lj lj s c h e m e1 2 5 李朝军课题组近些年来开创了使用较廉价的催化剂( c u 、f e ) 和氧化剂( 氧 气、t b t p 、d d q ) 实现高效的交叉脱氢偶联反应。 2 0 0 4 年，该组报道了n 芳基四氢异喹啉和炔烃在手型配体、叔丁基过氧化 氢和铜作用下，得到中等收率的炔丙胺类化合物3 1 。该反应首次将端炔与潜手性 的s p 3c h 键偶联应用于手性合成中。实验表明二价铜( 特别是c u ( o t f ) 2 ) 催化效 果比一价铜好。但该反应也存在一定的缺陷：该反应适用性比较局限，对脂肪 族炔烃反应活性较低 谚 + 一r 2 等 r z s c h e m e1 2 6 该课题组还考察了n ，n 二甲基苯胺和端炔的反应，与以上反应比较，反应 温度升高，一价铜的催化效果更好。在底物扩展的研究中发现n ，n 二甲基苄胺 发生反应时，主要反应位点在甲基上，而并不是活性较高的苄基位上3 2 。 护n + r h 詈一l r s c h e m e1 2 7 2 0 0 8 年，h f u 课题组报道了用n b s 作为自由基引发剂，三级胺的炔丙基 化反应。该反应具有很高的区域选择性，炔丙基化发生在甲基上，脂肪族和芳 香族的炔烃都适用3 3 。 c u b r ，n b s + r s 1 瓦百 s c h e m ei 2 8 一1 2 一 川厂- n chr 浙江大学硕士学位论文 徐孝良课题组报道了用c u v d m a d 作为催化体系，脂肪族三级胺与炔烃进 行炔丙胺化反应3 4 。该反应区域选择性明显，产物集中在伯碳的甲基上，并不是 在相对稳定的仲碳上反应反应温和，适用范围较广，产率较高。 一+ 一詈d e a d t h f r ，一r k 3 ， 7j s c h e m e1 2 9 p v o g e l 课题组报道了n , n 二甲基苯胺与三乙基硅乙炔的偶联反应，该反应 选用更廉价的f e c l 2 作为催化剂，叔丁基过氧化醚作为氧化剂，1 0 0 c ，反应1 8 h ， 可以得到8 0 以上的产率3 5 f e c l 2 ( 1 0m 0 1 ) ( t - b u o ) 2 ( 2e q u i v ) 1 0 0o c ，3 0 h ，a i r ，8 2 弋 江 s c h e m el - 3 0 考虑到炔基化反应都是通过炔烃亲核试剂与亚胺中间体反应，替换其他亲 核试剂估计也可以反应。富电子芳烃作为一类常见的亲核试剂。李朝军课题报 道了n 芳基四氢异喹啉和吲哚在同样的体系下反应，可以得到中等收率的交叉 脱氢偶联产物，这是首次采用c u b r 催化的s p 3c h 键和s p 2c h 键的交叉脱氢偶 联( c d c ) 反应。该反应条件温和，可以在空气和水相中进行，适用的底物范围较 广可以直接与吲哚反应，避免了对吲哚中自由胺基的保护，当吲哚3 位有取 代基时，反应在2 位进行3 6 。 砩+ r 回 c u b 盯b h p s c h e m e1 3 1 r h 、p h 李朝军课题还报道了n 芳基四氢异喹啉和2 萘酚在同样的体系下反应，可 以得到交叉脱氢偶联产物，并有联萘副产物生成。该反应尝试了不同的铜盐催 一1 3 浙江大学硕士学位论文 化，c u b r 2 催化效果最佳”。 c u b r 2 ( 5m 0 1 ) - - - - - - - - - - - - - - - t b h p1 0e q u i v p h o h s c h e m e1 3 z 在考察了炔烃，芳香族化合物后，接下来对脂肪族化合物进行了研究。李 朝军课题组首先选用硝基甲烷作为亲核试剂与n 芳基四氢异喹啉反应3 8 。在上 述体系下，c u b r 催化下可以得到9 0 1 均产率，并且催化剂的用量可以降低到2 t o o l 。 当采用n 苯基四氢吡咯时，发生二次脱氢交叉偶联占单取代脱氢交叉偶联 的7 。 r 1 4c u b r ( 5m o i )r 2r i 4 + h - ) - n 0 2i 鬲而r 1 n p n 0 2 r t r 3 仑9 n ( s c h e m e1 3 3 丙二酸酯和丙二腈等活性亚甲基化合物也可以与n 芳基四氢异喹啉发生 s p 3 - s p 3c - h 键的交叉脱氢偶联( c d c ) 反应该反应在室温下反应过夜即可以得 到较高的产率，并且催化剂的用量可以由5 降低到0 5 3 9 。 + oo r 八少r 2 c u b 盯b h p p h r 2 oo s c h e m e1 3 4 相对与活性亚甲基化合物，c c g u o 课题组报道了n 芳基四氢异喹啉与丙 酮在c u b r 催化，氧气或t b t p 氧化下，8 0 。c 反应6 h ，可以得到偶联产物，但该 一1 4 一 h r 酗 2 、 r n r 浙江大学硕士学位论文 产率并不是很高4 0 当与丁酮反应时，甲基参与反应与亚甲基参与反应的比率为 5 ：1 ，具有一定的选择性 + 八o 等等 o 、p h+ p h o s c h e m e1 3 5 1 2 2 醚分子中氧、硫原子的a 位c h 键的c d c 反应 c o c s 在现代有机合成中应用广泛( 例如过氧化物和醚类化合物) ，这类化 合物不仅可以应用于天然产物和生物活性的化合物的合成，而且还是有机合成 的重要组成部分。c o 键与c - n 键相似，可以形成氧鳐离子但相比与c - n 键， c 0 键需要更强的氧化剂，2 ，3 二氯5 ，6 二氰基对苯二醌( d d q ) 对该类反应有很 好的效果。 yc x u 课题组报道了苄醚与烯醇硅醚在d d q 作用下，室温反应3 0 6 0 分 钟，即可得到收率为1 0 8 5 的3 烷氧基3 苯基羰基类化合物4 1 。具有反应条件 温和，反应速率快等特点。 c 删趴。r ，( r o ) 忐丑r o r ， +r 封8 i 型业d d q 型鸳 r 3静 c h 2 c 1 2 ，r t s s c h e m e1 3 6 李朝军课题组报道了异苯并二氢吡喃和l ，3 二羰基类化合物在 i n c l 3 c u ( o t f ) 2 共催化下，选用d d q 作为氧化试剂，实现s p 3 - s p 3c h 键的交叉 偶联反应4 2 。该反应条件较为苛刻。需要在i n 与c u 的共催化下才能反应，i n c l 3 可以使d d q 活化，增强其氧化性，c u 与丙二酸酯配位活化亚甲基，并且该反 应在四氢呋喃和水做溶剂时不发生反应。 一1 5 一 浙江大学硕士学位论文 冒0 u i n c l 3 c u ( o t f ) 2 r r 2 1 f s c h e m e1 3 7 oo r 2 i n c u d d q 体系仅适用与苄醚和丙二酸酯类的c d c 反应。李朝军课题组 在研究简单酮类化合物与苄醚的c d c 反应时，发现在没有使用任何金属催化 剂情况下，直接用d d q 作为氧化剂，可以得到偶联产物。在这个反应中，芳 香酮和脂肪酮基本上都有中等以上的收率，d d q 在体系中分别作为氧化剂和有 机碱的形式存在4 3 。 o 0 7 r 1 o + r 2 人r 3 告 s c h e m e1 3 8 r 2 r 1 硫醚类化合物，在氧化剂的作用下，容易被氧化成亚砜、砜。李志平课题 组报道了苄基硫醚和活泼亚甲基化合物在四氯邻苯二醌的作用下，8 0 反应 0 5 h ，得到较高收率的交叉偶联产物“。为了避免硫醚的氧化，该反应选用四氯 邻苯二醌作为氧化剂。该方法直接选用硫醚作为底物，对p u m m e r e r 反应进行了 很好的补充。当升高反应温度到1 0 0 c ，反应时间延长至8 h 时，该反应将发生 变化，以k n o e v e n a g e l 类缩合产物为主。 oo 。，足且d 2 + p h s ，r 3 r ，八八r 2 + 尿。 。1 足且。，+ p h s ，r 3 r 1 八八r 2 + ，p h s 尿3 o - - c h l o r a n i l ( 1 5e q ) 8 0o c ，0 5 h o - c h l o r a n i l ( 3 0e q ) 1 0 0o c 。8 h s c h e m e1 3 9 1 6 一 oo r 2 r 3 浙江大学硕士学位论文 1 2 3 烯丙基和苄基位c h 键的c d c 反应 钯催化通过i i 烯丙基钯中间体形成烯丙基烷基化反应( t s u j i - t r o s t 反应) 在有 机合成中是非常重要的构建化学键的方法4 5t s u j i - t r o s t 反应是将带有离去基团 的烯丙基化合物与零价钯发生氧化加成及亲核试剂的亲核取代反应相结合。该 反应不仅具有化学和区域选择性，而且还具有立体选择性。 烯丙基醋酸酯、碳酸酯及其衍生物可以方便地从相应的烯丙醇类化合物得 到。随着绿色化学和原子经济性概念的发展，以烯丙醇作为原料，在过渡金属 或l e w i s 酸的催化下直接进行烯丙基烷基化反应。a b a b a 课题组报道了1 ，3 二 羰基化合物和烯丙醇在i n c l 3 催化下，甲苯做溶剂，8 0 。c