基于吡咯衍生物合成含氮杂环化合物的催化反应体系研究

The objectives of this research project are to extend the application of pyrrol derivatives in the synthesis of the functionalized N-heterocyclic compounds and organic functional materials. In this project, in the presence of transition-metal complexes, the dehydrogenative dimerization of 1,2,5-trisubstituted pyrroles, the cycloaddition reactions of halogenated 3,3'-bipyrroles with alkyne, alkene and carbon monoxide, the coupling dimerization of halogenated 3,3'-bipyrroles, as well as the dehydrogenative trimerization of 1,2,5-trisubstituted pyrroles and cycloaddition of 1,2,5-trisubstituted pyrroles with biphenyl derivatives will be investigated to develop the new synthetic methods for 3,3'-bipyrroles, chiral 3,3'-bipyrroles, fused tricyclic compounds and pyrrole-containing discotic compounds. The thermal and photovoltaic properties of some fused tricyclic compounds and pyrrole-containing discotic compounds will be also studied to design and synthesize organic functional materials. In order to optimize the catalytic reaction conditions, the effects of catalyst structure, ligand, solvent and reaction temperature on the catalytic activity as well as selectivity will be detailed studied. This research project can not only develop the synthetic methods for a variety of new N-heterocyclic compounds, but also provide a few great ideas for the application of pyrrole derivatives as new synthon in the synthesis of N-heterocyclic compounds.

以拓展吡咯衍生物在合成官能团化含氮杂环化合物、有机功能材料分子中的应用为目的，本项目开展过渡金属配合物催化1,2,5-三取代吡咯的脱氢偶联二聚反应；卤代3,3'-联吡咯与炔烃、烯烃、CO的环化反应及其分子内的偶联反应；1,2,5-三取代吡咯的脱氢偶联三聚反应及其与联苯衍生物的脱氢偶联反应。建立3,3'-联吡咯以及具有光学活性3,3'-联吡咯衍生物、多类含氮并三环化合物以及含吡咯单元结构的盘状化合物的合成新催化反应体系。研究部分含氮并三环化合物和盘状化合物的热、光电物理性质，设计和合成具有应用前景的含吡咯环结构的有机功能材料分子。开展催化剂结构、催化反应体系组成与催化反应效率、选择性之间的匹配关系的研究，进一步积累和丰富含氮杂环化合物合成反应体系的设计思路和研究方法。

吡咯环作为关键结构单元不仅存在于许多药物分子、具有生理和生物活性天然产物以及有机材料分子中，含吡咯环化合物而且还是合成其它含氮杂环化合物的重要原料。本项目的研究目的是以含吡咯环化合物为原料，研究和建立其在官能团化含氮杂环化合物合成中的应用反应体系，同时也设计和研究多取代吡咯衍生物的新合成方法。基于项目提出的研究思路和研究内容，主要完成了以下研究工作：(1) 设计和研究了1,2,5-三取代吡咯的氧化脱氢二聚偶联反应，建立了基于吡咯3-位碳-氢键活化偶联反应合成3,3’-联吡咯的高原子利用率方法；(2) 设计和研究了吡咯N-远程炔基取代分子的分子内环化反应，建立了基于吡咯环碳-氢键活化及其与炔烃环化反应构建多环并吡咯反应体系；(3) 研究了2-(芳基乙炔)吡咯与异硫氰酸酯的[3+2]环化反应，合成了一系列吡咯并[1,2-c]噻唑衍生物；(4) 在芳基碘三氟甲烷磺酸盐的存在下，研究了铜盐催化N-(邻-腈基苯基)吲哚类化合物(苯并吡咯)的分子内偶联环化分子，建立了吡咯并四环类化合物的合成方法；(5) 研究了2-芳基菲并咪唑(吡咯的类似含氮五元杂环结构)的氮-氢键和碳-氢键活化及其与炔烃的环化反应，建立了合成大共轭含氮多环体系的有效新方法；(6) 设计和研究了基于烯胺类碳-氢键活化及其与1,3-丁二炔的环化反应体系，初步建立了构建炔基取代吡咯环的新催化反应体系；(7) 研究了吡咯取代双炔分子内的环化反应，初步建立了合成吡咯并三环(吲哚-1,7-并三环)的新颖反应体系；(8) 研究了炔胺与缺电子炔烃的环化反应，建立了一种定位可控合成多取代吡咯衍生物的新反应体系。该项目所取得的研究成果实现了拓展含吡咯环化合物在合成官能团化含氮杂环化合物、有机功能材料分子中的应用的研究目标。此外，论文发表、专利申请和人才培养方面完成了该项目的预定目标。