基于新型氧化偶联反应合成氮杂环化合物的研究

Oxidative coupling by non-noble metal catalyzed has received increasing attention due to its great importance in modern catalytic chemistry and green organic synthesis. New bond formations between two nucleophiles by oxidative coupling are investigated. Owing to the function of the pyrrole, indolizines, quinoxaline and oxazole, here we report a new type of oxidative coupling reaction between two nucleophiles to construct the new N-heterocyclic molecular. To verify the intermediates were involved in the oxidative coupling, a series of experiments were carried out with in situ IR spectroscopy, NMR, EPR, X-ray and Raman. We will investigate the interaction between the radicals and two nucleophiles, and the regioselectivity of the N-heterocyclic compounds. Then we illustrate the different interaction between the non-noble metal and nucleophile in the process of dynamics. To design an efficient, cheap and new green catalytic system, we provide a scientific basis for building drug intermediates, which promotes oxidative coupling in the application of the green organic synthesis process.

非贵金属催化的氧化偶联反应作为一类简单、高效的绿色合成方法，引起了化学工作者的广泛关注。本项目拟研究连接两个亲核试剂的自由基偶联反应成键新模式，利用氮杂环化合物官能团的特定化学性质，以发展自由基氧化偶联反应和合成新方法作为工作目标，旨在建立一种通用性强、步骤简洁的合成多官能化的吡咯、中氮茚、咪唑并吡啶、恶唑环类化合物的新路线。在此基础上运用在线红外、顺磁、核磁、单晶衍射仪和拉曼等手段深入分析反应底物与不同非贵金属催化剂前体相互作用的活性物种，阐明非贵金属参与该模型反应预活化过程的差异以及动力学差异的决速步骤，并且集中探讨碳正离子、自由基与亲核试剂相互作用的内在机制和规律。系统研究含氮化合物上不同官能团对非贵金属催化氧化偶联反应的化学区域选择性的调控规律，为设计高效、廉价、绿色催化新体系和构建药物中间体提供科学依据，并推进氧化偶联反应在绿色合成化学中的应用进程。

(1) 利用金属Pd活化双烯氯与水杨醛发生交叉环化反应生成黄酮类化合物，Pd(OAc)2/S=PPh3在反应过程中起到活化烯烃的作用从而加速反应进行。研究发现该体系具有良好的底物适应性。(2) 基于二苯氧膦易被氧化形成磷中心自由基的特性，使用相对价廉而高效的醋酸银催化官能化烯烃磷化反应合成含氮稠环化合物。在该工作中，设计并合成不同取代基的吲哚类化合物，进而基于这些底物的固有性质，在温和反应条件下，进行分子内环化得到含氮稠环化合物。该AgOAc/O2反应体系高效简单，不需要额外的配体，为合成多种类型的杂环化合物提供新的路径。(3) 我们以二氧化碳作为促进剂，利用芳香取代的丁二炔与 DBU 和其他几种脒交叉环化共同构建多取代吡啶化合物，开创了一种新型、原子经济性的多取代吡啶合成路线。经过大量实验，我们已经证实二氧化碳在 C=N 断键过程中起决定作用，CO2 可以活化 DBU 等脒类化合物，在碱的作用下促使原料脒 C=N 断键。同时，同位素标记实验表明：合成的取代吡啶中羰基中的氧来源于水。(4) 无金属条件下，水杨醛与吲哚衍生物通过氧化环化反应实现了黄酮并吲哚的合成。具有各类供电子基团和吸电子基团的水杨醛和不同官能团吲哚衍生物均可以作为合适的底物实现黄酮并吲哚的合成。 (5) 在强碱NaOtBu的存在下多官能化吲哚为反应底物与单质硫发生氧化环化生成复杂噻吩类化合物的反应。在此反应中，我们利用羰基的α位有一定的亲核性，以硫为亲电试剂来促进该类化合物的环化。该方法以良好至优秀的产率提供相应的硫杂环，表现出广泛的底物适用范围和良好的官能团兼容性。同位素效应实验表明：C-H键的断裂都不是该反应的决速步骤。(6)我们设计并实现了水杨醛与2-溴吲哚在Pd2dba3/Xantphos催化作用下发生串联反应，并简单、高效制备了黄酮并吲哚化合物。此外，在优化条件下，底物具有较好的官能团适应性，并实现了目标产物克级规模的合成。(7) 采用氯乙酸乙酯与吡啶、异喹啉相互作用生成1,3-偶极子，随后与查尔酮等不饱和化合物在氧气的作用下一锅法生成多官能化的吲哚啉酮类化合物。该反应在优化条件下顺利实现了克级实验制备。通过KIE实验，表明C-H键的断裂不是该反应的决速步。