离子液体催化吡唑化合物参与的氧化偶联反应研究

It’s a great opportunity and big challenge for modern synthetic organic chemistry to find highly effective, highly selective and environmentally friendly catalysts to make organic reaction greener. Recently, transition metal-catalyzed oxidative coupling reaction is one of the hottest research fields. Because some transition metal catalysts have some shortcomings such as expensive, toxic and poor substrate applicability. We aim at using ionic liquids for their diverse structure, adaptable catalytic ability and less-polluted traits. Pyrazole compounds are the research objects that have exhibited extraordinary biological. We intend to carry out oxidative coupling reaction of pyrazoles catalyzed by ordinary ionic liquids, polymeric ionic liquids and zeolite bonded ionic liquids whose anions are halide anions. As a result, we can obtain pyrazolo[3,4-d]pyrimidinones, pyrazolo[4,3-e]oxazinones, and other pyrazole derivatives. Moreover, we sieve out excellent performed and recycled catalysts, reveal the relationship between its structure and catalytic ability, discuss the reaction mechanism and finally help to explore a new approach to find a green and highly efficient method for the synthesis of pyrazole derivatives. Therefore, our project has a very important theoretical significance and potential value to enrich and develop the catalyst of oxidative coupling reaction and meet the growing need of green chemistry.

发现高效、高选择性、环境友好和可再生的催化剂，实现有机反应的绿色化，是现代有机合成化学面临的机遇和挑战。过渡金属催化的氧化偶联反应是近期研究热点领域之一。本项目针对部分过渡金属催化剂价高、有毒和底物适用性不佳的缺点，利用离子液体结构多样、催化性能可调、可循环使用以及绿色化的特点，拟开展离子液体催化的氧化偶联反应研究，即以具有重要生物活性的吡唑化合物为研究对象，将阴离子为卤离子的普通型离子液体、聚合型离子液体和分子筛键合型离子液体应用于吡唑化合物参与的氧化偶联反应，合成吡唑并嘧啶酮、吡唑并噁嗪酮以及其它吡唑衍生物，筛选出催化性能和循环使用效果优异的离子液体催化剂，揭示其结构与催化活性的关系，探讨反应机理，探索出合成吡唑衍生物的绿色、高效方法。因此，本项目对于丰富和发展氧化偶联反应的催化剂种类，满足日益增长的绿色化学需要具有十分重要的理论意义和应用价值。

本项目以N-甲基咪唑、吡啶、苯并咪唑和苯并三唑等为原料合成了一系列离子液体，考察了离子液体催化或促进吡唑类化合物参与反应的效果。主要工作有：1. 芳基偶氮衍生物作为抗微生物剂和治疗剂被用于药物化学，也可用作染料。以1,3-二磺酸丁基咪唑硫酸氢盐为促进剂合成了一系列N-吡唑基偶氮衍生物，与传统的合成方法相比，该方法在室温下以水作溶剂只需反应1 h就能以良好至优秀的收率（60%-99%）得到相应的目标化合物。而且，离子液体可以循环使用3次且活性没有明显降低。2. 芳基硫醚化合物广泛应用于农药、医药及有机材料等方面，因此发展简单绿色合成芳基硫醚的方法受到大家的广泛关注。以芳基亚磺酸为硫源，开展了离子液体促进芳基亚磺酸与吡唑啉酮构建C-S键的反应研究。结果表明所有的反应底物都能以中等至良好的收率得到4-芳基硫醚吡唑化合物。3. 含氧七元环状结构广泛存在于众多药物分子和天然产物中。我们报道了碘促进苯乙酮类化合物与吡唑酮衍生物的三个Csp3−H键发生串联[1+3+3]环化构建了一系列吡唑并含氧七元环状类衍生物。经过控制实验和1H NMR滴定实验，提出了该反应可能的反应机理。4. 在无金属条件下，将1,3-二取代-5-吡唑酮与苯乙烯类发生[1+3+3]环加成反应，合成了一系列二吡唑并氧杂七元环化合物。最佳的反应条件：0.2 mmol苯乙烯，1.5 eq. 碘，1.0 eq. TBHP，0.4 mmol吡唑啉酮，2.0 mL DMSO，100 oC，总反应时间6 h。普适性研究表明，取代苯乙烯的苯环上无论是连有给电子基还是吸电子基，都能以中等产率得到相应的产物。5. 以苯乙烯与吡唑啉酮作为底物，碘单质为催化剂，在微波中80 ℃条件下反应20 min以较好的产率得到二氢吡喃并吡唑类化合物。该方法具有反应时间短、反应底物易得、原子经济性好等优点。6. 吡喃并吡唑类化合物可作为AMPA受体、抑制人类Chkl激酶和农药等。吡唑啉酮和苯乙炔为底物发生反应，以中等至良好的收率合成了一系列螺吡唑啉酮吡喃并吡唑化合物。最佳反应条件是：0.3 mmol碘单质为催化剂，NFSI为氧化剂，1,2-二氯乙烷为溶剂，80 oC反应12 h。