芳杂环化合物脱氢偶联反应的在线质谱研究

Developing organic preparation mass spectrometry research not only can guide the realization of accurate organic synthesis, make organic synthesis more concise, efficient, and controllable, but also can further broaden the research field of mass spectrometry. It has great significance for analytical chemistry and organic synthesis chemistry. Dehydrogenation coupling reaction is one of the important ways to achieve efficient, green organic synthesis. However, the current research on this reaction is still shallow, most of the reaction mechanism is not clear, and the regularity of the reaction is poor, which is not conducive to the popularization and application of this reaction. Based on the existing work, this project intends to use the mass spectrometer as a reactor and detector, develop a new type of organic preparation mass spectrometry technology. The dehydrogenation coupling reaction of aromatic heterocyclic compound is studied systematically, and a new strategy for the rapid, convenient and efficient dehydrogenation coupling reaction is established. At the same time, the reaction process is monitored and the reaction intermediates are captured to clarify the reaction mechanism, thereby revealing the essential laws of the dehydrogenation coupling reaction of these substances and laying the foundation for the theoretical research and industrial production of the dehydrogenation coupling reaction. In addition, the ion transport tube of the mass spectrometer will be simulated and a new type of gas-phase ion reactor will be designed to amplify the scale of the organic preparation mass spectrometry. This will give a huge impetus to the practical application of the dehydrogenation coupling reaction.

开展有机制备质谱研究不但可以指导实现精准有机合成，使有机合成更加简洁、高效、可控，而且可以进一步拓宽质谱的研究领域，对于分析化学和有机合成化学都具有重大的意义。脱氢偶联反应是实现高效、绿色有机合成的重要途径之一。但是，目前对此反应的研究尚浅，多数反应机理不明确，反应规律性较差，不利于该反应的推广应用。本项目拟在已有工作基础上，将质谱仪作为反应器和检测器，发展新型有机制备质谱技术，系统地研究芳杂环化合物的脱氢偶联反应，建立一种快速、便捷、高效的脱氢偶联反应研究新策略。同时监测反应过程，捕获反应中间体，以明确反应机理，进而揭示这类物质脱氢偶联反应的本质规律，为脱氢偶联反应的理论研究和工业生产奠定基础。此外，还将模拟质谱仪的离子传输管，设计搭建新型气相离子反应器，将有机制备质谱反应规模放大，这将会对脱氢偶联反应的实际应用产生巨大的推动力。

脱氢偶联反应是实现高效、绿色有机合成的重要途径之一。但是，目前对此反应的研究尚浅，多数反应的机理并不明确，反应的规律性较差。利用有机制备质谱对脱氢偶联反应的机理进行研究，稳定反应的规律性是一项非常具有应用价值且具有挑战性的工作。. 本项目在已有的工作基础上，搭建了一个芳杂环化合物在线质谱研究平台，发展了一种新型有机制备质谱技术。在本项目中我们将质谱仪作为反应器，系统地开展了芳杂环化合物的脱氢偶联反应研究，同时也将质谱作为检测器，对该反应进行实时监测。最终我们建立了一种快速、便捷、高效的在线质谱研究芳杂环化合物脱氢偶联反应的新方法，并利用此方法实现了吡咯类、吲哚类芳杂环化合物的自身脱氢偶联反应在线质谱研究，简单、高效、快速的得到了常规有机合成手段难以制备的多聚化合物。我们利用研究平台实时监测了反应过程，捕获到了反应中间体，明确了反应机理，进而揭示了这类物质脱氢偶联反应的本质规律。我们进一步探索了芳烃的脱氢偶联反应规律，实现了苯与水的交叉脱氢偶联反应在线质谱研究。另外，基于在线质谱研究脱氢偶联反应的技术和反应机理研究方法，我们还拓展了在线质谱技术研究饱和烷烃与水交叉脱氢偶联反应。在此基础上，我们离线模拟了在线质谱反应过程，设计搭建了新型气相离子反应器，将有机制备质谱反应规模放大，实现了苯与水交叉脱氢偶联反应制苯酚，其法拉第效率达到59.5%，取得了喜人的效果，这将会对脱氢偶联反应的实际应用产生巨大的推动作用。