自組織反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑及其在雜環(huán)化合物合成上的應(yīng)用研究.pdf

1、自組織廣泛存在于自然世界，人類社會以及生命系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。在化學(xué)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的自組織研究多集中在非共價作用的分子自組織行為上，而如何簡便，高效，有序的構(gòu)建共價鍵一直是有機(jī)合成化學(xué)家追尋的目標(biāo)。為了實現(xiàn)理想的有機(jī)合成過程，我們將分子的自組織行為與傳統(tǒng)的串聯(lián)反應(yīng)結(jié)合。通過底物分子自發(fā)有序的歧化，平行以及匯聚等過程更加高效的合成復(fù)雜目標(biāo)分子化合物。這種“平行匯聚網(wǎng)絡(luò)模式”相比于傳統(tǒng)的“單線性串聯(lián)反應(yīng)模式”更為符合理想有機(jī)合成的理念，是一類極易構(gòu)

2、建新穎分子骨架的反應(yīng)策略，同時，也是拓展新穎反應(yīng)類型的重要途徑。
　　本論文基于有機(jī)單元反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)為構(gòu)件的自組織集成，提出了多個新穎的自組織反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)策略，實現(xiàn)了一系列新穎雜環(huán)化合物的合成，主要分為以下幾部分:
　　第一章，首先概述了自組織行為在各個領(lǐng)域的相關(guān)研究，然后綜述了近年來自組織行為在有機(jī)合成領(lǐng)域的相關(guān)研究進(jìn)展，最后，提出了本論文的研究思路。
　　第二章，基于對自然界中存在的平行，匯聚反應(yīng)模式的理解以及對已有

3、傳統(tǒng)有機(jī)單元反應(yīng)的認(rèn)識，我們設(shè)想將多個有機(jī)單元反應(yīng)集成于一個反應(yīng)體系中，經(jīng)過反應(yīng)底物自發(fā)的平行匯聚等反應(yīng)過程一步構(gòu)建復(fù)雜日標(biāo)分子化合物。我們稱這種反應(yīng)模式為自分工反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。以芳乙酮，安息香以及醋酸銨為反應(yīng)底物，在分子碘為催化劑DMSO為溶劑的條件下發(fā)生兩組平行反應(yīng)序列，分別生成碘代芳乙酮，芳基酮醛，二羰基化合物以及亞胺化合物。最后，兩個平行生成的中間體匯聚集成合成了目標(biāo)分子化合物多取代噁唑。
　　第三章，我們以多樣化的底物芳乙酮，

4、芳乙烯以及芳乙炔出發(fā)，通過不同的反應(yīng)條件合成了相同的亞穩(wěn)態(tài)中間體芳基酮醛。隨后，中間體芳基酮醛與醋酸銨發(fā)生后續(xù)的串聯(lián)反應(yīng)生成了二取代噁唑化合物。我們通過該方法成功的構(gòu)建了多路徑匯聚偶聯(lián)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的合成策略。經(jīng)過控制實驗驗證，表明該反應(yīng)經(jīng)歷了碘代芳乙酮和芳基酮醛中間體，實現(xiàn)了將碘代、Kornblum氧化以及環(huán)化等多個有機(jī)單元反應(yīng)自序化集成于一鍋中。
　　第四章，在第二章的基礎(chǔ)上，我們通過更換反應(yīng)條件（將溶劑從DMSO變?yōu)橐译妫尤脒m當(dāng)

5、的堿）進(jìn)而改變了反應(yīng)的過程，在底物不變的情況下合成了多取代咪唑類化合物。我們通過該方法成功的發(fā)現(xiàn)了自分工反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的又一例證。通過控制實驗，我們發(fā)現(xiàn)溶劑的變化避免了生成的中間體碘代芳乙酮的氧化，進(jìn)而抑制了噁唑化合物的生成。
　　第五章，在傳統(tǒng)的有機(jī)反應(yīng)中，副產(chǎn)物往往成了不能利用的“廢物”。而我們設(shè)想能否將建立的自分工反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)與副產(chǎn)物串聯(lián)催化相融合，利用平行反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物來催化后續(xù)的匯聚反應(yīng)，這種方法將極大的提高反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性。

6、基于此種思想，我們使用苯胺，芳乙酮以及硫鹽為反應(yīng)底物，在CuO/I2為催化劑配體存在以及堿性條件下DMSO溶劑中反應(yīng)。CuO/I2在催化上游反應(yīng)生成芳基酮醛的同時生成副產(chǎn)物CuI，而這種副產(chǎn)物能催化后續(xù)的中間體芳基酮醛，鄰碘苯胺以及硫鹽的匯聚過程進(jìn)而合成了噻唑化合物。
　　第六章，我們以簡單易得的芳乙酮和硫脲為起始底物一步構(gòu)建了復(fù)雜的二雜芳基硫醚化合物。在該反應(yīng)中，我們將已有的兩個串聯(lián)反應(yīng)結(jié)合，在一鍋之中以適合的反應(yīng)條件一步完成了

7、二雜芳基硫醚化合物的合成。我們通過該方法成功的發(fā)展了新穎的多路徑偶聯(lián)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)合成策略。經(jīng)過機(jī)理分析，認(rèn)為該反應(yīng)將多個碘代，縮合，脫水以及水解反應(yīng)集成為一個自組織的復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)從而實現(xiàn)了復(fù)雜目標(biāo)化合物的一步構(gòu)建。
　　第七章，在第六章的基礎(chǔ)上，我們通過更換反應(yīng)條件，將反應(yīng)溫度升高發(fā)現(xiàn)以相同的底物出發(fā)實現(xiàn)了硫甲基取代的酰胺基噻唑化合物的合成。我們通過該方法成功的發(fā)展了一例新穎的自分類反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的合成策略。在該反應(yīng)中，底物芳乙酮一部分在D

8、MSO溶劑中發(fā)生碘代環(huán)化硫甲基化反應(yīng)生成硫甲基氨基噻唑中間體，另一部分發(fā)生碘代氧化反應(yīng)生成芳基酮醛中間體。最后兩個中間體匯聚合成了硫甲基取代的酰胺基噻唑化合物。
　　第八章，我們使用酚類化合物和酮類化合物為起始底物，在酸性條件下正己烷溶劑中反應(yīng)。在該反應(yīng)中，當(dāng)使用環(huán)己酮時能夠生成2-氫色烯，當(dāng)使用芳乙酮時能生成4-氫色烯，當(dāng)使用丙酮時能生成較復(fù)雜的螺環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)使用正戊酮時能生成苯并環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)中的每一類目標(biāo)分子化合物都得到了

9、單晶衍射的結(jié)構(gòu)證實。我們通過該方法揭示了一個多樣導(dǎo)向性合成的反應(yīng)系統(tǒng)。
　　第九章，受到近幾年飛速發(fā)展的C-H鍵活化及直接官能化的啟發(fā)，我們嘗試使用苯甲酰乙酸乙酯以及無取代基的吲哚為起始原料，通過苯甲酰乙酸乙酯的碘代氧化以及與吲哚的匯聚環(huán)化反應(yīng)一步構(gòu)建新穎的五并環(huán)結(jié)構(gòu)體吲哚并咔唑化合物。該反應(yīng)成功的實現(xiàn)了無金屬催化條件下的活潑亞甲基以及雜芳基的直接C-H官能化，有效的拓展了C-H鍵官能化的反應(yīng)類型。
　　第十章，對本篇博士論