磺酸酯參與的若干交叉偶聯(lián)反應(yīng)研究及其在類天然小分子合成中的應(yīng)用.pdf

1、過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)是形成碳-碳鍵、碳-雜鍵等化學(xué)鍵最重要的方法之一。該方法通常以鹵化物和三氟甲磺酸酯作為親電試劑,和各種有機金屬試劑在過渡金屬催化劑的作用下發(fā)生偶聯(lián)。經(jīng)過三十多年的發(fā)展,過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物和藥物合成,功能材料的制備等領(lǐng)域。近年來,芳基磺酸酯和甲磺酸酯參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)日益受到關(guān)注。和傳統(tǒng)的親電試劑相比,這類化合物易于合成,比較穩(wěn)定,操作簡便,成本低廉,底物范圍也較廣。另一方面,由于

2、不易活化,實現(xiàn)這類化合物的轉(zhuǎn)化具有很大的創(chuàng)新意義,也是對有機化學(xué)家的很大挑戰(zhàn)。本論文的主要研究目標是發(fā)展芳基磺酸酯和甲磺酸酯參與的新型交叉偶聯(lián)反應(yīng)方法學(xué),并將這些方法用于合成結(jié)構(gòu)多樣的具有生物活性的類天然小分子化合物。全文分為五部分,各部分內(nèi)容如下:第一部分:前言。主要綜述了過渡金屬催化的芳基磺酸酯和甲磺酸酯參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究進展,并介紹了類天然小分子化合物合成以及若干具有生物活性的天然產(chǎn)物骨架。第二部分:反應(yīng)方法學(xué)研究。主要研究

3、了芳基磺酸酯或甲磺酸酯在不同過渡金屬催化下與有機硼試劑、有機硅試劑形成聯(lián)二芳烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。1.研究了對甲苯磺酸芳基酯與芳基氟硼酸鉀的Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)。選擇合適的大體積、富電子有機膦配體,帶有吸電子基團或給電子基團的對甲苯磺酸芳基酯都可以發(fā)生高效的反應(yīng)。研究結(jié)果表明該反應(yīng)體系的官能團兼容性也較好。2.成功實現(xiàn)了銠/氮雜環(huán)卡賓催化的芳基磺酸芳基酯與芳基硼酸的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。在對多種配體進行系統(tǒng)篩選后,我們發(fā)現(xiàn)氮雜環(huán)卡賓優(yōu)于有機膦配

4、體。該反應(yīng)體系的成功不僅表明了銠金屬催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)的顯著效用,也是對現(xiàn)有的基于有機膦配體的鈀、鎳催化體系的有益補充。3.率先報道了首例鈀催化的芳基磺酸芳基酯和甲磺酸酯與芳基硅烷的Hiyama交叉偶聯(lián)反應(yīng)。該反應(yīng)體系大為拓展了此類反應(yīng)親電試劑的范圍。醋酸鈀和XPhos所組成的催化體系,在TBAF的存在下,可以促使多種芳基磺酸芳基酯以及甲磺酸芳基酯與不同芳基硅烷發(fā)生高效反應(yīng),生成預(yù)期的交叉偶聯(lián)產(chǎn)物。這一嶄新的反應(yīng)方法對過渡金屬催化的交叉偶

5、聯(lián)反應(yīng)研究具有重大意義。第三部分:反應(yīng)方法學(xué)合成應(yīng)用。利用上述發(fā)展的反應(yīng)方法對若干天然產(chǎn)物骨架進行衍生修飾,合成了一系列類天然小分子化合物。1.應(yīng)用Pd(PPh3)4催化的對甲苯磺酸烯基酯與芳基氟硼酸鉀的Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成了多個4-芳基香豆素和喹啉酮類化合物。該方法結(jié)合了對甲苯磺酸酯和氟硼酸鉀各自的優(yōu)勢,不僅底物適用性較廣,而且反應(yīng)條件溫和。2.應(yīng)用銠催化的對甲苯磺酸烯基酯與芳基硼酸或芳基氟硼酸鉀Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成了

6、一系列類天然小分子化合物,包括:4-芳基香豆素,喹啉酮,呋喃酮和吡咯酮類化合物。報道了第一例銠催化的對甲苯磺酸酯和芳基氟硼酸鉀之間的交叉偶聯(lián)反應(yīng),進一步擴大了銠催化Suzuki反應(yīng)的有機金屬試劑的范圍。3.發(fā)展了一種位點選擇性可控的雙偶聯(lián)反應(yīng)策略。這一嶄新的策略為精確合成多樣化的3,4-二取代香豆素,特別是不對稱的3,4-二取代香豆素提供了一個簡便的方法。南于該方法可以串聯(lián)不同的化學(xué)轉(zhuǎn)化,所以對于通過多種反應(yīng)生成多樣化的類天然小分子化合

7、物具有重大意義。第四部分:多取代喹啉化合物的合成。鑒于喹啉化合物顯著的生物活性,我們還發(fā)展了以FeCl3或Mg(ClO4)2為催化劑的溫和、簡便、高效的多取代喹啉合成方法。我們還進一步應(yīng)用Lewis酸-表面活性劑組合催化劑實現(xiàn)了水相中Friedl(a|¨)nder關(guān)環(huán)反應(yīng)。該反應(yīng)體系為合成多取代喹啉化合物提供了一條優(yōu)勢明顯的路線:不需要有害酸、堿以及苛刻的反應(yīng)條件,而且在溫和條件下應(yīng)用很少量的催化劑都可以得到優(yōu)秀的反應(yīng)產(chǎn)率。因為反應(yīng)在水