（有机化学专业论文）钯催化分子内芳基化合成新型含氮芳香化合物.pdf

l 、 j ； 矗 i 华东师范大学理学硕士论文 2 01 1 d i s s e 删i o nf o rm a s t e r sd e g r e e u 1 1 i v e r s i 够c o d e ：l0 2 6 9 a p p l i c a t i o nn l l m b e r ：5l0 8 0 6 0 6 0 5 6 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i 锣 n o v e l n i t r o g e n c o n t a i n i n ga r o m a t i c s v 缸p a l l a d i u m c a t a l y z e d i n t r am o l e c u l a r a r y l a t i o n d e p 2 u r c m e n t ：q 星卫堑照曼垡q l h 曼堡i 墨蚁 m 萄o r ：q ! g 堑迪g h 曼堑i 墨垒x r e s e a r c h ： q ! g 垫i qs y 趔监墨i 墨 a ( 1 v i s o r ： 旦q 毡墼鱼堑l i 坠 a p p l i c a n t ：l i 坠g ! i 坠g 基垒坠g m a y2 0 1 l ，s h a n 曲a i ，c 加n a i - 后 1 华东师范大学理学硕士论文 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文钯催化分子内芳基化合成新型含氮芳香化合 物，是在华东师范大学攻读雹夏生博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 投坠坠日期：如1 1 年r 月j 日 、 l 华东师范大学学位论文著作权使用声明 钯催化分子内芳基化合成新型含氮芳香化合物系本人在华东师范大学 攻读学位期间在导师指导下完成的钙眭博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究 成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此 学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网 送交学 位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被 查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据 库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方 式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部或“涉密 学位论 文，于 年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签 本人签名牲 j 年岁月；1 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默 认为公开学位论文，均适用上述授权) _ 意 li叫1i叫叫叫llilliiiilllji111】111 华东师范大学理学硕士论文 。戎玲玲硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 汤杰教授华东师范大学主席 李艳忠教授华东师范大学委员 杨帆教授华东师范大学委员 ， - _ 詹 i - 文 i 1 ：! ：! ：； 二! ； ：! ； 6 i 9 第二章钯催化分子内芳基化合成二茚并咔唑1 5 第一节引言1 5 第二节二茚并咔唑的合成与表征1 7 2 1 二茚并咔唑的合成1 7 2 2 二茚并咔唑的性质表征1 9 2 3 二茚并咔唑的合成实验部分2 0 第三节小结2 4 第三章钯催化分子内芳基化合成茚并 1 ，2 ，3 。j k 】芴研究2 6 第二节f l l 7 ( ) r a d e n e 衍生物的合成与表征一2 7 3 1f l u o r a d e n e 衍生物的合成2 7 3 2f l u o r a d e n e 衍生物的性质表征一3 2 3 3n u 0 瑚l d e n e 衍生物的合成实验部分3 9 第三节小结4 7 第四章钯催化分子内芳基化合成含氮双螺类4 8 衍生物的初步研究一4 8 第一节引言：4 8 第二节含氮双螺芴衍生物合成与表征5 4 4 1 含氮双螺芴类衍生物的合成5 4 4 2 双螺含氮类衍生物的性质表征5 6 4 3 含氮双螺类衍生物的合成实验部分5 9 第三节小结6 2 参考文献6 3 致谢7 0 附录1 硕士期间的科研成果7 1 附录2 部分化合物的1 玎心很和1 3 q 吼瓜一7 2 摘要 钯催化偶联反应是当今有机合成中重要组成部分，可以分为钯催化分子间 和分子内偶联，这种方法的优点在于反应收率高、反应速度快，特别对于一些 多环芳烃得合成来说这是一种很好的选择。近年来钯催化c h 键活化在金属有 机化学领域得到了快速地发展，在药物化学、生物学、农药学及金属科学中得 到广泛应用。本文利用钯催化分子内芳基化的方法合成三类含芴芳香化合物： 二茚并咔唑衍生物、n u o m d e n e 衍生物和双螺二芴衍生物，同时对它们的光学性 质，晶体结构及热稳定性进行了表征。 论文第一部分是合成二茚并咔唑化合物。以2 ，7 二溴9 己基咔唑为原料， 通过傅克酰化反应合成3 ，6 二苯甲酰基2 ，7 二溴9 己基咔唑。尝试直接用c h 键活化的各种钯催化分子内芳基化的方法，未获成功。于是先通过黄鸣龙还原 得到3 ，6 二苄基2 ，7 二溴9 己基咔唑后利用钯催化通过c h 活化实现关环，初 步测试表明这类化合物有良好的发光性能。 论文第二部分报道一系列未知大张力化合物7 6 一芳基取代的茚 1 ，2 ，3 t 明并 芴( f l u 0 删d e n e ) 衍生物。合成关键是通过c h 键活化实现钯催化分子内芳基化。 f 1 u o m i d e n e 中茚基和芴基共用一个端头碳中心使得它存在较大张力而难于通过 常规有机合成方法获得。以9 ( 2 一溴苯基) 芴醇为关键中间体，和含氮化合物如咔 唑，n 己基咔唑，三苯胺及n ，n ，n ”三己基三聚吲哚通过酸催化傅克反应合成 含溴中间体，再利用p d ( o a c ) 2 p p h 3 n a 2 c 0 3 d m 舳n e t 3 n c l 体系通过分子内芳 基化的去质子机理实现关环。对它们的光学性质，热稳定性和单晶结构进行表 征，发现它们有很好的热稳定性且蓝光显色，有望用于有机电子材料领域。 论文第三部分用p d 催化分子内芳香环合成双螺二芴化合物。从上述两部分 结果出发设计一条简便的路线合成目标分子。通过多步反应获得关键中间体如 3 ，6 一二( 9 一苯基一9 芴醇) _ 2 ，7 二溴咔唑和2 ，5 一二( 9 苯基一9 芴醇) 1 ，4 二溴苯，再用钯 催化分子内的偶联完成目标产物。初步表征发现这类化合物有较强的发光性质。 关键字：钯催化分子内芳基化，二茚并咔唑，n u 0 船d e n e 衍生物，双螺二芴，傅 克反应，光学性质，有机电子材料 1 t i a b s t r a c t p a l l a d i 唧一c a ：t a l y z e dc o u p l i n gr e a c t i o ni s o n eo f 也em o s te f j f i c i e n ts y n ：m e t i c 蛐西e s i nm o d e m 0 r 韵n i cs y n t h e s i s ，w b i c h c o u l db ed i 访d c di n t 0 p a l l a d i u m - c a ：t a l y z e di n ：t e 册1 0 1 e c u l 盯孤l di n ：嘶o l e c l l l a rc o u p l i n g s t h ea d v a n t a g e so f t h i ss y n m e t i cm 础o d o l o g ya r eh i 曲y i e l d ，q ：l l i c k e rr e a c 吐o nr a t e ，也e r e f o r ei ti ss u i t a ：b l e c h o i c ef o rs 灿s i so fp o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c 打b o n s a h s ) mr e c e n ty e a r s ，也e s u ：b j e c t so fc hb o n da c t i v a t i o nb yp a n a d 讪n c a t a l y s t sh 嬲b e c o m eaf a s td e v e l o p i l 玛 w 1 1 i l e 触l yc h a l l e n 百n ga r e a 、7 l ，j 伯i no 玛a n 0 加e 伽l i cc h e 血s b 瓢w m c hc o l l l db e1 1 s e da s s ) ，n m e t i cs t r a t e g yi nd r u gc h e 面g 时，b i o l o g y ，a 酣加强dm 砌a ls c i e n c e s t h i s 仕屺s i sf o c u s e d0 nt h cs y n t h e s i so f 也1 e ek i n d so ff l u 0 血e - b a s e dc o m p o u n d s ：d i i n d e n o c 缸b a 2 | 0 1 e s ，n u o r a d e n ea n ds p 试) b i n u o r e n e sb yt h em e a n so fp a l l a d i u l n - c a t a l y z e d i 1 1 仃a m o l e c u l a ra 巧l a t i o n m e a 工m 枉l e ，、eh a v es t u d i e dt h e i ro p t i c a ls p e c t r o s c 0 p y ， c r y s t a ls t r u 戍m e s 觚d 血e 衄a ls t a ：b i l i t i e s 1 1 1 f i r s tp a n w c 踟m e s 泌d 也ed i i n d i e n o c 抽a z o l e s s 僦堍w i 也2 ，7 一 d i b r o m 0 - 9 一h 唧1 c 砷a z 0 1 e ，也e 蹦e d e l c r a 舡a u c y l a t i o nr e a c t i o nw 勰e m p l o y e dt 0 舶r d3 ，6 一d i b e n z o y l - 2 ，7 捌b r o m o - n h e x y l c 拍a z 0 1 e t h ed 融i n 们m o l 砌a r a r y l a t i o no f 也i s 砷：e 订n e d i a t e 也r o u 曲c - hb o n d 枷v 撕o n 、 惯en o ts u c c e s s 触b y v 撕o u so fp a l l a d i 吼c a t a l y s t s y s t e n l s n 、舔r 。d u c e db yl l s i i l go fw o l f - 瞄妇l e r _ h 1 嫩gr e m 删o nt 03 ，6 一d i b e n 剐一2 ，7 一d i b 瑚的n - h e x y l c 讪a z o l e ，让l 饥也e r i n gc l u o s u r ew 弱c o m p l e t e db yd o u b l ec ha c t i v 撕o nc a t 凼亿e db yp a l l a d i 吼 c a t a l y s t 胁1 i m 哪如e s t i g 撕o no f 位丘n a lp r o d u c t s 砌i c a t e d 吐眦也e yh a v eg o o d l u m i n e s c e n tp r o p e r t i e s ht 1 1 es e c 0 n dp a 吒p r e v i o u s l yu 1 1 1 m o 、na n dh i g h l ys t r a i n e d7 6 - 删n u o r a d e n e s w e r e 砷肋s i v e l ys y l l l e s i z e df o r 也e 丘r s tt i m e 1 kk e ys t e pf o rs y n 也e t i cs 饥l t e g yi s t 0e m p l o yp a l l 础1 】m c a t a l y z e di n h 加1 0 l e c l l l a ra 巧l a t i o nt 1 1 r o u 曲a r o m a t i cc - hb o n d a 嘶v 撕o n f 1 u o r a d e n e s ，眦e l yi n d e n 0 1 ，2 ，3 稠n u 0 血e ，也et w - 0 鳓】b 1 1 玎i t s ，i n d e n 0 - a n df l u o r i n e 一s ：h a r eab r i d g e h e a dc 砷o nc 蝴，t 1 1 e r e f 0 北i ti sk i r dt 0 婶l p r o a c h t h i o u 曲c o n v e 觚伽l a l 妙n ：山嘶cm e 也o d o l o 西e s w e 唧1 0 y e d9 - ( 2 _ 1 ) r o m o p h e n y l ) n 1 j 0 r e n - 9 0 l 弱舭k e yi n 伧r m e d i a 士et 0 删诵t h d i 丘i e r e n tn i 怕g e n c 0 i 删n g - 入i 一 c o m p o u n d ss u c h 蹈c 抽a z o l e ，n - h e x y l c a r b a z o l e ，埘皿i e 力- y l a m i l l e 嬲w e l l 鹊 n n ，n ”一t r i h e x y l 仃i i i l d 0 1 e t 0a 舫r db r o m i d ei 】m ：力n e d i a = t e s b ya c i d - p m o t e d f r i e d e l c r a 亿r c a c t i o 璐，f o l l db y1 1 s i n go fc a t a l y s ts y s t e ms u c h 私p d ( o a c ) 2 p p h 3 n a 2 c 0 3 d bn e t 3 n b rt 0c o m p l e t e 血gc l o 嘴s t e pa c c 0 r d 崦t 0 龇m n a ：b s t 阻c t i o nm e 6 l l a n i s m t h eo 如c a ls p e c t r o s c o p y ，c 巧s t a l 鼬n l c t u r e sa n d 伯髓m a l s t a ：b i 蛳e sw e r ea l s os t u d i e d t h e y 功i g h tb es u i t a _ b l ec o m p o n i o n t si nm 删a ls c i e n c e h 也e 曲dp 砒w es y n 舭s i z e d 恤e ed i s p 拍b i n u o r e n e s 砌p a l l 砌1 】m - 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华东师范大学理学硕士论文 第一章前言 过渡金属催化的偶联反应是现代有机合成的重要手段，利用偶联反应可以方 便高效构建c c 键，c o 键，c - n 键等有机物中常见化学键。过渡金属催化的偶 联反应中，钯和镍催化的一系列人名反应包括k l j m a d a 反应，s u z u k i 反应，n e g i s b i 反应，跚n e 反应等尤其重要，现已成为有机合成必不可少的手段。合成科学中惰 性化学键与小分子的活化和重组等都是具有挑战性的科学前沿问题，其中碳氢键 活化是近年来的热门研究领域，尤其是在过渡金属有机催化领域，c h 键活化反 应已成为最近几年发展最快的热点，同时也是极具挑战性的领域。这类方法学的 吸引力在于通过c h 键的插入或者通过与其它官能团结合形成复杂的有机分子 体系。国内外化学家对c h 键的活化方面展开积极研究并取得了一系列进展，极 大提高人们对惰性c h 键的插入和功能化方式的理解；对于有机合成领域而言直 接活化惰性c - h 键形成c c 键或c 一杂原子键是极具潜力的领域，碳氢键直接官能 团化反应由于具有多种突出的优点及很大的挑战性，吸引越来越多科学家的关 注，尤其是在芳香环上c h 键活化，利用过渡金属催化的方式通过分子内或者分 子间的基团形成碳碳键的反应是关注的重点；目前这种方法已经是金属有机化 学研究的重要内容，在天然产物，药物合成和有机功能材料的合成中发挥重要作 用。例如联芳基化合物是广泛存在于天然产物和药物分子中的重要结构单元，也 是很多有机功能材料如石墨烯和c 6 0 等分子的重要组成部分，在诸多有机合成方 法中，用于构建联芳基化合物最有效的方法是过渡金属催化的交叉偶联反应。【1 2 】 钯催化c h 键活化反应是其中的主要组成部分，钯催化直接芳基化是合成复杂有 机分子的一类用途广泛的反应，是合成环状芳香烃和芳杂环类的有效途径，该类 反应可分为分子内和分子间芳基化反应。芳烃上取代基的具有多样性和前体化合 物廉价易得等特点，使得钯催化芳基化活化c h 键的应用越来越广泛，如邻卤代 苯基类化合物和邻卤代苯基联苯类中间体，或多卤代联苯类芳烃可以通过分子 内钯催化合成稠环或稠杂环芳香烃，接下来就p d 催化偶联反应的研究进展做简要 的介绍。【3 】 华东师范大学理学硕士论文 第一节分子间的钯催化交叉偶联反应 分子间的钯催化交叉偶联反应主要包括：( 1 ) s t i l l e 交叉偶联；( 2 ) s u z u 姑交 叉偶联；( 3 ) h e c k 反应等。 1 1 晰l i e 交叉偶联 底物为芳基锡化合物的钯催化偶联反应现在广泛的用于有机合成中，这种反 应叫做s 廿1 1 e 偶联反应。它的通式可以表示为( s c h e m e1 1 ) ： r 1 s n ( a i 时f ) 3 t r 2 - x ! ! ! ：! ! ! ! 竺竺：! r 最2 + x s n ( a l i c y i ) 3 r 1 s n ( a i - 吖f ) 3 t r z x 二：二r 1 - r 2 + x - s n ( a l k y i ) 3 i i g a n d r 1 = a i 时i ，a i b n y i 。a 吖i ；r 2 = a i k e n na 叫，a c y i ：x c i ，b r ，l ，0 骶o p o i o r 2 s c h e m e1 1 s t i l l e 偶联反应的通式 k o s u 西和m i 百t a 在1 9 7 7 年报道了有机锡闱与卤代烷烃【5 司的过渡金属催化 c c 键合成反应。之后的1 9 7 8 年，s t i l l e 用有机锡和酰氯合成羰基化合物( 1 a 1 r ) ， 它们的反应温度在6 0 6 5 0 c 之间，而且更重要的是产率在7 6 3 9 9 8 5 之间， 比k 0 嘶的反应有了明显的提高( s c h e m e1 2 ) 。【刀 r c o a+ f f 矗n p h c h 2 p d ( p p h 3 ) 2 c i h m p a 1 a r = p h r = m e 1b r = p h r - p h 1 c r = m e r i = p h 1 d r = p h r i - n - b u 1 e r 羊p h r ? = p h c h 2 1 f - r = 4 c h 3 0 c o h r = p h 1 9 r = 4 - c n c c h ， r = 1 h r = 4 c i c 6 h ， r = 1 i r - 4 - b 心e h 4 。 r = 1 j r 1 4 制0 2 c e h -r = m e r c o r + r 3 s n c i 1 1 a - 1r ) 1 i r = 2 n 0 2 c e h 知r - 1 i r = 4 0 h o c c h i r _ - m e 1m r 芦2 c h 3 c o o c o 卜1 ，r = v o 1 n r = ， r = 1 0 r = p “翻2 c h r ， r 。= m e 1p r = c h 2 = c h - ，r = m e 1 q r = t r a n s - p h c h 昌c h - r = 1r f 毫= ( c h 3 ) 3 c - r 色m e s c h e m e l 2 钯催化有机锡和酰氯合成各种装基化合物 鉴于s t i l l e 反应的反应条件温和，在水中和空气中的稳定性及对各种官能团 的兼容性，并且各种有机金属锡试剂的合成【8 】而使s t i l l e 反应到了广泛的应用。 早期报道的s t i l l e 反应底物主要局限于碘代、溴代以及较活泼的氯代芳烃 【9 1 0 】：而对活性差的氯代化合物基本不反应。2 0 0 2 年l i 埘( e 等 1 l 】人发现改用三叔 丁基膦做配体，以c s f 为碱的钯催化体系可以使带有羰基的氯代进行反应，并 且在室温的条件下得到化合物( 2 ) ，产率高达8 6 ( s c h e m e1 3 ) 。 2 联，它 带有取 j s c h e m e1 4 取代氯苯与大位阻的锡试剂合成不对称联苯 对于一些反应活性高、药用价值大的化合物，通常是从天然产物中提取，但 产量有限且费用昂贵。因此人们想通过化学合成的方法来获取部分天然产物。例 如，m 硪i n 等【1 3 1 人报道可通过s t i u e 偶联d i e l s 灿d e r 串联反应合成天然产物 h c i l l a la 的a b c 环核心( 4 ) ( s c h e m e1 5 ) ，该化合物是一种很好的生物碱。 r p c 啪 庐s 。鼬， r x蠢r q 端艺甜r l 一陌 删b 甜 s c h e m e1 5i r c i n a la 的a b c 环核心4 合成方法 1 2s 毗u l i 交叉偶联 有机硼酸化合物与卤代烃或烃三氟磺酸酯通过钯催化交叉偶联形成c c 键 的反应称为s u z u l 【i 交叉偶联。该反应是在1 9 7 9 年由s u z u 虹和m i ) 唿首先报道 的【1 4 1 ，它的通式可以表示如下( s c h e m e1 6 ) ： p d o ( c a 乜i y t i c ) r 1 一b r k + r 2 x r 1 r 2 + x b ( r k r 暑a 咐l 。a l l y i ，a l k e n y l 。a i i 【y n y i ，a 吖l ：r = a l k y l ，o h 。0 - a i i ( y f ：r 2 皇a i k e n y f ia r y i ，a i k y l ；x 蕾c i 。br i 。0 t f ，0 p o ( o r ) 2 i e n o ip h o s p h a t e ) ；b a s e = n a 2 c 0 3 b a ( o h ) 2 。k 3 p o | - c s 2 c 0 3 k 2 c 0 3 。t l o h 。k f 。 c s f 。b u f ，n a o h ，m + o 噜i k y i ) s c h e m e1 6 钯催化s u z l i l 【i 反应的通式 3 华东师范大学理学硕士论文 s u z u 【l 【i 反应底物为有机硼酸或硼酸酯，其具有很强的底物适应性及官能团容 忍性，常用于合成多烯烃、苯乙烯和联苯的衍生物，被广泛应用于众多天然产物、 有机材料的合成中。 1 9 9 7 年，a b e 等人研究了对苯二硼酸的反应活性响i ，得到了三联苯的衍生 物( 5 ) ( s c h e m e1 7 ) 。这种化合物被广泛的应用于现代液晶的合成中。【1 6 】 伊。蔫 s c h e m e1 7 3 ，3 二溴1 ，4 三联苯的s u 髓l 【i 偶联 香豆素是一种很好的抗氧化剂【1 7 1 ，抗h 【1 8 1 ，抗癌剂【1 9 1 和霉抑制剂 2 0 】等。 2 0 1 1 年，m a t o s 等人通过s u z u k i 交叉偶联成功的合成了各种3 一芳基香豆素( 7 a 一7 i 和8 ) ，产率在5 5 6 5 。【2 1 】 “冰a 7 r i h6 1 7 b r = 争o m 5 8 7 c r = m d m 稻 7 d r = m - o hb 4 7 e r 宣p - n 0 2 6 5 7 f r = m - n 0 2弱 7 口r = m - n h 2 5 9 7 h r = d - m 6 3 7 1 r = p c l6 1 s c h e m e1 8 各种取代的3 芳基香豆素 2 0 1 1 年舢i 等啕人用s u z u l 【i 偶联反应合成了酞菁多肽共轭物( 9 ) ( s c h e m e 1 9 ) ，这种共轭物可以有效提高医学成像领域中p e t 技术的靶向选择性。现在 p e t 技术已广泛用于脑、心脏等重要器官的扫描。 謦 掣抖* r ：。喜棚掣抖曾r ：。喜棚 s c h e m e1 9s i 珊“偶联合成酞菁多肽共轭物 4 卧6 q 沙 华东师范大学理学硕士论文 1 3h e c k 交叉偶联 早在2 0 世纪7 0 年代初，m i z o r o k i 和h e c k 分别发现芳基、苄基和苯乙烯基 卤代物在p d ( o ) 、碱性胺及升温的条件下能与烯烃化合物发生反应，形成苯基、 苄基和苯乙烯为底物的烯烃( s c h e m e1 1 0 ) 。2 5 】 h 、严 p d o i t a i y t i c ) r 1 凡 叫+ 面k r 1 = a r y i ，的n 甜l ，v l n y i ，a i i 【y i ( n o9h y d 嗍e n ) ；r 2 ，r 3 ，即a f i 【y i ，a r y l ，a i k e n y l ；x _ c i ，b r ，i ，0 h0 t s ，n 2 ； ! l g 鱼旦垡= t r i a i k y i p h p h i n e s ，t r i a r y i p h o s p h i n e s ，c h r i a ip h o s p h i n ；：i 堕墨蔓= 2o r3a n m i n e k o a c n a o a c 。n a h c 0 3 s c h e m e1 1 0 钯催化h e c k 反应的通式 自从h e c k 反应发现以来，它已经成为在有机合成领域形成c c 键应用最广 的方法之一。无论是在医药、农药、天然产物和染料等日常品化学品，还是在 新型高分子材料方面都具有重要的应用。2 0 0 7 年王宗廷【2 叼等人对h e c k 反应最近 研究进展作了总结，并展望了其应用前景。 2 0 0 7 年a e l a 等 2 7 】人发现用h e c k 偶联使乙二醇乙烯醚与卤代芳烃进行小 芳基化，得到的产物( 1 0 ) 具有的区域选择性高达9 9 以上，同时相比于其他的 h e c k 反应，水作为反应溶剂是这个反应的一个优点( s c h e m e1 1 1 ) 。 9 i l 一。警 0 洲旷 - - - - ，9 9 r e g l e i e 嘣” 1 0 o s c h e m e1 1 1h e c k 偶联形成化合物1 0 通过上面的简单介绍，我们知道分子间的p d 催化交叉偶联反应在医学、农 学及有机合成领域具有极其广泛的应用。h a s s a n 【2 引、j a n a 【2 9 】和y m 【3 0 】都深入总 结了c c 键的p d 催化偶联的原理、发展史及在各方面的应用情况。 第二节钯催化分子内偶联反应 钯催化分子内碳氢键活化和消除反应是形成芳香碳环和芳杂环最有效和最 方便的方法之一( s c h e m e1 1 2 ) 。【3 1 】 旷r 华东师范大学理学硕士论文 9 ：d p d c a l 。l - - - - - - - - - - - - i - - d m f o r d m a b 鹬e ，h e a t 忑= n a j 坩e ，o i f ic h 2 c i ，e 暑c z = c h 玉( c h 2 ) 厶0 。o c h 厶n h r ，捌k n = o o r l s c h e m e1 1 2 钯催化分子内芳基化形成芳烃和杂环芳烃 2 1 钯催化分子内反应机理的研究 现在我们感兴趣的是用这种方法构建从简单的五元环芴到复杂的多环芳烃， 因此首先关注的是分子内芳基化的反应机理。2 0 0 7 年p a s c u a l 和m e n d o z a 等【3 2 】 对分子内钯催化芳基化反应作了总结，通过中间体1 1 1 3 不同的反应机理演变形 成的氧化加成化合物如下( s c l l e i n e1 1 3 ) ： 喀咿 s c h e m e1 1 3 钯催化芳基化过程中可能的三种中间体 第一种机理是为大多数人接受的亲电取代( s 出) 的中间体1 1 【3 3 】，他们认为起 初形成的舳d x l ：化合物在与芳香环反应时是作为亲电试剂。实际上，取代基对 五环钯杂中间体通过分子内钯化反应的影响遵从如下顺序：m e h n 0 2 ，这体现 在从化合物1 4 形成钯环化合物1 5 ( s c h e m e1 1 4 ) 。阱弓5 】同时，在一个实例中发现 分子内的同位素效应确定为= 3 5 。【3 6 】而在通过c h 键合成羟吲哚的钯环 中，人们也发现类似的分子内的同位素效应为= 4 。【3 7 】另外g o n z a l e z 等口8 】 报道了在邻位或对位上带有吸电子基团n 0 2 的硝基芴或硝基咔唑的芳基化。 k o p h c h 2 c b2 3 x 1 1 毒 s c h e m e1 1 4 形成钯环中间体1 5 第二种机理可能是形成了一种。键中间体1 2 【3 9 】，它更像发生在c h 氧化加 成过程中。第三种机理人们猜想是通过类似h e c k 的反应过程插入到芳烃中形成 中间体1 3 ，但经研究表明该中间体是无法形成【柏】。 除了上述三种可能的机理外，人们也发现当芳香环上带有吸电子基团时反应 6 华东师范大学理学硕士论文 变得更加容易进行，这与亲电取代机理是相矛盾的，于是m a l s e r a s 等【4 l 】人提出了 去质子机理。当化合物1 6 的c - 4 位子上带有一个氟原子时，形成芳基化产物的 比例为( 1 7 a 1 7 b = 1 6 ：1 ) 。但随着底物上氟原子个数的增加，产物的选择性也相 应提高( s c h e m e1 1 5 ) 。特别是化合物1 6 芳环上有三个氟原子取代时反应基本上 是发生在带有氟原子的苯环上得到化合物1 7 a 。当类似化合物1 6 的芳香环上带 有给电子( o m e ) 或吸电子( c f 3 ，c 1 ) 基团，在发生芳基化的过程中是趋向于在带有 取代基团芳香环上偶联，得到与化合物1 6 相似的同分异构体比例( 1 1 2 4 ：1 ) 。当 在c _ 4 上带有f - b u 或s m i e 3 的化合物1 8 的芳基化发生在没有取代基的苯环上， 铲+ 屯叹嘎f 卜b 侣 bq 帆伪，1 7 b 2 k b ；：潞：端阮鬈：， s c h e m e1 1 5 取代基团对化合物1 6 环合反应的影响 且产物选择性中等，为1 9 a ：1 9 b = 1 ：1 5 。而化合物2 0 给出的是2 1 a ：2 1 b = 1 ：2 3 的比例，这与预计的氟原子( 1 6 ：1 ) 与叔丁基( 1 ：1 5 ) 的相加效应相符合( s c h e n l e 1 1 6 ) 。 1 0 p d ( o c ) 2l c a t 1 l d m a 1 3 5 d d q t o i u e n e 6 8 1 9 2 02121b s c h e m e1 1 6 钯催化芳基化合成化合物1 9 和2 0 2 0 0 6 年f a g n o u 等报道了化合物2 2 合成异构体2 3 a - b 的环化反应( s c h e m e 1 1 7 ) 。【4 2 】其中当r - = m e ，i 聘f b uc f 3 ，o m e ，n 0 2 ，c 0 2 m e 时异构体产物的范围 7 华东师范大学理学硕士论文 q 娶胛+ 的 v 可rr 人人。人。，j s c h 锄e1 1 7 各种取代基对化合物2 2 反应的影响 尽管上述的反应都揭示了根据去质子机理，吸电子基团有利于在带有吸电子 盾( s c h e m e1 1 8 ) 。【4 2 】 凹+ 帮 2 5 a ，2 6 a = 1 3 ：1 z 5 a 由2 6 a - b 2 5 a 彪6 bt 1 ：2 s c h e m e1 1 8 钯催化芳基化合成化合物2 5 和2 6 去质子机理显示芳香环上通过碱提取质子，使碳氢键断裂而形成新的金属碳 键。利用量子力学中的密度泛函理论( d f t ) 计算指出在分子内芳基化过程中碳酸 氢盐作为一种模板碱，对于关键的活化步显示了两种选择：一种是碱配位分子中 心的p d ( i i ) ，起着分子内碱的作用；另一种是作为外部的碱摄取分子间的质子 ( s c h e m e1 1 9 ) 。【4 1 b 】在这些反应过程中需要使用大量的膦配体，作为碱的碳酸氢 盐参与最后都以碳酸形式离去。另一方面对于图1 1 9 显示的机理，根据d f t 计 伪矗咎瑚h 楚一 s c h e m e1 1 9 钯催化芳基化中碱的协助机理体表现 算说明溴配为一个内部碱是不太可能的。【4 1 b 1 根据f a 朗0 u 等人关于分子间芳 8 亲力亲为，对论文进行认真修改，这都倾注了老师大量的心血，在此我由衷的向 老师表示感谢! 同时本小组刘文恒、史英博、杨玲玲、吴国洪、刘亮、姚文、黄晓霞、李君 艳和吕钧等同学给予我的无私帮助，不管是在实验还是在生活是上，都让我在一 个温馨的环境中愉快的度过了三年时光，在此对他们表示真挚的感谢! 同时也要感谢我们寝室的室友，大家在生活上互帮互助像姐妹一样愉快的度 过三年。 最后我要特别感谢我的家人，他们为我一直默默地付出，为我能愉快、安心 的在学校里学习提供了良好的环境。在此献上我最真诚地祝愿! 华东师范大学理学硕士论文 【9 5 】k o w a d a t ；m a t s u y 锄a ，y ；o h e ，k 跏比玎2 0 0 8 ，1 9 0 2 - 1 9 0 6 9 6 】a ) x i e ，l - h ；凡t ；h o ux - y ；t a i l g ，c ；h 峨y r ；w a 唱r - j ；f a i l ，q l ；p e n g ，b ； w e i ，w ；h 1 瑚吕w 死舭访e 加拧e 纪2 0 0 6 ，4 7 ，6 4 2 1 - 6 4 2 4 ；b ) o n g ，t - t ；n 吕s c ；c h 姐，h s o ；v 纵u 1 a i i a l l ，rv ；k 啪u 璃k ；m a z a l d ，y ；k o b a y 邵1 1 i ，kz 舭r 劬绷。2 0 0 3 ，j 3 ，2 l8 5 - 218 8 ；c ) x i e ，l h ；h o u ，x y ；h 峨y ；h 啪g ，y q ；z h a 0 ，b m ；l 沁f ；p e n 舀b ；w e i ，w ； h 啪舀w 魄艮纥2 0 0 7 ，9 ，1 6 1 9 一1 6 2 2 9 7 】k o 靴浊lt ；o h e ，k 刀以忍张册c 研勋a2 0 1 0 ，3 1 ，