氮杂环卡宾催化分子内交叉Benzoin反应和Sulfa-Michael加成反应研究

摘要.............................................................................................................................................I Abstract.....................................................................................................................................III 第一章文献综述.. (1)

1.1前言 (1)

1.2氮杂环卡宾(NHCs)研究进展 (1)

1.2.1Breslow机理的提出 (1)

1.2.2NHCs催化的不对称Benzoin反应 (3)

1.2.3NHCs催化的分子间交叉Benzoin反应 (5)

1.2.4NHCs催化的分子内交叉Benzoin反应 (9)

1.2.5NHCs催化的不对称去对称化分子内交叉反应 (13)

1.2.6NHCs催化的Stetter反应 (14)

1.2.7NHCs催化的a3-d3极性翻转反应 (17)

1.2.8NHCs催化的酯交换反应 (19)

1.2.9NHCs催化的开环反应 (21)

1.2.10NHCs催化的1,2-加成反应 (22)

1.3氮杂环卡宾催化硫醇对Michael受体的加成研究进展 (23)

1.3.1Michael加成反应研究 (23)

1.3.2Sulfa-Michael加成反应研究 (25)

1.4氮杂环卡宾作为Br?nsted碱的研究进展 (27)

1.4.1氮杂环卡宾碱性研究 (27)

1.4.2氮杂环卡宾作为Br?nsted碱催化反应类型研究 (28)

1.5小结 (30)

1.6本论文的选题依据 (30)

第二章氮杂环卡宾催化的不对称分子内交叉Benzoin反应 (32)

2.1引言 (33)

2.2主要试剂及仪器 (33)

2.2.1试剂 (33)

2.2.2仪器 (34)

2.3氮杂环卡宾前体及底物的的合成 (34)

2.3.1非手性卡宾前体的合成 (34)

2.3.2手性卡宾前体的合成 (35)

2.3.3底物的合成 (36)

2.4结果与讨论 (41)

2.4.1反应条件的优化 (41)

2.4.2反应底物的普适性研究 (42)

2.5机理假设 (47)

2.6实验部分 (48)

2.6.1手性卡宾三唑盐不对称去对称化催化Benzoin反应的方法 (48)

2.6.2表征数据 (49)

2.7小结 (57)

第三章氮杂环卡宾催化硫醇与活泼双键的sulfa-Michael加成反应 (57)

3.1引言 (58)

3.2主要试剂及仪器 (58)

3.2.1试剂 (58)

3.1.2仪器 (59)

3.3底物的合成 (59)

3.3.1类查尔酮合成通用方法 (59)

3.4结果与讨论 (60)

3.4.1反应条件的优化 (60)

3.4.2反应底物的普适性研究 (61)

3.5机理假设 (64)

3.6实验部分 (64)

3.6.1制备β-巯基化合物的通用方法 (64)

3.6.2产物的表征数据 (65)

3.7小结 (70)

第四章氮杂环卡宾催化的双硫化反应 (70)

4.1引言 (71)

4.2主要试剂及仪器 (71)

4.2.1试剂 (71)

4.1.2仪器 (71)

4.3底物的制备 (72)

4.3.1α-溴代肉桂醛的合成 (72)

4.4结果与讨论 (72)

4.4.1反应条件的优化 (72)

4.4.2反应底物的普适性研究 (73)

4.5机理假设 (74)

4.6实验部分 (75)

4.6.1制备2,3-二硫代醛的通用方法 (75)

4.6.2产物的表征数据 (75)

4.7小结 (78)

第五章总结与展望 (78)

5.1总结 (79)

5.2展望 (79)

参考文献 (79)

致谢 (86)

作者简介 (87)

附图 (88)

第一章文献综述

1.1前言

“绿色合成”已成为时代的主题与必然，利用低于化学计量的不含金属的有机小分子来催化反应，其催化循环的高效性和高选择性，成为构建新型分子骨架的有效方法。近年来，高效、高选择性和高普适性的有机催化剂不断被研发，新的有机催化[1]反应不断被发现，而氮杂环卡宾[2]（N-heterocyclic carbenes ，NHCs ）作为一类重要的有机小分子催化剂，可以帮助人们解释各种实验现象及催化机理，揭示催化剂结构与活性的关系，促进有机催化化学的发展。本文以氮杂环卡宾为催化剂前体，成功活化了三个新的反应体系：1.不对称去对称化的分子内交叉Benzoin 反应；2.Sulfa-Michael 加成反应；3.双硫化反应。

1.2氮杂环卡宾(NHCs)研究进展

NHCs 作为新型的有机小分子催化剂，由于其催化循环无金属参与、催化剂价格低廉、反应体系对环境友好等诸多优点，近二十多年来得到了飞速的发展，成为近年来有机化学的研究热点之一。它的历史最早可以追溯到1988年，当时Bertrand 课题组报道了第一例邻近磷或硅相互作用而稳定存在的卡宾[3]，到了20世纪60年代，虽然Wanzli 等人对卡宾进行了大量研究[4]，但始终未得到大的突破，直到1991年，Arduengo [5]等人分离出来第一例可稳定存在的氮杂环卡宾-1,3-二-（1-金刚烷基）咪唑-2-碳烯，这些发现都为氮杂环卡宾的发展奠定了良好的基础。目前，氮杂环卡宾可催化各类典型的有机反应，例如安息香缩合反应[6]、Stetter 反应[7]、a 3-d 3极性翻转反应[8]、酯基交换反应[9]、开环反应[10]、环加成反应[11]等。

各种手性与非手性的氮杂环卡宾[12]被合成出来（如图1-1），其主要有噻唑、咪唑、咪唑啉、三唑四种类型，它们的结构类似，且呈电中性，卡宾碳原子周围有6个电子，采取sp 2杂化，是一个缺电子体系，卡宾孤对电子位于卡宾碳的σ轨道上，与卡宾碳相连的两个氮原子上的p 电子可以和卡宾碳原子的空p 轨道形成三中心四电子的共轭体系，从而有利于卡宾碳原子给出σ轨道上的孤对电子，因而氮杂环卡宾可以活化各种有机反应。S N R 1R 2R 3

N N

N R 3R 2R 1N

N R 1R 3R 4R 2N N R 1R 3

R 4R 22 咪唑类 3 咪唑啉类 4 三唑类

1 噻唑类图1-1常见氮杂环卡宾的四种典型类型

1.2.1Breslow 机理的提出