氮杂环卡宾催化C-X键形成研究

第一章文献综述 (1)

1.1前言 (1)

1.2氮杂环卡宾的发展 (1)

1.3NHC催化的极性翻转反应 (1)

1.3.1安息香缩合反应 (1)

1.3.2 Stetter反应 (3)

1.3.3 a3-d3极性翻转反应 (5)

1.4 NHC催化酯交换反应 (8)

1.5 NHC活化烯酮 (9)

1.5.1 NHC催化烯酮的［2+2］环加成反应 (9)

1.5.2 烯酮与C=O双键的环加成反应 (11)

1.5.3 烯酮与N=O和N=N双键的环加成反应 (11)

1.5.4 NHC催化烯酮的［3+2］环加成反应 (12)

1.5.5 NHC催化烯酮的［4+2］环加成反应 (12)

1.6 NHC活化酯 (13)

1.6.1 NHC活化α,β-不饱和酯上β碳的LUNO轨道 (13)

1.6.2 NHC活化含有α-H酯的α碳上的HOMO轨道 (14)

1.6.3 NHC活化饱和酯的β碳位 (14)

1.6.4 NHC活化含有γ-H不饱和酯的γ碳位 (15)

1.7 NHC作为Br?nsted碱催化的反应 (15)

1.8 小结 (17)

1.9本论文选题依据 (17)

第二章:氮杂环卡宾催化α-卤代烯醛和硫醇的偶联反应构筑C-S键 (19)

2.1 引言 (19)

2.2 主要试剂与仪器 (22)

2.2.1主要试剂 (22)

2.2.2仪器 (23)

2.3 实验结果与讨论 (23)

2.3.1 反应条件优化 (23)

2.3.2 反应底物普适性研究 (24)

2.4 反应机理 (27)

2.5 实验部分 (28)

2.5.1 α-溴代肉桂醛的合成 (28)

2.5.2 α-卤代苯丙醛的合成 (28)

2.5.3 α,α-二氯代苯丙醛的合成 (28)

2.5.4 制备α-硫代烯醛的一般方法 (29)

2.5.5 产物的表征数据 (29)

2.6小结 (35)

第三章氮杂环卡宾催化γ-取代丁烯酸内酯的直接Vinylogous Michael反应构筑C-C键 (36)

3.1前言 (36)

III

3.1.1 Vinylogous Aldol反应 (36)

3.1.2 Vinylogous 曼尼希反应 (37)

3.1.3 Vinylogous Michael反应 (37)

3.1.4 烯丙基烷基化反应 (40)

3.2主要试剂 (41)

3.2.1 主要试剂 (41)

3.2.1仪器 (41)

3.3结果与讨论 (42)

3.3.1反应条件优化 (42)

3.3.2 反应底物普适性研究 (43)

3.4反应机理 (46)

3.5实验部分 (46)

3.5.1 不同取代的当归内酯的合成 (46)

3.5.2合成γ,γ-二取代丁烯酸内酯的一般方法 (47)

3.5.3产物的数据表征 (47)

3.6小结 (55)

第四章氮杂环卡宾催化乙烯酯的酰胺化反应构筑C-N键 (56)

4.1前言 (56)

4.1.1羧酸与胺的偶联 (56)

4.1.2酯的酰胺化反应 (57)

4.1.3醇与胺反应 (58)

4.1.4醛与胺的反应 (59)

4.1.5其它反应 (61)

4.2主要试剂与仪器 (61)

4.2.1主要试剂 (61)

4.2.2仪器 (62)

4.3 结果与讨论 (63)

4.3.2底物普适性考察 (63)

4.4实验机理 (66)

4.5实验部分 (67)

4.5.1乙烯酯的合成 (67)

4.5.2 制备酰胺的实验步骤 (68)

4.5.3产物的表征数据 (68)

4.6小结 (73)

第五章总结与展望 (74)

5.1总结 (74)

5.2展望 (74)

参考文献 (76)

致谢 (85)

作者简介 (86)

附图 (87)

氮杂环卡宾催化C-X键形成研究

第一章文献综述

1.1前言

20世纪末，Bertrand和Arduengo等[1]首次报道了氮杂环卡宾（NHC），氮杂环卡宾是一个缺电子体系，氮杂环卡宾环中包含一个卡宾碳和至少一个氮原子，其中氮杂环卡宾碳上有六个电子，卡宾碳采取的是SP2杂化，所以卡宾可以接受电子，有一定的酸度，可以很容易的形成酰基阴离子。另一方面，氮杂环卡宾碳上有位于σ轨道上的一对孤电子与邻位氮原子上的p轨道及卡宾碳上的p电子一起形成一个三中心四电子的共轭体系，这样就有利于卡宾碳上σ电子的给出，所以氮杂环卡宾是一个很强的Br?nsted碱。长期以来，化学家们一直把NHC作为金属配体，由于NHC优良的供电特性，可与大部分过渡金属和一些主族元素进行配位，NHC作为金属的配体合成了很多种金属催化剂，这些金属卡宾催化剂可以在空气和水中稳定存在，能催化许多反应[2]，且催化效果很好。

1.2氮杂环卡宾的发展

自从1991年Anthony J. Arduengo小组[1]首次成功分离第一例稳定卡宾-1,3-二-（1-金刚烷基）咪唑-2-碳烯以来，人们对氮杂环卡宾(NHC)的性质有了很深刻的认识。到目前为止，大量不同结构的氮杂环卡宾已经被合成出来，传统上的氮杂环卡宾结构基本有四种类型，即咪唑类1、咪唑烷类2、噻唑类3、三唑类4（图1），以这四种类型卡宾为基础，化学家们对它们的结构进行修饰，各种手性和非手性的NHC也已大量被合成出来。后来，人们又陆续的合成出了其它新型结构的卡宾，如图1中卡宾5，6，7等一些大环卡宾和聚合卡宾8，9，10等。NHC作为有机小分子催化剂在近二十多年时间内得到了飞速的发展并取得了很大的成就[3]。由于NHC的这些特性，NHC催化了一系列的有机化学反应。主要包括NHC催化醛的极性翻转反应，NHC作为亲核试剂催化了酯交换反应，烯酮的环加成反应等。除此之外NHC也作为Br?nsted碱催化了一些反应。

1.3NHC催化的极性翻转反应

基于NHC可以使醛发生极性翻转这一策略，NHC催化了很多经典的反应，如安息香缩合反应，Stetter反应，a3-d3极性翻转等反应。

1.3.1安息香缩合反应

早在1943年，Ugai et al. [4]就报道了在原位产生的噻唑卡宾催化醛的安息香缩合反应，在这个反应过程中，NHC被认为是一个活化的物种。在1958年，Breslow[5]提出了氮杂环卡宾催化醛的安息香缩合反应机理，即NHC与醛发生作用，醛羰基碳发生了极性翻转，即由原来带有正电性的羰基碳转变为了带有负电性的碳，就是NHC与醛形成了一个酰基阴离子，即Breslow中间体。首先NHC进攻醛，生成烯醇中间体，然后