酞菁铁催化烯烃自由基膦叠氮化反应:利用叠氮快速转移合成膦叠氮的温和方法

含氮和磷原子的化合物是生命系统中不可缺少的组成部分,由于其独特的化学、生物和物理性质,已被广泛应用于农业化学、材料科学和制药学.如果一个有机化合物同时含有氮和磷原子,它可能因为胺和膦/磷酸盐基团的协同作用而具有额外的功能.2015年赵玉芬院士和唐果教授报道了一例自由基叠氮膦酰化的例子,该反应虽然有效,但因需使用化学剂量的氧化性自由基引发剂Mn(OAc)3·2H2O,因此,有必要发展一种更环保经济的方法.本文报道了铁催化烯烃的分子间自由基膦叠氮化反应.该方法使用了微量的催化剂,通过自由基接力与叠氮基团转移实现分子间自由基膦叠氮化反应.实验先进行条件筛选,考察了催化剂类型、催化剂用量、氧化剂类型、溶剂和温度对反应的影响,确定以酞菁铁为催化剂,叔丁基过氧化氢(TBHP)为引发剂,乙腈为溶剂,苯乙烯、叠氮基三甲基硅烷、二苯基膦酰为模板反应底物为最佳条件,实现了二苯基膦酰对烯烃的自由基膦酰基叠氮化反应.在最优条件下进行底物拓展,制备得到27种膦叠氮化合物,产率为23％～88％.以制得的膦叠氮产物为起始原料,通过叠氮还原和Click反应制备得到三种衍生物,产率为82％～97％,可作为药物合成中间体进行下一步研究.本文还进行了机理实验和理论计算.在自由基钟实验和自由基捕获实验中,通过两种不同速率的自由基开环反应与自由基捕获反应证实了反应的自由基路径.质谱检测到酞菁铁羟基(PcFeⅢOH)和酞菁铁叠氮(PcFeⅢN3)的存在.采用密度泛函理论计算了不同自旋态下的酞菁铁(PcFe),以确定可能的催化剂种类,并计算出三重态3pcFe最稳定.从三重态3pcFe开始计算铁催化叔丁基过氧化氢的单电子转移,并计算了从叔丁氧基自由基开始的自由基接力,证实了膦酰苄基自由基的形成是最有利的途径;研究结果发现膦酰苄基自由基能与4pcFe(N3)反应,发生叠氮基团转移生成目标产物.在叠氮基团转移计算中,考察了四种合理的途径,分别是苄基在三重态或五重态势能面接近叠氮基团的内部或端位氮原子(Ni和Nt).结果 表明,叠氮基团从叠氮基酞菁铁(Ⅲ)物种(PcFeⅢN3)转移到苄基自由基的活化能(4.8 kcal/mol)极低.据此催化循环机理可能为:酞菁铁首先与叔丁基过氧化氢发生单电子转移形成酞菁铁羟基中间体及叔丁氧自由基;然后,二苯基膦酰的氢原子被叔丁氧自由基攫取生成二苯基膦酰自由基,并加成至苯乙烯形成苄基自由基.同时,酞菁铁羟基中间体与HN3进行配体交换形成酞菁铁叠氮中间体,最后与苄基自由基进行叠氮基团转移生成产物,并重新生成酞菁铁(Ⅱ).本文证实了铁催化叠氮化反应的自由基基团转移机理(外球机理),因为很难想象如何在酞菁铁的同侧同时加成叠氮与苄基基团,通过生成高价铁物种(PcFe-N3·)的内球机理得到产物.该工作将有助于启发更多的金属催化机理研究.     

酞菁铁催化烯烃自由基膦叠氮化反应:利用叠氮快速转移合成膦叠氮的温和方法（英文）

含氮和磷原子的化合物是生命系统中不可缺少的组成部分,由于其独特的化学、生物和物理性质,已被广泛应用于农业化学、材料科学和制药学.如果一个有机化合物同时含有氮和磷原子,它可能因为胺和膦/磷酸盐基团的协同作用而具有额外的功能.2015年赵玉芬院士和唐果教授报道了一例自由基叠氮膦酰化的例子,该反应虽然有效,但因需使用化学剂量的氧化性自由基引发剂Mn(OAc)_3·2H_2O,因此,有必要发展一种更环保经济的方法.本文报道了铁催化烯烃的分子间自由基膦叠氮化反应.该方法使用了微量的催化剂,通过自由基接力与叠氮基团转移实现分子间自由基膦叠氮化反应.实验先进行条件筛选,考察了催化剂类型、催化剂用量、氧化剂类型、溶剂和温度对反应的影响,确定以酞菁铁为催化剂,叔丁基过氧化氢(TBHP)为引发剂,乙腈为溶剂,苯乙烯、叠氮基三甲基硅烷、二苯基膦酰为模板反应底物为最佳条件,实现了二苯基膦酰对烯烃的自由基膦酰基叠氮化反应.在最优条件下进行底物拓展,制备得到27种膦叠氮化合物,产率为23%～88%.以制得的膦叠氮产物为起始原料,通过叠氮还原和Click反应制备得到三种衍生物,产率为82%～97%,可作为药物合成中间体进行下一步研究.本文还进行了机理实验和理论计算.在自由基钟实验和自由基捕获实验中,通过两种不同速率的自由基开环反应与自由基捕获反应证实了反应的自由基路径.质谱检测到酞菁铁羟基(PcFe~ⅢOH)和酞菁铁叠氮(Pc Fe~ⅢN_3)的存在.采用密度泛函理论计算了不同自旋态下的酞菁铁(Pc Fe),以确定可能的催化剂种类,并计算出三重态~3PcFe最稳定.从三重态~3PcFe开始计算铁催化叔丁基过氧化氢的单电子转移,并计算了从叔丁氧基自由基开始的自由基接力,证实了膦酰苄基自由基的形成是最有利的途径;研究结果发现膦酰苄基自由基能与~4PcFe(N_3)反应,发生叠氮基团转移生成目标产物.在叠氮基团转移计算中,考察了四种合理的途径,分别是苄基在三重态或五重态势能面接近叠氮基团的内部或端位氮原子(N_i和N_t).结果表明,叠氮基团从叠氮基酞菁铁(Ⅲ)物种(Pc Fe~ⅢN_3)转移到苄基自由基的活化能(4.8 kcal/mol)极低.据此催化循环机理可能为:酞菁铁首先与叔丁基过氧化氢发生单电子转移形成酞菁铁羟基中间体及叔丁氧自由基;然后,二苯基膦酰的氢原子被叔丁氧自由基攫取生成二苯基膦酰自由基,并加成至苯乙烯形成苄基自由基.同时,酞菁铁羟基中间体与HN_3进行配体交换形成酞菁铁叠氮中间体,最后与苄基自由基进行叠氮基团转移生成产物,并重新生成酞菁铁(Ⅱ).本文证实了铁催化叠氮化反应的自由基基团转移机理(外球机理),因为很难想象如何在酞菁铁的同侧同时加成叠氮与苄基基团,通过生成高价铁物种(PcFe-N_3·)的内球机理得到产物.该工作将有助于启发更多的金属催化机理研究.     

五氟苯酯与烷基叠氮化合物的分子内Schmidt重排反应

主要开展了五氟苯酯与烷基叠氮的分子内Schmidt反应研究.以5-叠氮-2-苯基-戊酸五氟苯酯为模板底物,考察了酸促进剂、溶剂以及温度对重排反应的影响,筛选出四氯化钛在回流1,2-二氯乙烷中反应的最优体系.设计并合成了11种5-叠氮-戊酸五氟苯酯,通过在酯基邻位引入芳基、苄基以及烷基等取代基,可提升酯基邻位的迁移动力,使得异氰酸酯阳离子盐为主要重排产物.随后考察该类型Schmidt重排反应的底物普适性,结果表明,当底物中酯基邻位连有富电子芳环或者苄基时,芳基会对重排产物进行加成环合,最终生成内酰胺产物;当底物的酯基邻位连有缺电子芳基或者烷基时,五氟苯酚负离子会对异氰酸酯阳离子亲核进攻,生成氨基甲酸酯产物.五氟苯酚负离子的良好离去性,可启动叠氮基团对酯基的亲核进攻,是Schmidt重排反应得以实现的关键.     

手性叔膦-酰胺不对称催化香豆素与Morita-Baylis-Hillman碳酸酯之间的插烯烯丙基烷基化反应（英文）

发展了新型手性双功能叔膦-酰胺催化4-甲基香豆素化合物与外消旋Morita-Baylis-Hillman碳酸酯之间的插烯烯丙基烷基化反应,反应条件温和,底物适用范围广泛.在10～15mol%的基于手性环己烷骨架的叔膦-酰胺催化剂C10作用下,相应产物的产率达到87%～99%,对映选择性最高达98%ee,为手性香豆素衍生物的不对称合成提供了有效的方法.     

串连aza-Wittig 反应合成新型2-芳硫基-4H-咪唑啉-4-酮

由叠氮乙酸乙酯与二茂铁甲醛反应合成含二茂铁基的叠氮化物(2),2与三苯膦发生Staudinger反应制得膦亚胺(3),3与异氰酸苯脂、(取代)硫酚通过串连aza-Wittig反应合成了6个新的咪唑啉酮衍生物。其结构经^1HNMR,IR及元素分析表征。并初步探讨了反应的条件。     

芳甲基叠氮化合物与烯烃及其衍生物反应研究进展

芳甲基叠氮化合物(ArCH_2N_3)可以为有机反应提供氮源,是一种性质稳定、合成简单的试剂,在有机合成化学领域被广泛应用.综述了最近五年来芳甲基叠氮化合物与烯烃在有机合成反应中的最新研究进展.分别叙述了芳甲基叠氮化合物在有机反应中与烯烃及其衍生物的底物适应范围和反应机理,为今后芳甲基叠氮化合物与烯烃类化合物的反应在有机合成中的应用提供参考.     

氧桥联双核钛、镍配合物的合成及催化制备双峰聚乙烯

从2种氧原子桥联双膦化合物双(2-二苯基膦苯基)醚(1a)和4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽(1b)出发,合成氧原子桥联双膦亚胺钛、镍配合物.在甲苯中回流条件下首先将化合物1a和1b与叠氮三甲基硅烷发生Staudinger反应,分别生成单和双膦亚胺前驱体2a和2b.然后再与环戊二烯基三氯化钛反应,脱去三甲基氯硅烷后得到相应膦亚胺过渡金属钛配合物3a和3b.单钛中心配合物3b进一步与乙二醇二甲醚溴化镍反应生成钛-镍异核双中心配合物4b.通过1H NMR,13C NMR,31P NMR,FTIR及元素分析对产物进行了表征,并利用X射线单晶衍射分析确定了配合物3a和3b的分子结构.在助催化剂甲基铝氧烷(MAO)作用下,配合物3a和4b对乙烯聚合均表现出较高的催化活性,其中双钛中心配合物3a催化得到较宽分子量的聚乙烯产物,而异核双中心配合物4b催化得到呈双峰分布的聚乙烯产物.     

有机胂化合物的研究——Ⅷ.胂叶立德与叠氮化合物的反应

膦叶立德或硫叶立德与叠氮化合物反应,前者失掉三苯基氧化膦,生成三氮杂茂衍生物;后者失掉二烃基硫,生成苯胺基富马型衍生物和少量三氮烯基富马型衍生物及环丙烷衍生物.胂叶立德与双烯酮的反应,类似于硫叶立德.本文报道胂叶立德与叠氮化合物的反应,进一步探索胂叶立德的一些反应特性.     

酰氯的Schmidt反应制备芳并吡咯里西啶

主要开展了烷基叠氮参与的分子内酰氯的Schmidt反应研究,合成了13种芳基取代的叠氮羧酸,并对其进行Schmidt重排反应研究.通过草酰氯原位活化反应底物中的羧基,将其转化为酰氯单元,提升其与叠氮基团的反应能力.通过底物结构的设计,使得重排反应主要经历异氰酸盐阳离子中间体,进而被芳环亲核捕获.芳环带强供电子基团对该转化效率具有比较明显的影响:当羧基邻位为叔碳时,其反应效率很低;而当羧基邻位为季碳时,其反应则十分高效.研究人员对此现象进行分析,并提出了合理解释.通过酰氯的Schmidt重排反应,成功高效地合成了一系列的芳并吡咯里西啶产物.     

无痕施陶丁格连接反应机理的理论研究

叠氮化合物和膦硫酯的无痕施陶丁格连接反应是一种有效生成酰胺键的方法. 通过密度泛函方法研究了无痕施陶丁格连接的反应机理. 计算结果表明反应的决速步为反应的第一步, 即膦进攻叠氮的端基氮, 形成膦基叠氮化物的过程. 膦亚胺中间体形成之后, 向不同方向转化(酰基迁移后水解或者直接水解)的难易程度决定了最终产物的组成. 对几种不同偶联试剂介导的无痕施陶丁格连接反应的计算结果, 都与实验数据相吻合.     

α-芳基烯基叠氮参与的含氮杂环化合物合成研究进展

含氮杂环化合物广泛存在于天然产物、药物化学和材料化学中.α-芳基烯基叠氮因其结构中烯烃与叠氮相连而具有独特的性质,能够充当亲电试剂、亲核试剂或自由基接受体.此外,能通过多样的反应途径生成高反应活性的中间体,为发展新颖的反应提供了可能.近年来,越来越多的化学家们利用α-芳基烯基叠氮作为关键的三原子合成子构建了各种结构复杂的含氮杂环化合物.系统地介绍近年来利用α-芳基烯基叠氮制备各种N-杂环化合物的进展,总结归纳各反应机理、反应特点和应用研究,为合成含氮杂环化合物的研究提供帮助.     

有机叠氮化合物参与的反应:C—N3基团保留的研究进展

有机叠氮化合物在天然产物全合成、药物化学以及材料化学等领域有广泛的应用.叠氮基团在反应过程中倾向于脱除氮气,转化为多种多样的含氮杂环以及氨基类化合物,但在许多天然产物全合成的关键步骤中,都需要保留叠氮基团.总结了近二十年有机叠氮化合物参与的反应中C—N₃键保留的反应类型,主要包括环加成反应、与不饱和键的加成、Winstein重排和1,2-叠氮迁移等.     

盐酸促进、铜/铁共催化2-取代丙烯酸酯与膦氧类化合物的脱酯氧膦化反应（英文）

发展了一种新型的盐酸促进、铜/铁共催化2-取代丙烯酸酯与膦氧类化合物脱酯氧膦化反应构建β-羰基氧膦化合物,并且该反应抑制了羟膦化产物的形成.通过这种简便且实用的方法,可选择性断裂C(sp~2)—C(C=O)得到结构多样化的β-羰基氧膦化合物.这类反应具有底物适用范围广泛、官能团耐受性好且反应条件温和等优点.     

Rh(II)催化3-重氮吲哚酮与烯基叠氮的烯化/环化反应合成螺吡咯啉吲哚酮

螺吡咯啉吲哚酮化合物含有两种重要氮杂环,由于其独特的结构骨架和存在于天然产物而被广泛关注.吲哚酮的3位与其它环状化合物以螺环形式结合的结构特点是该结构具有潜在药物活性和合成价值的基础,例如抗癌和抗菌活性,以及在合成新配体和有机催化剂上的应用.目前,尽管合成螺吲哚酮的策略已有1,3-偶极环加成、亲核加成及还原环化等,但是发展简单高效的构建螺吲哚酮化合物的方法仍具有很大的吸引力.烯基叠氮同时含有叠氮和烯基两个单元,被广泛应用于构建氮杂环.另一方面,重氮化合物被广泛用作偶联环化合成的底物.基于在叠氮化学和杂环合成方面的工作,我们设想利用3-重氮吲哚-2-酮和烯基氮的环化反应构建螺吲哚酮化合物.文献中有关烯基叠氮和重氮化合物反应的报道较少,主要涉及铑催化的环丙烷化和铜催化的环戊烯合成,在这些反应中烯基叠氮作为二元合成子参与反应,而其它类型的反应鲜有报道,因此我们设想利用烯基叠氮作为三元合成子来参与反应成环.在我们开展工作的同时, Katukojvala小组率先发表了铑催化的重氮烯和烯基叠氮的环化反应构建1-吡咯啉.本文报道了3-重氮吲哚酮和烯基叠氮在铑催化下发生[1+1+3]环化,构建一系列螺吡咯啉吲哚酮化合物.研究从反应条件优化开始,通过对催化剂、原料比、溶剂和温度等参数的筛选,确定了最佳反应条件为1a/2a(1/7), Rh_2(TFA)_4(2.5mol%), 1,2-二氯乙烷(0.1mol/L), 60°C.在标准条件下完成了21个不同基团取代的螺吡咯啉吲哚酮化合物的合成,最高收率可达91%,证实了该反应的普适性.当重氮底物的N原子上不含取代基或取代基为甲基、苄基、苯基、苯甲酰基和磺酰基时,反应均可以顺利发生,其中苯甲酰基和对甲苯磺酰基取代的底物的反应可取得90%以上的收率.对于重氮和烯基叠氮底物的苯环上含有卤素、甲基和甲氧基等取代基时,反应同样可以顺利进行,以中等收率得到对应产物,电子效应对反应效果影响不大,而存在位阻效应时反应收率略有降低.当降低反应温度或缩短反应时间,可以从反应体系中同时分离得到螺吡咯啉吲哚酮和重氮底物3位乙烯基化的产物.进一步实验表明, 3-烯基吲哚酮可以在标准条件下与烯基叠氮反应,以中等收率得到模板产物.该对照实验表明3-烯基吲哚酮是反应过程中的关键中间体.该反应条件温和,简单高效,底物适用范围广,为构建具有潜在生物活性的螺吲哚酮骨架提供了新的选择.     

胺基膦钌卡宾化合物的合成及催化烯烃复分解反应

合成并表征了一类含新型胺基膦配体的Grubbs二代型钌卡宾烯烃复分解催化剂[RuCl₂(H₂IMes)·(R¹HNPR²₂)(=CHPh)], 采用核磁共振波谱和单晶X射线衍射确定了催化剂的结构. 在室温条件下, 以N,N-二烯丙基-对甲苯磺酰胺的关环复分解反应(RCM)为模型, 考察了不同胺基膦配体对钌卡宾催化反应速率的影响. 结果表明, G2?1表现出最佳的催化活性. 通过底物研究发现, G2?1催化剂(摩尔分数, 1%)对双端烯及多端烯的RCM反应具有较好的活性和官能团适应性, 产物收率均>95%; G2?1催化剂同样适用于同(异)端烯底物的交叉复分解反应(CM), 其催化苯乙烯与3-苯氧基丙烯的CM反应时产物收率高达92%.     

噻唑烷-4-酮连假三糖的合成及其对T淋巴细胞增殖活性研究

以双叠氮基糖1、糖醛2和巯基乙酸为原料,室温条件下,利用Staudinger/aza-Wittig/环合一锅法反应,合成了新型噻唑烷-4-酮连假三糖衍生物3a和3b,并经脱苯甲酰基(Bz)保护基,分别得到了相应产物4a和4b.初步生物活性测试表明,化合物4a和4b能显著促进T淋巴细胞增殖,具有较强的免疫增强活性.     

铱催化的MBH乙酸酯与吲哚酮类化合物的烯丙基化反应

研究了一种新的铱催化的Morita-Baylis-Hillman(MBH)乙酸酯与3-苯基取代的吲哚酮的烯丙基烷基化反应, 发现铱催化的区域选择明显不同于钯催化的反应, 直接、 高效地合成了一类未见报道的具有新结构的 3,3-二取代的吲哚酮类化合物. 通过对亚磷酰胺、 双膦及单膦等配体、 金属源、 溶剂、 碱以及反应温度的筛选, 获得了适合该反应的催化体系及最优条件: 以[Ir(COD)Cl]₂(摩尔分数5%)和亚磷酰胺配体(L6, 摩尔分数10%)为催化剂, CH₃CN为溶剂, Cs₂CO₃为碱, 于?30 ℃反应25 h. 在最优条件下, 对不同类型取代基的底物进行了考察, 发现底物普适性良好, 产率最低为84%, 最高可达98%. 同时还发现, 底物取代基的电性对反应产率影响不大, 一些其它类型的双膦和单膦配体对催化反应也有较好的催化效果.     

钯卡宾参与的烯基芳烃轴手性化合物的合成

正Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,2186~2190轴手性化合物因其具有独特的不可旋转的手性轴,在不对称催化等方面中有非常重要的应用.构建轴手性化合物最直接的方法之一是过渡金属催化的多组分的交叉偶联.中国科学技术大学顾振华课题组通过钯催化的溴代芳烃与腙化合物的偶联反应,以优异的产率得到了高对映选择性(ee约97%)的烯基芳烃轴手性化合物.反应通过芳基钯物种与卡宾形成钯卡宾中间体,最后迁移插入得到季碳钯物种,β-氢消除得到产物同时控制手性的产生.反应产率高,底物适用性好.产物可方便地转化为烯基膦配体(99%ee),并成功应用于不对称的烯丙基取代反应.     

稀土配合物催化碳二亚胺与膦氢化合物的反应

以4种不同的稀土配合物RE(Ln)(Ln=La,Sc,Y和Lu)为催化剂催化膦氢化物与碳二亚胺的类似成胍反应,详细探讨了催化剂种类及用量、溶剂、温度及反应时间对各种反应底物的影响,合成了系列不同类型的膦杂胍化合物。研究表明:无催化剂,该类型的成胍反应不能发生,不同类型的稀土配合物,其催化活性不同,以离子半径较大的镧稀土配合物的催化活性最大;反应温度和反应时间取决于溶剂的溶解性以及底物的类型;碳二亚胺的取代基位阻及膦氢化物的酸性是影响反应底物能否顺利进行该类反应的关键因素;通过原位核磁分析该类型的反应经历了稀土配合物与膦化合物酸碱反应、碳二亚胺的插入反应、稀土配合物的解离以及质子的迁移过程形成催化循环及生成产物。     

亲核叔膦促进的联烯酸酯环加成反应研究进展

20世纪90年代中期,陆熙炎教授报道了亲核叔膦促进的联烯酸酯与缺电子烯烃和亚胺环加成反应.二十年来,作为高效构建功能化碳环及杂环化合物方法,叔膦促进的联烯酸酯环加成反应的发展和应用受到化学家的广泛关注.多样性的亲核叔膦和不同结构联烯酸酯的引入,可呈现多种类型的环加成反应.特别是手性叔膦的应用,高选择性地实现了对该类反应的不对称催化,为一些天然产物和药物模块的全合成开辟了新途径.此外,醛酮化合物也被运用到此类反应中,构建了多种有用的含氧杂环.本篇综述包括六部分:第一部分是引言,概括介绍陆氏反应;第二至五部分分别阐述了亲核叔膦促进联烯酸酯与缺电子烯烃、亚胺、醛酮以及特定亲核试剂的各种环加成反应;最后一部分是总结与展望.