有机化学反应中间体的质谱分析

有机化学反应中活性中间体的性质各异,对反应中间体的表征和研究对于阐明和确证反应机理、优化反应条件、筛选催化剂和发现新类型反应至关重要.近年来,质谱技术和在线微量采样技术的发展,极大程度地拓展了质谱学在该领域的应用.本文总结了近年来本领域发展的新策略、技术和方法,以及有机质谱技术在反应中间体研究中的应用.     

液相色谱-大气压化学电离飞行时间质谱分析氢化可的松中微量杂质

大气压化学电离是1种较软的离子化方法,溶剂在雾化气及加热的作用下雾化,并迅速汽化.在大气压状态的区域内,汽化的分子在高电压条件下相互间发生碰撞及电荷转移,形成等离子体.样品分子M通过这一区域时与其反应,从而实现离子化,产生[M+H]+或[M-H]-准分子离子.为了进一步了解样品分子结构,采用源内碰撞诱导的技术即在离子源内增加喷口的电压,使分子离子碰撞裂解产生碎片离子.综合检测到的准分子离子和碎片离子信息,可更多地了解所测分子的结构信息.氢化可的松为肾上腺皮质激素类药物,有抗炎和抗风湿作用,亦称抗炎激素.在药品生产过程中,由于原料、副反应等因素引入了一些杂质.液质联用的方法可以简单、快速地提供这些杂质的分子信息.     

过硫酸盐促进的自由基反应进展

过硫酸盐作为廉价、环境友好、易操作的强氧化剂,在有机合成中具有广泛的应用.众所周知,过硫酸盐在加热、光照或过渡金属还原条件下可分解产生硫酸根自由基负离子(SO_4~(-g)).研究表明,该自由基负离子具有很强的单电子氧化性,可以氧化各种中性分子或负离子产生相应的自由基活性中间体.这些新生成的活性中间体可以进行一系列化学转化,从而生成结构多样的、有用的化合物.对近几年过硫酸盐促进的自由基反应进行了总结.分五部分:第一、二部分着重阐述过硫酸盐促进的自由基环化以及碳-氢键官能团化反应;第三部分介绍可见光辅助的过硫酸盐促进的有机反应;第四部分简述过硫酸盐促进的其他自由基反应.最后,对过硫酸盐促进的自由基反应进行了总结和展望.     

一价铜催化的N-对甲基苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇的串联反应:一种四氢呋喃类化合物的新合成方法

最近几年来,利用稳定的重氮类化合物和N-对甲基苯磺酰腙类化合物作为金属卡宾前体,在过渡金属催化下通过形成金属卡宾的偶联反应引起了人们广泛的兴趣.金属卡宾前体与有机金属物种反应,可以生成金属卡宾中间体,并发生金属上基团的转移插入过程,得到新的有机金属物种,从而实现丰富的偶联反应.这类经由金属卡宾转移插入过程的交叉偶联反应为构建C?C键,C?N键以及许多环状化合物和不饱和有机分子结构提供了可靠而强有力的工具.本课题组一直致力于研究该类经由金属卡宾中间体的催化转化和偶联反应,报道了在铜催化下,对甲苯磺酰腙以及重氮类化合物可以与端炔反应,通过所形成的炔基铜卡宾中间体的转移插入过程,可高效得到联烯类化合物.该类反应条件相对温和,并且有很好的底物普适性.不仅各种多取代的联烯类化合物,而且苯并呋喃,菲以及呋喃等结构都可由这类铜催化的腙和炔烃的偶联反应来得到.在这些反应中,通过炔基铜卡宾中间体上炔基的转移插入过程,在形成了C(Sp3)-Cu键以后,通过铜的1,3-迁移过程,可以得到联烯结构,随后发生分子内杂原子的亲核进攻或者6π电子环化过程来实现苯并呋喃,菲等杂环类结构的构建.另一方面,该类反应进一步拓展和研究,可望得到其他有价值的有机分子骨架.环状的醚类结构,如四氢呋喃结构,也是有机化合物中常见的结构类型,我们希望从目前已经发展成熟的卡宾前体与炔烃生成联烯的偶联反应出发,通过分子内的串联过程来高效地构建取代的环状醚类结构.我们设想,在炔烃上引入氧原子作为亲核试剂,在形成联烯化合物以后,通过分子内氧原子对联烯基的亲核进攻,来实现串联的分子内关环反应,从而构建环状醚类结构.本文以CuI为催化剂,3-丁炔-1-醇为炔烃偶联组分,采用二芳基对甲苯磺酰腙作为金属卡宾前体,实现了取代四氢呋喃的合成.在对甲苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇类化合物发生偶联反应生成二芳基联烯基化合物以后,采用一锅法实现分子内的关环反应,从而生成亚烯基取代的四氢呋喃化合物.该串联反应不仅具有原料易得和操作较为简便等优点,而且底物普适性和官能团耐受性都较好,多种取代的二芳基腙类化合物都能以较好的收率得到目标产物,从而为四氢呋喃类化合物的合成提供了一种新的方法.该反应进一步展示了经由金属卡宾中间体的交叉偶联反应的普遍性,将在有机化学和有机合成领域具有广泛的研究和应用价值.     

新化合物五氧化铀的电喷雾串联质谱法制备与表征

采用醋酸铀酰为原料在气相中制备了HOUO2OH负离子, 在一定条件下再与O2反应, 从而制备了UO5负离子, 并采用串联质谱法对UO5进行了表征, 考察了生成条件对制备UO5负离子的影响. 初步实验表明在不同能量作用下UO5负离子能释放出O2. 探讨了气相中负离子与分子反应生成UO5负离子的可能机理, 指出通过调控分子与离子的碰撞时间和碰撞能量可以控制离子的电子活动半径, 合适的能量可使电子云的半径落在rinert≤rReactiverreactive≤rdecomposition之间, 从而促进某些化学反应的进行, 以合成某些通常状况下难以生成的物质.     

一价铜催化的N-对甲基苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇的串联反应:一种四氢呋喃类化合物的新合成方法（英文）

最近几年来,利用稳定的重氮类化合物和N-对甲基苯磺酰腙类化合物作为金属卡宾前体,在过渡金属催化下通过形成金属卡宾的偶联反应引起了人们广泛的兴趣.金属卡宾前体与有机金属物种反应,可以生成金属卡宾中间体,并发生金属上基团的转移插入过程,得到新的有机金属物种,从而实现丰富的偶联反应.这类经由金属卡宾转移插入过程的交叉偶联反应为构建C–C键,C–N键以及许多环状化合物和不饱和有机分子结构提供了可靠而强有力的工具.本课题组一直致力于研究该类经由金属卡宾中间体的催化转化和偶联反应,报道了在铜催化下,对甲苯磺酰腙以及重氮类化合物可以与端炔反应,通过所形成的炔基铜卡宾中间体的转移插入过程,可高效得到联烯类化合物.该类反应条件相对温和,并且有很好的底物普适性.不仅各种多取代的联烯类化合物,而且苯并呋喃,菲以及呋喃等结构都可由这类铜催化的腙和炔烃的偶联反应来得到.在这些反应中,通过炔基铜卡宾中间体上炔基的转移插入过程,在形成了C(Sp3)-Cu键以后,通过铜的1,3-迁移过程,可以得到联烯结构,随后发生分子内杂原子的亲核进攻或者6π电子环化过程来实现苯并呋喃,菲等杂环类结构的构建.另一方面,该类反应进一步拓展和研究,可望得到其他有价值的有机分子骨架.环状的醚类结构,如四氢呋喃结构,也是有机化合物中常见的结构类型,我们希望从目前已经发展成熟的卡宾前体与炔烃生成联烯的偶联反应出发,通过分子内的串联过程来高效地构建取代的环状醚类结构.我们设想,在炔烃上引入氧原子作为亲核试剂,在形成联烯化合物以后,通过分子内氧原子对联烯基的亲核进攻,来实现串联的分子内关环反应,从而构建环状醚类结构.本文以CuI为催化剂,3-丁炔-1-醇为炔烃偶联组分,采用二芳基对甲苯磺酰腙作为金属卡宾前体,实现了取代四氢呋喃的合成.在对甲苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇类化合物发生偶联反应生成二芳基联烯基化合物以后,采用一锅法实现分子内的关环反应,从而生成亚烯基取代的四氢呋喃化合物.该串联反应不仅具有原料易得和操作较为简便等优点,而且底物普适性和官能团耐受性都较好,多种取代的二芳基腙类化合物都能以较好的收率得到目标产物,从而为四氢呋喃类化合物的合成提供了一种新的方法.该反应进一步展示了经由金属卡宾中间体的交叉偶联反应的普遍性,将在有机化学和有机合成领域具有广泛的研究和应用价值.     

l’-碘代二茂铁甲醛合成的新方法

二茂铁甲醛是有机合成化学中一个重要的中间体, 利用它可以合成各种功能二茂铁衍生物. 然而异环取代的二茂铁甲醛因合成难度较大使其应用受到限制, l’-碘代二茂铁甲醛分子内因为有较多的反应活性点, 从而被广泛应用到功能金属有机分子的设计合成中. 合成该物质的传统方法不仅路线长, 且需要使用昂贵的金属有机试剂. 我们利用改进后的合成方法, 以二茂铁为起始原料经三步反应合成了1’-碘代二茂铁甲醛. 该方法不仅缩短了合成路线, 简化了反应条件, 且避免使用苛刻的反应条件和贵重的有机锂(锡)试剂, 是目前合成该化合物最简单的方法.     

1'-碘代二茂铁甲醛合成的新方法

二茂铁甲醛是有机合成化学中一个重要的中间体,利用它可以合成各种功能二茂铁衍生物.然而异环取代的二茂铁甲醛因合成难度较大使其应用受到限制,1'-碘代二茂铁甲醛分子内因为有较多的反应活性点,从而被广泛应用到功能金属有机分子的设计合成中.合成该物质的传统方法不仅路线长,且需要使用昂贵的金属有机试剂.我们利用改进后的合成方法,以二茂铁为起始原料经三步反应合成了1'-碘代二茂铁甲醛.该方法不仅缩短了合成路线,简化了反应条件,且避免使用苛刻的反应条件和贵重的有机锂(锡)试剂,是目前合成该化合物最简单的方法.     

超分子亚胺离子催化的新途径

发展了一种新的超分子亚胺离子催化的策略. 为了提高传统亚胺离子催化的效率并且提供一种新的不对称催化方法,最近发展了一种致力于活化亚胺离子的新催化概念,即超分子亚胺离子催化. 为了扩展该策略的应用范围,在此进一步发展了该方法,使之拓展到可以同时对亚胺离子和亲核体进行双活化的超分子亚胺离子催化方法. 这种新的方法可以显著提高催化剂的活性,使之前应用传统方法比较惰性的反应变得具有良好的反应性. 报道的方法可以用于提高一些比较惰性反应的反应活性,也可以为设计一些新反应提供一种思路.     

多次碰撞条件下金阳离子诱导的甲烷碳-碳偶联（英文）

金属正离子与甲烷的反应活性有着广泛的研究,但已报道的离子分子反应通常在单次碰撞或低碰撞能条件下发生。本文介绍最近搭建的一个由迁移管与离子漏斗组成的离子分子反应装置,在多次碰撞与可变碰撞能条件下研究离子分子反应。离子源产生的Au~+在迁移管内与甲烷反应,经漏斗与离子阱收集后由质谱检测。该反应装置的反应气压可达100Pa,且离子与分子的碰撞能可通过迁移管与离子漏斗间的电势差调节。利用该装置,我们研究了闭壳层Au~+离子与甲烷的反应,并观测到碳―碳偶联产物Au C_2H_4~+生成。密度泛函理论计算表明经由Au―CH_2与Au―CH_3物种的两条反应通道均可发生碳―碳偶联反应(Au~++2CH_4→Au C_2H_4~++2H_2)。离子轨迹模拟表明迁移管与漏斗间的电场可提供足够的碰撞能促进碳―碳偶联反应发生。     

Synthesis,characterization and catalytic activities of a reusable polymer-anchored palladium(II) complex: effective catalytic hydrogenation of various organic substrates

A poly(3,6-dibenzaldimino N-vinyl carbazole) Pd(II) complex has been synthesized and characterized by physicochemical and spectroscopic techniques. The complex was found to be highly active toward hydrogenation reactions of various organic substrates under atmospheric pressure at ambient temperature. A tentative reaction mechanism is proposed on the basis of kinetic studies and isolation of reactive intermediates. The catalyst shows good conversion rates, thermal stability and recyclability.     

Use of a recyclable poly(<Emphasis Type="Italic">N</Emphasis>-vinyl carbazole) palladium(II) complex catalyst: Heck cross-coupling reaction under phosphine-free and aerobic conditions

A poly(3,6-dibenzaldimino N-vinyl carbazole) Pd(II) complex has been synthesized and characterized by physicochemical and spectroscopic techniques. The complex was found to be highly active toward hydrogenation reactions of various organic substrates under atmospheric pressure at ambient temperature. A tentative reaction mechanism is proposed on the basis of kinetic studies and isolation of reactive intermediates. The catalyst shows good conversion rates, thermal stability and recyclability.     

Homogeneous Degradation of Cellulose in Its Aqueous Solution at Mild Temperature under Atmospheric Pressure

Degradation of cellulose to chemicals is one of major routes for biomass conversion. Here, a new simple and two-step method has been developed to convert cellulose in its homogeneously alkaline solution to organic acids under atmospheric pressure at mild temperature. At first, cellulose was degraded to small molecular intermediates at 110 ℃ for 3 h under atmospheric pressure, and then it was oxidized with H₂O₂ at 50 ℃ for 4 h. Under the optimal condition, 73.5% conversion of cellulose could be achieved, and the yield of organic acids was 32.8% (formic acid), 11.6% (lactic acid), and 2.3% (oxalic acid), respectively. It is noteworthy that the new strategy reduces energy consumption in the process of reaction, unlike the hydrothermal reaction under high temperature and high pressure.     

大气颗粒物滤膜中极性有机物在线衍生装置的设计与应用

设计制作了一套用于气相色谱-质谱(GC-MS)分析极性有机物的在线衍生装置,并将其应用于大气颗粒物样品中极性有机物的检测.将大气颗粒物滤膜样品置于GC-MS进样口,通过使用套针组件,匀速引入气态衍生试剂N-甲基-Ⅳ-(三甲基硅烷)三氟乙酰胺(MSTFA),使其在衬管内于310℃下与待测物接触,10 min即可完成硅烷化...     

卤代化合物的光化学反应研究进展

介绍近年来卤代化合物在光照射下的偶联反应、醇解反应、消去反应、开环反 应，尤其是卤代杂环化合物的光化学反应，得到了许多用热反应或催化反应无法替 代的具有生物(理)活性的中间体．     

Boundary layer chemistry probed by in situ infrared spectroscopy during SiO2 deposition at atmospheric pressure from tetraethylorthosilicate and ozone

The deposition of silicon dioxide films at 450 degrees C was studied in quasi real time by probing the thermally activated boundary layer region near the growing surface during atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD). Potential tetraethylorthosilicate (TEOS)/O(3) reaction products have been investigated in an attempt to clarify the reaction mechanism leading to the observed silanol deposition intermediates and delineate the film formation process. The organic products formed during the TEOS/O(3) reaction are acetic acid, formic acid, formaldehyde, carbon monoxide, carbon dioxide, and water. Quantitative methods are developed using FT-IR (Fourier transform infrared) spectroscopy during ozonation of TEOS at elevated temperatures. The measurement of gaseous alcohols of silicon alkoxides by FT-IR is demonstrated by application of an in situ methodology that probes the high-temperature region within the CVD environment. Partial least squares (PLS) Beer's law absorption models are used in determining relative TEOS, ozone, and ethoxysilanol levels during the reaction. The reaction order in TEOS is measured at 1.65 +/- 0.02 over a 0.9 Torr pressure range. Similarly, the ratio of ethoxysilanol formed versus the amount of ozone consumed is ca. 1:3. A radical chain oxidative mechanism involving direct reaction of TEOS and ozone is proposed for formation of highly reactive silanol film growth intermediates.     

原位漫反射红外光谱技术用于气固催化反应机理的研究

漫反射傅立叶变换红外光谱技术是一种对固体粉末样品进行直接测量的光谱方法,是近年来发展起来的一项较理想的原位表征技术。原位漫反射红外技术由于可直接对催化剂表面的吸附态物种给出红外信号,可方便地跟踪鉴定反应中间态和产物,从而为催化反应体系反应机理的考察给出直接的证据。本文对于原位漫反射红外技术用于低温水煤气变换反应和水汽逆变换反应、醇类的水蒸汽重整、含CO₂的合成气制取甲醇、低碳烃制合成气、CO催化氧化以及其他烃类和含氧化合物的氧化等方面进行了综述,认为该技术可很好地剖析气固相催化反应机理。     

2D covalent organic framework: a photoactive heterogeneous catalyst for chemical fixation of CO2 over propargyl amines in water under sunlight

We have demonstrated the efficient synthesis of Pd(II)-based 2D mesoporous covalent organic framework (COF) along with a small amount of Pd(0), which is characterized by different characterization tools. These studies suggest that this material with low bandgap energy (Eg) of 1.73 eV can exhibit great photocatalytic activity toward CO₂ fixation reaction. Therefore, we have applied the Pd(II)-loaded COF as a new and effective photocatalyst for the preparation of oxazolidinone through the chemical fixation of CO₂. The reaction takes place in green solvent (H₂O) in absence of any base and under the sunlight at atmospheric pressure of CO₂ without using any cocatalyst. The reaction does not happen in the dark. In this context, we showed that a turnover number (TON) of 3.392 × 10³ can be achieved using the catalytic cycle under sunlight. The light dependency of the reaction is also checked by a control experiment via light modulation between light on and off. Furthermore, the catalyst shows efficient reusability for multiple reaction cycles, and also the heterogeneity test of the material suggests minimal active metal leaching during the catalysis reaction cycles. These results for the photocatalytic synthesis of oxazolidinone by CO₂ incorporation over COF under sunlight open a new environment-friendly green pathway for the formation of oxazolidinones.     

温和条件下金属双氮杂环卡宾配合物催化CO2直接转化为炔酸的高效均相羧化反应

近年来,催化CO2合成精细化学品的研究备受关注。本研究在温和条件下利用金属双氮杂环卡宾催化剂实现CO2与末端炔烃的直接羧化反应,并提出合理的催化机理。首先,合成制备了铜基、银基两种金属双氮杂环卡宾催化剂,实验证明银双氮杂环卡宾配合物具有较好催化活性。通过改变环境条件和底物种类,对反应条件及催化剂底物适应性进行了探究,利用核磁共振谱仪表征产物分子结构并计算直接羧化反应的催化产率。结果表明,适宜催化条件为:1.2eq Cs2CO3作为添加剂、1大气压、室温、无水溶剂和1(mmol)%催化剂用量。银基金属催化剂活性较铜基催化剂高并具有广泛的底物适应性,对苯乙炔的催化产率高达93%;对乙炔气体同样具有良好的催化活性。此类催化剂具有优良的催化活性,能催化合成丙炔酸等重要医药中间体,在工业应用上具有极大潜力和广阔前景。