[2+2]环加成反应机理的理论研究

[2+2]环加成反应是有机化学中非常重要的一类反应,其机理的研究一直是实验和理论工作者关注的课题之一。本文从理论的角度综述了三类[2+2]环加成反应的反应机理,即简单烯烃或炔烃参与的环加成反应、累积双键体系参与的环加成反应以及稀土钍化合物参与的环加成反应, 得出对于简单的烯烃或炔烃之间的环加成反应一般是按双自由基机理进行,而其他两类反应主要按协同或两性离子方式进行,并且从前线分子轨道作用理论角度分析了产生不同反应机理的原因。     

Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2电极电催化性能研究

制备了Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2阳极,采用SEM、XRD和ICP对电极的表面形貌和组成进行了表征.为了考察电极的电催化活性,以苯酚为目标污染物,进行了电催化降解实验.研究结果表明Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2电极电催化降解苯酚模拟废水的最佳工艺条件为:电流密度10mA/cm2、支持电解质Na2SO4浓度0.05 mol/L、温度25℃.在25℃时苯酚的电催化氧化降解反应遵循一级反应动力学规律,并且苯酚的电催化氧化主要是·OH参与的间接氧化,反应过程中电极表面产生的羟基自由基对苯酚的氧化去除起着主要作用.     

深共融溶剂中合成2,4-二取代喹啉衍生物

在氯化胆碱和氯化锌组成的深共融溶剂中,以2-氨基苯乙酮和芳香炔烃为原料,通过环化偶联反应,合成了一系列2,4-二取代喹啉衍生物;当n(氯化胆碱)∶n(氯化锌)=1∶2,反应温度为80℃时,反应3 h即获得高达98%的产率.该方法无需额外添加催化剂,而且反应条件温和、操作简单、底物范围较广泛.     

金催化的炔烃羟基化反应: 合成2取代苯并呋喃化合物

本文报道了一种以邻炔基苯酚为原料,通过金催化的炔烃羟基化反应合成2取代苯并呋喃的方法. 该方法可以在温和的条件下快速以高产率得到各种2取代苯并呋喃. 关键前体邻炔基苯酚可以很容易由Sonogashira 反应制备.     

超临界二氧化碳中羰基钴催化的端基炔烃环三聚反应研究

原子经济性良好的炔烃[2+2+2]环加成反应与绿色溶剂超临界二氧化碳相结合,是一个符合绿色化学原则的环境友好反应过程.建立了一个纯超临界二氧化碳介质中八羰基二钴催化的端基炔烃环三聚反应体系,在优化的反应条件下,以较高产率选择性地制备1,2,4-三取代苯衍生物.优化了催化剂用量、二氧化碳压力、反应温度及时间等反应条件,讨论了反应物料及催化剂在超临界二氧化碳介质中的溶解性和相行为,提出了端基炔烃环三聚反应机理,并将反应底物从C≡C键拓展至C≡N键,对超临界二氧化碳介质中炔-腈环加成反应进行了初步探索.优化出的炔烃环三聚催化反应体系无需使用有机助溶剂和各类助剂,底物适应性好,产物选择性高,为合成1,2,4-三取代苯衍生物提供了一种绿色合成方法.     

区域选择性地电化学氧化自由基参与的邻位-(4+2)/原位-(3+2)环化（英文）

碳环化合物,特别是五元环和六元环骨架,广泛存在于天然产物和生物活性分子中.Diels-Alder环加成反应是构建这些功能型分子的有效方法,但其底物适用范围有限,且反应条件(如热、微波和过渡金属的使用)苛刻,限制了该方法的应用.自由基物种含有不成对的价电子,表现出高活性,在温和的反应条件下提供了新的反应途径.因此,自由基介导的反应为复杂环状分子的合成提供了一个新平台.然而,如何实现选择性自由基环化仍然是一个挑战.鲍德温规则为自由基物种与烯烃炔烃的加成提供了指导,研究人员设计并开发了一系列反应模式构建所需的五元和六元环分子.但是,自由基物种,特别是烷基和烯基与芳基之间选择性的邻位原位环化仍然不明确.本文利用苄基丙二酸酯为自由基源,烯烃和炔烃分别为自由基受体,分别获得烷基和烯基自由基中间体,并探究烷基自由基和烯基自由基与芳基之间的选择性环化.利用二茂铁介导的电化学氧化策略,进行了烷基/烯基自由基与芳基的选择性环化实验.结果表明,烷基自由基与芳环发生选择性邻位-(4+2)环化,烯基自由基与芳环发生选择性原位-(3+2)环化.理论研究结果表明,促进烯烃优先邻位加成的主要原因是有利的相互作用能;炔...     

Pd2(dba)3/Et3N高效催化碘代芳烃Sonogashira 羰化偶联反应研究

在甲苯溶剂中,以价廉易得的Pd2(dba)3作为催化剂,以三乙胺作为碱,在无膦体系中成功实现了碘代芳烃和端位炔烃的Sonogashira羰化偶联反应,最高收率达95%,且该催化体系具有较好的底物适应性.该研究发展了α,β-不饱和炔酮类化合物的高效合成方法.     

手性环丙烯构建策略用于对映选择性合成偕二氟亚甲基三元环化合物

作为最小的不饱和环状分子,环丙烯独特的刚性结构和多变的反应活性吸引了化学家的研究兴趣.自1922年Demjanov[1]报道了环丙烯化合物的首例合成以来,现已发展了一系列环丙烯的合成方法.手性环丙烯的合成是通过炔烃和重氮化合物的[2+1]不对称环加成反应.根据底物的不同,这些不对称环加成反应可以分为四类:(a)末端炔烃和单取代重氮化合物的反应,(b)末端炔烃和双取代重氮化合物的反应,(c)非末端炔烃和双取代重氮化合物的反应,(d)非末端炔烃和单取代重氮化合物的反应.在这四类反应中,末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称反应相对容易进行.1992年,Doyle和Müller等[2]报道了手性铑催化剂[Rh2(5R-MEPY)4]促进的末端炔烃和重氮醋酸酯之间的不对称环丙烯基化反应(Scheme 1a).随后各种手性催化剂包括[Rh2(OAc)-(DPTI)3][3]、Ir(salen)衍生物[4]和[Co(3,5-diMes-Chen-Phyrin)][5]等被先后报道用于末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称[2+1]环加成反应.     

有机磷催化γ-甲基联烯酸酯[3+2]环化反应

在有机磷催化下,γ-甲基联烯酸酯和烯基茚二酮经过[3+2]环加成反应,以中等到较好的产率、高化学选择性和非对映选择性形成一系列官能团化的螺环化合物.该反应具有操作简单、反应条件温和和底物适用性广等优点.需要指出的是,使用简单易得的PPh_3作为催化剂,就能实现完全的α-区域选择性加成的环化产物.     

金催化炔烃与1,4-二氧六环的开环加成反应研究

8-乙基喹啉氮氧化物为氧化剂,甲烷磺酸为添加酸,简单高效地实现了XphosAuCl/AgNTf2催化下末端炔烃与1,4-二氧六环的开环加成反应,以良好的收率获得了一系列带有不同取代基的甲磺酸羰基乙氧基乙酯化合物.该反应原子经济性高、反应体系温和、底物适用范围广、产率良好.     

离散型框架模板诱导的[2+2]光化学反应

利用[2+2]光化学反应合成环丁烷及其衍生物具有非常重要的意义,但实现其高效光化学转化比较困难.近年来的研究结果表明,该类反应在固相中,尤其是在晶态条件下,靠模板分子的帮助会显著提高效率.本文主要归纳和总结了离散型框架模板诱导[2+2]光化学反应的研究进展,并对其研究前景进行了展望.     

铜催化合成2-亚氨基-1,2-二氢喹啉化合物(英文)

报道了室温条件下磺酰叠氮、2-氨基苯甲醛、末端炔烃通过一价铜催化合成2-亚氨基-1,2-二氢喹啉化合物的方法.该反应条件温和,具有较好的底物普适性,当更改底物炔烃的类型时,可以选择控制不同产物的合成,包括二氢喹啉和N-磺酰脒类化合物.     

自催化点击化学:新型基于氮杂卡宾铜配合物的超分枝“click聚合物”的合成与表征（英文）

设计合成和表征了新型叠氮基官能团化的SIPr(2,6-diisopropylphenyl]imidazolin-2-ylidene)氮杂卡宾铜配合物.这种氮杂卡宾铜配合物既可作为反应底物又可作为催化剂进行自催化的叠氮炔烃3+2环加成反应(CuAAC).通过这种配合物与炔烃的简单自催化反应,在常温常压条件下合成出了一种新型的基于氮杂卡宾铜配合物的超分枝"聚合物",并通过固体核磁、红外光谱、元素分析、原子吸收光谱和X射线光电子能谱对其进行了完整的表征.     

腺苷酸激酶催化循环后期Mg2+转移的分子动力学模拟

腺苷酸激酶是一个包含三个结构域(LID结构域、NMP结构域和CORE结构域)的蛋白质分子,其主要作用是催化化学反应Mg²⁺ + ATP + AMP ⇌ 2ADP + Mg²⁺,进而将细胞内ATP分子的浓度维持在合适的范围内。在腺苷酸激酶催化上述化学反应的过程中,需要有Mg²⁺的参与。最近的实验发现Mg²⁺不仅参与上述反应的化学步骤,而且对化学反应发生后底物的释放过程至关重要。已有晶体结构数据显示,在催化循环过程的化学反应步骤完成后,一个Mg²⁺可同时和分别位于LID结构域及NMP结构域的两个ADP分子配位。然而,在底物的释放与分离过程中, Mg²⁺可能只与其中一个ADP分子结合。由于Mg²⁺与ADP分子的结合情况会在很大程度上影响作为催化循环限速步骤的底物释放过程,因此人们有必要研究清楚在底物释放前Mg²⁺与催化产物ADP分子的配位情况,即Mg²⁺更倾向于与LID结构域的ADP分子结合还是与NMP结构域的ADP分子结合。本文中,我们对催化反应后底物释放前的酶-底物复合物(包含酶、两个ADP分子以及Mg²⁺)做了分子动力学模拟研究。我们基于metadynamics方法得到了Mg²⁺在两个ADP分子间转移的自由能面,发现在底物分离与释放过程中, Mg²⁺更倾向于与LID结构域的ADP分子结合。只有当LID结构域的ADP分子被质子化,同时NMP结构域的ADP分子处于去质子化状态时, Mg²⁺才会倾向于与NMP结构域的ADP分子结合。另外,我们也刻画了Mg²⁺转移过程中配体交换与脱水过程。本工作的研究结果有助于理解腺苷酸激酶催化循环后期的分子过程。     

可见光响应Cu-Cu2+1O复合材料的水热法一步合成

采用水热合成法, 以Cu(NO3)2为原料, 乙二醇为溶剂和还原剂, 聚乙烯吡咯烷酮k30(PVP)为表面活性剂, 一步合成可见光响应Cu-Cu2+1O 金属-半导体复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)观测复合材料的相结构、表观形貌、粒子尺寸和光谱特征. 以苯酚为模型物, 氙灯照射下测试催化剂活性. 结果显示表面活性剂PVP的加入对产物晶相结构不产生影响, 但促进Cu2+1O还原, 并影响Cu和Cu2+1O两种粒子的尺寸分布和界面结合, 进而影响产物的催化性能. 活性测试结果表明, Cu-Cu2+1O金属-半导体复合材料具有可见光催化活性, 其对苯酚降解符合一级反应动力学.     

Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+Mn2+单-基质白光荧光粉的发光性质

用高温固相法合成了颜色可调的Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+Mn2+荧光粉.研究了它的发光性质和Eu2+与Mn2+之间的能量传递.Eu2+离子在Ca10(Si2O7)3Cl2晶体中形成了峰值为426 nm和523 nm的5d→4f跃迁发光,Eu2+中心向Mn2+中心传递能量,敏化Mn2+离子4T1(4G)-6A1(6S)跃迁而产生585 nm的黄光发射.黄绿蓝3个发射带叠加在单一基质中实现了白光发射.3个发射带的激发谱范围位于250-480 nm处,Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+Mn2+在紫外-近紫外波段(350～410 nm)范围内有很强的激发,是一种适合InGaN管芯激发的单一基质白光LED荧光粉.     

三价铑催化N-甲氧基苯甲酰胺与炔丙醇[4+1]环化合成异吲哚啉酮

含N杂环结构广泛存在于具有生物活性的药物或天然产物骨架中.本文开发了一个高效合成含N杂环骨架的方法,这类方法在近年来一直是研究热点.在最近几年,过渡金属催化C–H键活化并随后与不饱和键发生环化反应被认为是一种环境友好且原子经济性高的构建功能化杂环的方法.在这些金属催化的体系中,三价铑催化与炔烃的环化反应体系,被认为是一种高效且有实际意义的合成含N杂环的体系.在这类体系,特别是构建六元环的体系中,炔烃通常作为一个C2合成子被广泛应用.为了克服这一局限性,Chang课题组和本课题组分别独立报道了通过三价铑催化,炔烃与芳烃硝酮偶联合成吲哚啉化合物,其中炔烃作为一个C1合成子参与反应.另一方面,本课题组还报道了炔丙醇与吡咯烷苯甲酰胺通过C–H键活化合成1-异色满酮结构,其中由于电子效应,芳基-铑物种对于炔烃的插入是在炔烃的2位.基于上述工作,本文希望通过置换炔丙醇中芳基与烷基的位置,使芳基-铑物种对于炔烃插入的方向发生改变,进而生成联烯中间体,然后发生环化反应生成五元环内酰胺结构.异吲哚啉酮骨架结构也是一类重要的含N杂环结构,广泛存在于多种天然产物及药物分子中,其合成方法受到广泛关注.尽管此前已有三价铑催化C–H官能团化的方法来构建异吲哚啉酮骨架结构,但通常需要活性极高或易爆的化合物作为反应底物.因此,本文报道一类以简单的炔丙醇与N-甲氧基苯甲酰胺作为起始原料,通过一步[4+1]环化合成异吲哚啉酮骨架结构.本文完成了32个不同官能团取代的异吲哚啉酮骨架结构的合成,反应均可以以中等到良好的收率得到目标产物.另外还进行了放大实验,结果表明可以以克级规模制备异吲哚啉酮化合物,反应剩余的Ag2CO3以及生成的单质银可以回收(收率78%).总之,我们将N-甲氧基苯甲酰胺与炔丙醇在三价铑催化作用下通过C–H键活化的方法环化高效合成N-取代的异吲哚啉酮骨架结构,且该骨架结构含有一个手性中心.催化体系温和,官能团容忍度好.     

超临界二氧化碳中PdCl2-CuCl2体系催化末端炔烃氧化偶联反应

研究了在超临界二氧化碳中实现PdCl₂-CuCl₂体系催化末端炔烃的氧化偶联反应, 研究结果表明: 催化剂、超临界二氧化碳及其共溶剂对反应结果有着重要的影响, 炔烃的取代基会影响末端炔烃在氧化偶联反应中的反应活性.     

三价铑催化N-甲氧基苯甲酰胺与炔丙醇[4+1]环化合成异吲哚啉酮（英文）

含N杂环结构广泛存在于具有生物活性的药物或天然产物骨架中.本文开发了一个高效合成含N杂环骨架的方法,这类方法在近年来一直是研究热点.在最近几年,过渡金属催化C-H键活化并随后与不饱和键发生环化反应被认为是一种环境友好且原子经济性高的构建功能化杂环的方法.在这些金属催化的体系中,三价铑催化与炔烃的环化反应体系,被认为是一种高效且有实际意义的合成含N杂环的体系.在这类体系,特别是构建六元环的体系中,炔烃通常作为一个C2合成子被广泛应用.为了克服这一局限性,Chang课题组和本课题组分别独立报道了通过三价铑催化,炔烃与芳烃硝酮偶联合成吲哚啉化合物,其中炔烃作为一个C1合成子参与反应.另一方面,本课题组还报道了炔丙醇与吡咯烷苯甲酰胺通过C-H键活化合成1-异色满酮结构,其中由于电子效应,芳基-铑物种对于炔烃的插入是在炔烃的2位.基于上述工作,本文希望通过置换炔丙醇中芳基与烷基的位置,使芳基-铑物种对于炔烃插入的方向发生改变,进而生成联烯中间体,然后发生环化反应生成五元环内酰胺结构.异吲哚啉酮骨架结构也是一类重要的含N杂环结构,广泛存在于多种天然产物及药物分子中,其合成方法受到广泛关注.尽管此前已有三价铑催化C-H官能团化的方法来构建异吲哚啉酮骨架结构,但通常需要活性极高或易爆的化合物作为反应底物.因此,本文报道一类以简单的炔丙醇与N-甲氧基苯甲酰胺作为起始原料,通过一步[4+1]环化合成异吲哚啉酮骨架结构.本文完成了32个不同官能团取代的异吲哚啉酮骨架结构的合成,反应均可以以中等到良好的收率得到目标产物.另外还进行了放大实验,结果表明可以以克级规模制备异吲哚啉酮化合物,反应剩余的Ag2CO3以及生成的单质银可以回收(收率78%).总之,我们将N-甲氧基苯甲酰胺与炔丙醇在三价铑催化作用下通过C-H键活化的方法环化高效合成N-取代的异吲哚啉酮骨架结构,且该骨架结构含有一个手性中心.催化体系温和,官能团容忍度好.     

铱催化(5+2)环加成一步合成七元环的计算预测

2013年,许秀芳、Houk和唐卫平课题组合作报道了Rh(PPh_3)_3Cl催化3-酰氧基-1,4-烯炔(ACE)和炔烃的(5+2)环加成形成环庚三烯的反应机理,他们的研究表明该机理包括1,2-羧基迁移、炔烃插入、还原消除等一系列步骤,其中1,2-羧基迁移是决定反应速率的步骤.本文利用密度泛函理论(DFT)计算预测了将价格相对便宜的Ir(PPh_3)_3Cl催化剂应用于ACE和炔烃分子间(5+2)环加成反应制备七元碳环的可行性.计算结果表明,利用Ir(PPh_3)_3Cl催化剂合成七元碳环是一种方便、高效、实用的方法,且改变催化剂并不改变反应的机理和区域选择性,而是改变了反应的决速步.