酞菁锌高效催化以二氧化碳、含氢硅烷和有机胺为原料合成甲酰胺类衍生物

目前为了有效地利用好CO2,主要策略有以下几种:(1)"水平途径"——无价态及能量变化,譬如生成尿素、环状碳酸酯、聚碳酸酯及噁唑烷酮类衍生物等;(2)"垂直途径"——有价态及能量变化,譬如直接加氢转化成碳一产品(甲酸、甲醛、甲醇、甲烷)等;(3)"对角线途径"——有价态及能量变化,即结合石油化工原料将CO2还原生成醇、醚、羧酸、亚胺、酰胺、酯等系列高附加值的精细有机化工产品.其中以二氧化碳和含氢硅烷为原料,通过有机胺的N-甲酰化反应合成甲酰胺类衍生物符合绿色化学和可持续发展的要求.基于仿生催化CO2分子活化的基本理论,我们借鉴强极性的有机溶剂可有效活化硅氢键的性质,创新性地将廉价易得的酞菁锌(ZnPc)作为类酶催化剂,并以化学计量的N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)为添加剂,构成组分新颖并高效绿色的类酶协同催化体系,实现了在温和反应条件下高效高选择性地合成甲酰胺类衍生物.研究发现:以苯硅烷作为还原剂,当加入0.5 mol%ZnPc和2 mmol DMF,在25℃和0.5 MPa下仅需反应6 h,可得到收率为99%的N-甲基甲酰苯胺.更值得注意的是,当以更易得的聚甲基氢硅烷(PMHS)为还原剂时,加入5 mol%ZnPc和1 mL DMF,在80℃和1 MPa下反应8 h,N-甲基甲酰苯胺的收率也高达99%.实验结果表明:添加剂DMF可以通过溶剂化和强极性作用高效活化含氢硅烷中的Si?H键,然后具有亲电性的金属活性中心能够稳定氢负离子生成高活性锌氢中间体.即ZnPc/DMF之间的协同催化作用能够促进氢化物从含氢硅烷转移到CO2分子,进而有利于CO2分子的高效活化.综上所述,利用类酶催化剂反应专一性的特点,通过有机胺的N-甲酰化反应,实现了以CO2和含氢硅烷为原料在温和条件下甲酰胺类衍生物的绿色高效合成.这对于设计和开发更加高效的催化体系具有一定的指导作用和借鉴意义.     

离子液体促进Ru/C催化有机胺与CO_2/H_2氮甲酰化反应研究

以CO_2为甲酰化试剂和H_2为还原剂进行有机胺N-甲酰化反应是合成甲酰胺的一条绿色反应路径,具有重要意义.本工作针对有机胺与CO_2/H_2的N-甲酰化反应,构建了以1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([Bmim][OAc])离子液体为溶剂、Ru/C为催化剂的非均相催化体系,在相对温和条件下(100℃、8 MPa)实现了有机伯胺、仲胺和芳香胺的N-甲酰化反应,获得了一系列甲酰胺.研究表明,[Bmim][OAc]通过与氨基形成氢键活化有机胺,并可通过调控Ru纳米粒子的电子状态,增强Ru纳米粒子对H_2的活化能力,进而实现催化N-甲酰化反应.     

CO_2催化还原转化为高附加值化学品

CO_2是一种对大气环境有重要影响的温室气体,同时又是一种廉价的碳源.合成氨工业中用NH_3和CO_2反应生成尿素和碳酸氢铵是CO_2大规模利用的典范.近年来研究表明,在高效催化剂的作用下,CO_2可以作为原料参与精细化学品的合成,如CO_2与H_2(或有机硅)和胺反应可以生成N-甲酰胺和N,N-二甲基胺类化合物.同时,CO_2还可以作为原料参与大宗基础化学品的合成,如CO_2用H_2(或有机硅烷)还原可以生成甲(乙)酸,CO_2和H_2在不同反应条件下可以生成低碳烯烃或甲醇等高附加值的化学品,这为CO_2的转化和利用开辟了新途径.本文对近年来CO_2与H_2(或有机硅烷)和胺反应生成N-甲酰胺和N,N-二甲基胺类化合物、H_2(或有机硅烷)还原CO_2生成甲酸、CO_2和H_2生成低碳烯烃和甲醇的一些高效催化剂体系、催化反应工艺条件、催化反应机理等方面的研究进展进行了归纳、评述和展望,以期对开发CO_2催化转化为高附加值化学品的新工艺提供参考.     

季膦盐型双功能金属Salen配合物催化二氧化碳转化为高附加值化学品

随着全球“温室效应”和能源危机的加剧,近几年二氧化碳作为一种丰富、无毒、廉价的碳一原料广受关注.目前,在温和条件下实现二氧化碳的化学转化仍然是一个十分具有挑战性的课题,其关键的科学问题是二氧化碳分子的有效活化.本文发现,在不添加任何助催化剂的条件下,季膦盐型双功能金属Salen配合物不仅能够以有机胺、含氢硅烷和二氧化碳为原料,在温和条件下通过N-甲酰化反应实现系列甲酰胺类衍生物的高效合成,而且能够催化二氧化碳和环氧化合物的环加成反应,从而实现环状碳酸酯的宏量制备.催化实验及动力学研究结果表明,该双功能催化剂通过金属活性中心和卤素阴离子之间的分子内协同催化作用,既可利用高活性锌氢键调控含氢硅烷中的硅氢键,又能通过高活性铝氧键激活环氧化物的三元环,进而导致二氧化碳的方便插入及高效活化.譬如:当使用1.0 mol％锌催化剂时,仅加入1倍当量的苯硅烷,在25℃C和0.5 MPa的条件下,反应6h后N-甲酰苯胺收率高达99％;而当使用0.5 mol％铝催化剂时,在100℃C和2.0 MPa的条件下反应2h,环加成反应转化率接近100％,环状碳酸酯选择性可达99％.另外,上述两个反应都表现出优异的底物扩展性,具有良好的官能团相容性.在此基础上通过构建反应动力学模型,采用在线红外跟踪技术,阐明了协同活化机制在二氧化碳催化转化过程中的作用原理及共性/个性规律,丰富并发展了二氧化碳活化的基本理论.最后,单组分催化剂可通过溶剂调变的方式很容易实现回收及再利用,表现出“均相催化,两相分离”的特点.循环使用五次后催化活性和选择性未见明显下降.     

季膦盐型双功能金属Salen配合物催化二氧化碳转化为高附加值化学品（英文）

随着全球"温室效应"和能源危机的加剧,近几年二氧化碳作为一种丰富、无毒、廉价的碳一原料广受关注.目前,在温和条件下实现二氧化碳的化学转化仍然是一个十分具有挑战性的课题,其关键的科学问题是二氧化碳分子的有效活化.本文发现,在不添加任何助催化剂的条件下,季膦盐型双功能金属Salen配合物不仅能够以有机胺、含氢硅烷和二氧化碳为原料,在温和条件下通过甲酰化反应实现系列甲酰胺类衍生物的高效合成,而且能够催化二氧化碳和环氧化合物的环加成反应,从而实现环状碳酸酯的宏量制备.催化实验及动力学研究结果表明,该双功能催化剂通过金属活性中心和卤素阴离子之间的分子内协同催化作用,既可利用高活性锌氢键调控含氢硅烷中的硅氢键,又能通过高活性铝氧键激活环氧化物的三元环,进而导致二氧化碳的方便插入及高效活化.譬如:当使用1.0 mol%锌催化剂时,仅加入1倍当量的苯硅烷,在25℃和0.5 MPa的条件下,反应6 h后N-甲酰苯胺收率高达99%;而当使用0.5 mol%铝催化剂时,在100℃和2.0 MPa的条件下反应2 h,环加成反应转化率接近100%,环状碳酸酯选择性可达99%.另外,上述两个反应都表现出优异的底物扩展性,具有良好的官能团相容性.在此基础上通过构建反应动力学模型,采用在线红外跟踪技术,阐明了协同活化机制在二氧化碳催化转化过程中的作用原理及共性/个性规律,丰富并发展了二氧化碳活化的基本理论.最后,单组分催化剂可通过溶剂调变的方式很容易实现回收及再利用,表现出"均相催化,两相分离"的特点.循环使用五次后催化活性和选择性未见明显下降.     

仲胺转化为甲酰胺的接力催化（英文）

甲酰胺是重要的化工原料,广泛应用于农药和医药生产中,其合成方法备受关注.目前,主要通过胺与不同甲酰化试剂(甲酸、甲酸盐、甲酰胺和CO₂等)的N-甲酰化反应合成甲酰胺.但由于转酰化反应生成的副产物不可避免,原子经济性100%的直接甲酰化成为更理想的合成路径.典型的甲酰胺代表是N,N-二甲基甲酰胺(DMF),工业上通过CH₃OH-NaOCH₃催化剂催化二甲胺和CO直接甲酰化生成DMF.近年研究者发展了多种直接甲酰化的催化体系,例如N-杂环卡宾、KOH、K₂CO₃和Co@N掺杂碳催化剂和PdCo双金属催化剂等.本课题组也报道了Ru修饰的氧化铈(Ru/CeO₂)和羟基磷灰石(Ru-HAP)催化的胺直接甲酰化(Green Chem.,2017,19,88-92和ChemCatChem,2021,13,41594163).然而,相较于伯胺,仲胺的直接甲酰化合成甲酰胺更加困难.因此,开发一种新的仲胺转化策略进而合成高附加值的甲酰胺非常必要.本文发展了一种基于羟基磷灰石负...     

溶剂分子对甲酰胺及其衍生物分子内氢转移催化作用的研究

在B3LYP/6-311+ +G* * 水平下,通过计算所形成二元团簇的能量来研究水、氨、甲醇、氟化氢等溶剂分子对甲酰胺及其衍生物分子内氢原子转移的催化作用.简单描绘了在有水、氨、甲醇和氟化氢等溶剂分子存在时,甲酰胺及其衍生物分子内氢原子转移的过程.结果表明,当有水、氨、甲醇、氟化氢等溶剂分子存在时,从甲酰胺甲酰胺酸转变的能垒会降低.而且不同的溶剂分子对甲酰胺(FA)、 N-甲基甲酰胺(MF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的催化能力各不相同.在这四种溶剂分子中,氟化氢的催化作用最强.     

新型2-甲基吲哚衍生物的合成

2-甲基吲哚在草酰氯的存在下与DMF或DMA通过Vilsmeier-Haack反应制得2-甲基-3-甲酰基吲哚(1)或2-甲基-3-乙酰基吲哚(2);1或2与烷基化试剂通过N-烷基化反应合成了一系列新型的2-甲基吲哚类衍生物,其结构经1HNMR,13C NMR,IR和MS表征。     

铑催化的吲哚与亚砜型叶立德的[4+2]环化反应构建二氢嘧啶并吲哚酮衍生物（英文）

报道了Rh(Ⅲ)催化的N-甲氧基-1H-吲哚-1-甲酰胺与亚砜型叶立德的选择性C(2)—H活化/环化反应.该方法为二氢嘧啶并吲哚酮衍生物的制备提供了一种新方法,产率中等至优良,具有反应条件简单温和,催化剂用量低,底物适应性广等特点.     

钯催化N,N-二甲基甲酰胺与胺高效合成甲酰胺

报道了一种醋酸钯催化N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与各类胺高效合成甲酰胺化合物的方法.该反应体系简单,具有催化效率高,不需要其它溶剂及共催化剂,底物普适范围广的优点,为合成甲酰胺化合物提供了一种快速,实用的方法.     

新型2-(吡咯烷-3-基)-噁唑衍生物的合成

根据亚结构链接法,以氯甲基三甲基硅烷和苄胺为原料,依次经酯化、缩合、环合、水解、成盐等12步反应制得5个新型的(4-甲基氨基甲酰基-2-吡咯烷-5-甲基噁唑) 胺基甲酸叔丁酯衍生物(15a~15e); 15a与醛(酮)或乙酰氯反应,合成了4个新型的5-胺基甲基-2-(1-甲基-吡咯烷)-噁唑-N-甲基甲酰胺盐酸盐衍生物,其结构经¹H NMR和ESI-MS表征。     

1,6-二氢-S-四嗪与异氰酸酯催化重排反应的研究

3,6-二甲基-1,6-二氢-S-四嗪与异氰酸酯反应,在N′,N-二甲基苯胺催化下生成N-苯基-3,6-二甲基-1,6-二氢-S四嗪-1-甲酰胺,在4-二甲胺基吡啶(DMAP)催化则生成一类新化合物.与14种不同的取代苯基异氰酸酯反应,生成14种新化合物,产率中等.化合物3i经X射线单晶衍射分析表明其结构为N,N′-双(邻甲苯基)-3,6-二甲基-1,4-二氢-S-四嗪-1,4-二甲酰胺,这表明发生了重排.据¹H NMR测定结果,对反应机理作了初步讨论.14种化合物体外抗癌活性检测表明部分化合物有强的生物活性.     

微波辐射铜催化2-氨基苯并噻唑衍生物的合成研究

开展了吡啶中2-卤代芳胺及其衍生物、硫粉与N,N-二甲基硫代氨基甲酰氯衍生物反应生成2-氨基苯并噻唑衍生物的微波辅助合成研究。一系列的2-氨基苯并噻唑衍生物被高效地合成出来,最高产率达到85%。     

N-苯基丙烯酰胺与草氨酸衍生物的脱羧氨甲酰化反应研究

报道了一种银催化的N-苯基丙烯酰胺与N-取代草氨酸类衍生物的脱羧氨甲酰化反应,通过分子间的氨甲酰自由基加成/环化过程,能够以良好的产率制备一系列3,3-二取代的氨甲酰官能化的吲哚酮类化合物.该反应具有广泛的官能团兼容性和良好的底物适用范围.     

叶绿素-a降解产物的酰基化反应及其二氢卟吩衍生物的合成

以脱镁叶绿酸-a甲酯(MPa)为起始原料,经化学结构修饰和中心氮原子金属化后,与三氯氧磷/3-N,N-二甲基氨基丙烯醛(3-DMA)或者N,N-二甲基甲酰胺进行Vilsmerier反应,在二氢卟吩周环上区域选择性地引进甲酰基或者甲酰乙烯基;用硝酸铊对MPa衍生物实施氧化,将3-位乙烯基顺利地转化为甲酰甲基;利用3-位乙烯基和E-环酮基的化学反应活性,在大环上引进羟烷氧基或者羟烷氨基结构,然后选用高钌酸四丙基铵(TPAP)和N-甲基吗啉-N-氧化物混合氧化剂,分别将其羟基氧化成甲酰基.新合成的连有酰基结构的二氢卟吩衍生物的化学结构均经UV,IR,1H NMR及元素分析得以证实.     

由α-氰基肉桂酸乙酯/N-溴代苯甲酰胺合成2-噁唑啉衍生物

作为重要的杂环化合物,合成新的2-噁唑啉衍生物以及发展其新的合成方法具有重要意义,为此以α-氰基肉桂酸乙酯衍生物为底物,以N-溴苯甲酰胺为反应试剂,在无水碳酸钠(相对于底物3为110%摩尔分数)促进下,在丙酮溶剂中,室温下,建立了合成相应2-噁唑啉衍生物的新方法,共合成了11个新化合物,其结构由核磁共振波谱仪(~1H NMR,~(13)C NMR)和高分辨质谱(HRMS)确认。结果显示,各种α-氰基肉桂酸乙酯衍生物(3a~3k)可被顺利的转化成相应的2-噁唑啉衍生物(5a~5k)。在室温下,丙酮作溶剂,以Na_2CO_3为促进剂时,相应产物的最高收率可达90%。不仅α-氰基肉桂酸乙酯衍生物(3)可被用作该反应的底物,而且α-乙氧甲酰基肉桂酸乙酯(6)也适用于该反应。实验结果还证明,除了N-溴代苯甲酰胺外,N-溴代对硝基苯甲酰胺(8)及N-溴代乙酰胺(9)也适用该反应,证明该方法具有广泛的适应性。根据实验结果,提出了可能的反应机理,该机理支持了形成2-噁唑啉衍生物的区域选择性。     

Au(I)配合物/锌盐催化体系中“一步法”合成2,4-二取代噻唑的研究

选用了10种典型的P,N-双齿配体并合成相应的Au(I)配合物;以8-甲基喹啉-氮氧化物为氧化剂,Au(I)配合物/金属盐为催化剂,在氧化端炔与硫代酰胺反应制备2,4-二取代噻唑的反应中,考察了不同的金属盐对催化剂性能的影响,优化了反应参数;结果表明,5 mol%Mor-Dal Phos Au Cl/10 mol%Zn(NTf2)2催化体系在该反应中显示出了较高的催化活性,且"一步法"高效地合成了10种2,4-二取代噻唑化合物,为噻唑及其衍生物的制备探索出了一条简便直接的合成路线.     

通过FGF401的构效关系研究发现一种新颖的FGFR4选择性抑制剂（英文）

设计并合成了一系列FGF401类似物以研究其FGFR4抑制、抗肿瘤活性及其构效关系.研究发现了N-(5-氰基-4-((2-甲氧基乙基氨基)吡啶-2-基)-7-甲酰基-6-((N-甲基四氢吡喃-4-甲酰胺)甲基-1,2,3,4-四氢-1,8-萘啶-1-甲酰胺(8ac)不仅在酶和细胞学水平上对FGFR4具有强效的的抑制活性,并表现出了出色的选择性.其活性及选择性优于阳性对照FGF401,并且在HCC (hepatocellular carcinoma)动物移植瘤模型中显著抑制肿瘤生长,还引起了肿瘤萎缩.     

通过FGF401的构效关系研究发现一种新颖的FGFR4选择性抑制剂

设计并合成了一系列FGF401类似物以研究其FGFR4抑制、抗肿瘤活性及其构效关系.研究发现了N-(5-氰基-4-(2-甲氧基乙基氨基)吡啶-2-基)-7-甲酰基-6-(N-甲基四氢吡喃-4-甲酰胺)甲基-1,2,3,4-四氢-1,8-萘啶-1-甲酰胺(8ac)不仅在酶和细胞学水平上对FGFR4具有强效的的抑制活性,并表现出了出色的选择性.其活性及选择性优于阳性对照FGF401,并且在HCC (hepatocellular carcinoma)动物移植瘤模型中显著抑制肿瘤生长,还引起了肿瘤萎缩.     

α-糜蛋白酶催化合成β-脲基巴豆酸酯

β-脲基巴豆酸酯是合成6-甲基嘧啶二酮衍生物及3,4-二氢嘧啶二酮衍生物的重要中间体,在生物制药中有着广泛的应用.由于酶具有绿色、安全、高效的催化特性,采用α-糜蛋白酶为生物催化剂,以N,N-二甲基甲酰胺为反应介质,37℃条件下,通过1,3-二羰基化合物和脲的缩合反应,合成了一系列β-脲基巴豆酸酯类化合物.