季铵盐C—N键断裂构建C—X键的研究进展

胺类种类繁多, 原料易得. 胺类的C—N键键能较大, 一般需要通过活化再进行断裂. 近些年发展了多种氨基的活化方法, 其中把胺类转化为季铵盐的活化方法, 制备容易、存放稳定, 具有一定优势. 最近十年左右, 芳香胺和苄胺衍生的季铵盐通过C—N键断裂、构建各种C—X键的研究取得了巨大的研究进展. 本综述主要论述了最近几年需要和不需要过渡金属催化的季铵盐通过C—N键断裂构建C—X键的反应. 通过C—N键断裂, 季铵盐可以构建C—B键、C—C键、C—N键、C—O键、C—Si键、C—P键、C—S键、C—Se键等, 合成硼酸酯、芳烃、烷烃、醚类、胺类、硅烷、膦、硫醚、二硫化物、硒醚、二硒化物等化合物. 而且, 如果是采用手性苄胺衍生的季铵盐, 还可以得到多种高对映体纯的手性有机化合物; 季铵盐的手性在产物中保持良好, 并且, 对所有反应都发生S_N2型的构型翻转.     

镍催化氮杂环丁酮和丁二烯环加成反应机制的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对镍催化1-Boc-3-氮杂环丁酮和2,3-二甲基-1,3-丁二烯的环加成反应进行了理论研究. 计算结果表明, 该反应采用氧化加成机制而非实验推测的β-碳消除机制. 氧化加成机制主要由3个基元反应步骤组成, 分别为氮杂环丁酮底物中C—C(=O)键的氧化加成、 二烯顺式插入Ni—C(=O)键、 以及还原消除生成八元氮杂环产物, 其中烯烃插入是整个反应的决速步骤, 反应能垒为86.74 kJ/mol. 通过探讨烯烃分别插入到Ni—C(=O) 键和Ni—C(sp³) 键的2种反应途径分析了烯烃插入步骤的区域选择性, 得到了与实验数据基本一致的结果.     

条件下C—O—P键的形成

利用水热反应模拟原始地球的水热环境, 以甘油和磷酸二氢铵为原料, 采用非生物手段合成了sn-甘油-1(3)-磷酸和甘油-2-磷酸2种磷酸酯类物质. 通过此反应, 无机磷进入生物分子形成了在生物体中起重要作用C—O—P键. 研究了反应温度、 反应时间及矿物催化剂对反应的影响. 在蒙脱土的催化下, C—O—P键的产率最大可达到1.15%(摩尔分数).     

过渡金属催化的1,2,3-三氮唑导向的C—H键官能团化反应研究进展

1,2,3-三氮唑化合物是一类具有重要生理活性的含氮杂环化合物, 其在医药、农药、材料科学等领域都具有广泛的应用. 不断开发基于三氮唑骨架的新型结构, 寻找新型高效的合成三氮唑衍生物的方法具有重要的意义和应用价值. 过渡金属催化的C—H键活化策略具有操作简便、效率高、三废少等优点, 是现代有机合成中高效构筑C—C键和C—X键的强大工具. 近年来, 过渡金属催化的三氮唑导向的C—H官能团化反应受到科学工作者的广泛关注, 该方法以不同结构的1,2,3-三氮唑作为导向基团, 在不同反应条件下通过直接活化C—H键来构建新的C—C键和C—X键, 高效合成复杂的三氮唑衍生物. 综述了近年来1,2,3-三氮唑导向下过渡金属催化的C—H键官能团化反应研究进展, 按照成键类型(碳-碳键、碳-杂键以及环化反应)对这些反应进行了梳理和总结, 并对今后该领域的发展进行了展望.     

中性团簇(CeO2)m(m=1~3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了CH₄在电中性(CeO₂)_m(m=1~3)团簇上的活化情况, 并对其机理进行了探讨. 计算结果表明, 甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式, 电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道, 使甲烷C—H键削弱而得以活化, 反应的过渡态为四中心结构. 团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位, 而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位. 团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关. 溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒, 而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小.     

MnCl2/DMSO溶液的拉曼光谱和理论计算

利用拉曼光谱研究了不同温度和浓度MnCl₂/DMSO溶液体系离子的溶剂化作用, 结果表明, 在0~0.8 mol/L浓度范围内, 随着浓度增加, Mn²⁺与DMSO的相互作用逐渐增强, S=O伸缩振动峰向低波数移动, S=O双键减弱; C—S伸缩振动峰向高波数移动, C—S键增强. 温度升高, S=O双键和C—S键伸缩振动峰均向相反的方向移动, 溶剂化作用减弱. 56 ℃以上, 单体DMSO迅速增加, 与Mn²⁺溶剂化作用的DMSO迅速减少, 二聚体DMSO减少缓慢, 温度对溶剂化作用的影响大于溶剂自身的缔合. 利用密度泛函理论对可能存在的溶剂化构型[Mn(DMSO)_n]²⁺进行了优化、 热力学性质及理论拉曼光谱计算, 从理论上证实了Mn²⁺与DMSO存在相互作用, 导致DMSO的S=O键拉伸和C—S键收缩, 与实验光谱结果一致.     

室温下碘催化直接构建硫化吡唑啉酮

含硫化合物在有机合成、药物化学以及材料化学等领域具有重要的作用.到目前为止,科学家已经在C-S键的构建领域进行了很多工作.在构建C-S键的众多方法中,金属催化的C-S键合成反应是一类很重要的反应,但是此方法存在着催化剂对空气敏感、环境不友好等问题.因此,发展无金属催化的C-S键构建反应受到了人们越来越多的重视.基于我们在碘催化相关反应方面的研究,本文报道了一种碘催化的硫化吡唑啉酮类化合物的合成方法.我们选用3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮与二苯二硫醚为底物进行条件筛选实验,发现I2(10%)为催化剂,二氧六环为溶剂,H2O2为氧化剂为最优化的实验条件,目标产物硫化吡唑啉酮最高产率为88%.在最优化的反应条件下,我们尝试了带有不同官能团(NO2,Cl,OH等)的吡唑啉酮与二硫醚的反应,均能以较高产率得到目标产物.当含有杂环的二硫醚(2,2'-二硫二吡啶)作为反应底物时,也能以中等以上的产率得到相应的目标产物.另外还进行了对比试验,例如在反应体系中加入自由基捕获剂TEMPO,反应产率会大大降低,说明反应中应该有自由基中间体生成;如果反应体系中不加碘,则反应产率为零;如果反应体系中不加H2O2,则反应产率由88%降低至48%,说明碘和H2O2在反应中都起到了重要作用.通过以上对比试验,提出了可能的反应机理:首先,二硫醚发生均裂反应生成苯硫基自由基,然后苯硫基自由基与碘反应生成亲电的PhSI活性中间体,PhSI与异构化的吡唑啉酮发生亲电取代反应,生成目标产物硫化吡唑啉酮和HI,HI可以被H2O2氧化生成I2继续参与下一轮催化反应.以3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮与二苯二硫醚为底物,我们对此反应进行了放大试验,结果显示反应产率几乎没有降低,这为此反应的大规模应用奠定了基础.在此,我们发展了一种简单高效的合成硫化吡唑啉酮的反应,此方法无需金属催化剂,利用常见的碘为催化剂就可以以较高的产率得到目标产物.为合成含硫化合物提供了一种新的方法.     

室温下碘催化直接构建硫化吡唑啉酮（英文）

含硫化合物在有机合成、药物化学以及材料化学等领域具有重要的作用.到目前为止,科学家已经在C-S键的构建领域进行了很多工作.在构建C-S键的众多方法中,金属催化的C-S键合成反应是一类很重要的反应,但是此方法存在着催化剂对空气敏感、环境不友好等问题.因此,发展无金属催化的C-S键构建反应受到了人们越来越多的重视.基于我们在碘催化相关反应方面的研究,本文报道了一种碘催化的硫化吡唑啉酮类化合物的合成方法.我们选用3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮与二苯二硫醚为底物进行条件筛选实验,发现I_2(10%)为催化剂,二氧六环为溶剂,H_2O_2为氧化剂为最优化的实验条件,目标产物硫化吡唑啉酮最高产率为88%.在最优化的反应条件下,我们尝试了带有不同官能团(NO_2,Cl,OH等)的吡唑啉酮与二硫醚的反应,均能以较高产率得到目标产物.当含有杂环的二硫醚(2,2'-二硫二吡啶)作为反应底物时,也能以中等以上的产率得到相应的目标产物.另外还进行了对比试验,例如在反应体系中加入自由基捕获剂TEMPO,反应产率会大大降低,说明反应中应该有自由基中间体生成;如果反应体系中不加碘,则反应产率为零;如果反应体系中不加H_2O_2,则反应产率由88%降低至48%,说明碘和H_2O_2在反应中都起到了重要作用.通过以上对比试验,提出了可能的反应机理:首先,二硫醚发生均裂反应生成苯硫基自由基,然后苯硫基自由基与碘反应生成亲电的PhSI活性中间体,PhSI与异构化的吡唑啉酮发生亲电取代反应,生成目标产物硫化吡唑啉酮和HI,HI可以被H_2O_2氧化生成I_2继续参与下一轮催化反应.以3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮与二苯二硫醚为底物,我们对此反应进行了放大试验,结果显示反应产率几乎没有降低,这为此反应的大规模应用奠定了基础.在此,我们发展了一种简单高效的合成硫化吡唑啉酮的反应,此方法无需金属催化剂,利用常见的碘为催化剂就可以以较高的产率得到目标产物.为合成含硫化合物提供了一种新的方法     

铜催化C—H活化/C—S偶联反应合成环烷基芳基硫醚

为设计一种利用廉价催化剂以达成C—H活化构建C—S的方法,本文研究了铜催化C—H活化/C—S偶联反应合成系列环烷基芳基硫醚化合物。以芳基磺酰肼与环烷烃为原料,溴化亚铜为催化剂,二叔丁基过氧化物(DTBP)为氧化剂,120℃反应24 h,经氧化脱氮C—H活化/C—S偶联串联反应过程,合成了系列环烷基芳基硫醚化合物。该反应适合环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷和环十二烷等环烷烃和不同取代基团(甲氧基、硝基、氯和甲基)的芳基酰肼,合成得到了18个芳基硫醚类化合物,产率为41%～72%。其结构经¹H NMR、¹³C NMR和HR-MS进行了表征。     

C—H氰烷基化:导向基控制的萘酰亚胺C—H氰烷基化

氰基广泛存在药物活性分子中,且氰基可以很容易转化成酰胺、酯基、醛基以及伯胺等官能团,因此有机分子的氰烷基/甲基化反应得到有机和药学研究者的广泛关注。尽管已有合成策略可以选择性引入氰基,近年来最有效的方法是通过C—H键激活直接与乙腈或取代乙腈发生氰甲基/氰烷基化反应,因其具有高效的原子经济性以及可规避预官能团化等优点。因此,本文详细评述了自由基促进的氰甲基化、光化学催化直接氰甲基化、芳环或杂环脱氢偶联氰甲基化、导向基促进的氰甲基化、本课题组发展的荧光团(Fluorophore C—H)直接氰甲基化反应的研究进展。     

Tetrabutylammonium phosphomolybdate on fluorapatite: an efficient solid catalyst for solvent-free selective oxidation of sulfides

A new synthetic method of sulfoxides and sulfones using solvent-free oxidations of sulfides with urea–hydrogen peroxide complex (urea–H₂O₂) and tetrabutylammonium phosphomolybdate catalyst on fluorapatite ((Bu₄N)₃[PMo₁₂O₄₀]/FAp). In the solid-phase system the oxidations of aromatic and alkyl sulfides proceeded at 4–25 °C and the corresponding sulfoxides or sulfones were selectively obtained in good yields by controlling the amount of urea–H₂O₂.     

铜配合物修饰的Dawson型钨磷酸盐的合成、晶体结构和催化性能

在水热条件下,Cu(Ⅱ)-H₂biim配合物与Dawson型钨磷酸盐构筑了1个无机-有机杂化化合物[Cu(H₂biim)₂(H₂O)][{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]·11H₂O(1)(H₂biim=2,2'-联咪唑)。 通过单晶X射线衍射、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)、元素分析、电化学分析等技术手段对其进行了表征。 结构分析表明,在化合物1分子中,[P₂W₁₈O₆₂]^6-单元作为双齿配体与2个Cu²⁺离子配位形成双支撑的杂多阴离子[{Cu(H₂biim)₂}₂(P₂W₁₈O₆₂)]^2-,在其外部有1个游离的[Cu(H₂biim)₂(H₂O)]²⁺ 和11个H₂O分子。 H₂biim分子与杂多阴离子/H₂O分子间存在氢键,通过氢键、静电和π-π堆积作用,进一步构成具有3D结构的晶体材料。 该晶体化合物对H₂O₂和NaNO₂的还原具有良好的电催化作用;同时,作为酸催化剂用于合成环己酮乙二醇缩酮反应,催化活性高,可重复使用。     

Fe（NO3）3-9H2O/Fe（HSO4）3： An efficient reagent system for the oxidation of alcohols,thiols and sulfides in the absence of solvent

Fe（NO3）3-9H2O/Fe（HSO4）3 was used as an efficient reagent system for the oxidation of alcohols to their corresponding carbonyl compounds. All reactions were performed in the absence of solvent in good to high yields. Under the same reaction conditions, thiols and sulfides were also converted to their corresponding disulfides and sulfoxides, respectively. 2007 Farhad Shirini. Published by Elsevier B.V. on behalf of Chinese Chemical Society. All rights reserved.     

Lanthanide and Transition Metal Coordination Polymers via Hydrothermal Reaction

Studies on the syntheses, structures and properties of lanthanide-transition metal complexes are of current great interest, because they can provide good models for investigation of the nature of magnetic exchange interaction between 3d and 41metal ions in the magnetic materials containing rare earth metals. Many of such studies were focused on discrete complexes which were synthesized from the conventional self-assembly reactions in solution. Although several infinite lanthanide-transition metal complexes containing organic ligands have been obtained by conventional solution synthetic method, the polymeric complexes have been poorly explored. Recently we try to use organic ligands for designing magnetic complexes comprising lanthanide and transition metal ions, especially Gd-Cu, Gd-Zn and Gd-Ag couple,with infinite structures, and hope to provide useful messages for the modeling of the magnetic exchange in magnetic materials. Herein reported are a series of lanthanide and transition metal polymeric complexes[{Gd₂M₃(pydc)₆(H₂O)₁₂}·4H₂O]_n and[{Gd₄M₂(pydc)₈(H₂O)₁₂}·4H₂O]_n (M=Cu, Ag,Zn) with 1D chain and 3D wave-like structure, which were prepared from the hydrothermal reactions of Gd₂O₃, pyridine-2,5-dicarboxylic acid (H₂pydc) and Zn(OAc)₂ or MO, respectively.     

Design and synthesis of hybrid solids based on the tetravanadate core toward improved catalytic properties

Five inorganic–organic hybrid vanadates based on tetravanadate cores, transition metals and N-donor ligands have been designed and synthesized under hydrothermal conditions, namely, [Zn(eIM)_3]_2V_4O_(12)(1), [Zn(pIM)_3]_2V_4O_(12)H_2O(2), [Zn(ipIM)_3]_2V_4O_(12)(3), [Co(e IM)_3]_2V_4O_(12)H_2O(4), [Cu(eIM)_2(H+2O)]_2V_4O_(12)(_5)(eIM = 1-ethylimidazole, p IM = 1-propylimidazole, ip IM = isopropylimidazole). All compounds were fully characterized by single-crystal XRD, powder XRD, elemental analysis, TGA, and FT-IR spectroscopy.The hybrid zinc vanadates(1–3) and cobalt vanadate(4) exhibit interesting 2D folded structures and the hybrid copper vanadate(5) presents a 1D chain configuration. All compounds can catalyze olefin epoxidation reactions when using TBHP(TBHP = tert-butyl hydroperoxide) as an oxidant in acetonitrile.The introduction of transition metal ions into tetravanadate cores not only improved the catalytic activity but also fulfilled the heterogeneous catalytic behavior. 1–5 all exhibit extraordinary efficiency in converting olefins to the corresponding epoxides with high conversion and selectivity(particularly,conv. up to 97.1%, sele. up to 100% for 1). Leaching test was also carried out to prove the heterogeneous behavior.     

Selective oxidation of alkenes catalysed by ruthenium(II) complexes containing coordinated perchlorate

Ruthenium(II) perchlorate complexes, [Ru(dppm)₃(ClO₄)]ClO₄ 1, [Ru(dppe)₃(ClO₄)]ClO₄ 2, and [Ru(dpae)₃(ClO₄)]ClO₄ 3, catalyse the selective homogeneous oxidation of alkenes with TBHP and H₂O₂ as oxidizing agents. Oxidation of cyclohexene with TBHP gave 2-cyclohexene-1-ol, 2-cyclohexenone and 1-(tert-butylperoxy)-2-cyclohexene. The homogeneous liquid phase oxidation of cyclohexene with TBHP shows appreciable solvent effect. Styrene on oxidation with TBHP gave benzaldehyde as the major product and styrene oxide as the minor product. Oxidation with H₂O₂ is radical-initiated and gives low conversion to products. TBHP and H₂O₂ are compared for their oxidizing ability and TBHP is more effective than H₂O₂ as an oxidizing agent. Linear and long chain alkenes are not efficiently oxidized. Cyclooctene and trans-stilbene are oxidized to the corresponding epoxides.     

SiO_2负载磷钨钒杂多酸杂化材料的制备及其氧化脱硫性能的研究

利用磷酸氢二钠、偏钒酸纳和钨酸钠为原料,合成了具有Keggin结构的磷钨钒杂多化合物(H5PW10V2O40),并与1-丁基-3-甲基咪唑溴(BmimBr)离子液体反应生成一种杂多酸杂化材料([Bmim]5PW10V2O40)。利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)和紫外可见光谱(UV-vis)对所合成的杂多酸杂化材料进行表征。结果表明,[Bmim]5PW10V2O40具有咪唑阳离子基团和Keggin型杂多阴离子基团的结构特征,并且两种基团之间存在相互作用。以SiO_2为载体制备负载型的杂多酸杂化材料催化剂[Bmim]5PW10V2O40/SiO_2,以H2O_2作为氧化剂,考察该催化剂对模拟油中DBT的氧化性能,并优化氧化反应条件,在反应温度40℃,O/S物质的量比为3.0的条件下,反应50min,模拟油品中的DBT的转化率可以达到100%。催化剂可以通过离心法分离,经过干燥之后,可以循环使用至少七次,而对DBT的氧化活性没有降低。     

Two New Inorganic-organic Hybrid Compounds Constructed from Different Polymolybdates and Transition Metal-amine Subunits

Two new polyoxometalate(POM)-based hybrid compounds, [Cu(en)][H₄Mo₄O₁₆]_0.5(1)(en=ethylene- diamine) and [Ag(3-C₅H₆N₂)₂][H₂PMo₁₂O₄₀](2)(3-C₅H₆N₂=3-aminopyridine), containing different transition metal-amine subunits were hydrothermally synthesized and characterized by elemental analyses, infrared spectroscopy and single-crystal X^-ray diffraction. For compound 1, each [H₄Mo₄O₁₆]^4-(Mo₄O₁₆) cluster was linked to four neighboring Mo₄O₁₆ clusters through four [Cu(en)]²⁺ subunits to yield a (2,4)-connected 2D layer, which was further extended to a 3D supramolecular network via hydrogen bonding interactions. For compound 2, the adjacent [H₂PMo₁₂O₄₀]^- clusters were bridged by [Ag(3-C₅H₆N₂)₂]⁺ subunits to generate a 1D chain. The electrochemical behaviors and the photocatalytic activities of compounds 1 and 2 were studied in detail.     

过渡金属-联咪唑-Dawson型钨磷酸盐杂化化合物的酶固定化性能

利用水热法和直接沉淀法, 设计合成了5例由过渡金属(TM)-联咪唑配阳离子与Dawson型钨磷酸阴离子构成的多金属氧酸盐(POM)基有机-无机杂化化合物[Ni(H₂biim)₃]₄[Ni(H₂biim)₂(P₂W₁₈O₆₂)₂]·2H₂O(1), [Co^III(H₂biim)₃]₂[P₂W₁₈O₆₂]·8H₂O(2), [Cu(H₂biim)₂]₃[P₂W₁₈O₆₂]·4H₂O(3), [Co^II(H₂biim)₃]₂H₂[P₂W₁₈O₆₂]·9H₂O(4)和 [Ni(H₂biim)₃]₃[P₂W₁₈O₆₂]·2H₂O(5); 并利用X射线单晶衍射分析(SC-XRD)、 红外光谱(IR)和热重-差热分析 (TG-DTA)等对其进行了表征. 化合物1~5作为载体用于固定辣根过氧化物酶(HRP)时, 显示出了较高的酶固定化能力. 另外, 利用圆二色光谱(CD)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)等方法评价了固定化酶HRP/1~HRP/5的重复使用性、 储存稳定性和检测过氧化氢(H₂O₂)的性能. 由于该类POMs与HRP间存在强的相互作用, 利用简单的物理吸附法即可实现POMs对HRP的固载. POMs对酶的固定不但提高了HRP对使用及储存环境的耐受性, 同时也拓展了POMs在酶固定化领域的应用.     

Studies on Organo-Phosphorus, -Arsenic and -Antimony Polytungstates and Polymolybdates (Ⅶ)——Preparation and Properties of p-Aminophenylarsenic Polymolybdates

In order to investigate the influence of organic groups on the types of organoarsenic polymolybdates, the reations of p-aminophenylarsonic acid with sodium molybdate were tested at pH=3-5. Six salts were prepared and characterized. (1) (CN3H8)4 [(p-NH3C6H4As)2Mo6O25] · H2O, (2) (CN3H6)4 [(p-, NH3C6H4As )2Mo6O25 ] · 6H20, (3) Cs4 [(p-NH3C6H4As)2Mo6O25] · 4H2O, (4) C(CH3)4N]4[(p-NH3C6H4As)2Mo6O25] · 5H2O, (5) [(n-C4H9)4N]3Na[(p-NH3C6H4As)2Mo6O25] · 2H2O, (6) Ba2 NH3C6H4As)2Mo6O25] · 10H2O. The IR, UV spectra, and electrochemical behavior are reported and discussed. They should belong to the same type as that for phenyl derivative or the nitrophenyl derivatives. But the ammo groups can accept protons, so that the anion' s charge decreases. Very similar to the tungsten congener (CN3H6)4[(p-NH3C,H4As)2W6O25] · 4H2O, [(RAs)2Mo6O25]4- type of complexes are formed.