关键词： 星型吖嗪   有机磷光   单晶结构   荧光效率   不对称合成  

摘要： 在有机小分子光电材料中,基于碳-碳键的共轭稠环芳烃因在光学、电学方面的特性而备受关注。在共轭稠环芳烃的分子结构中,引入杂原子是常用的调节分子光电性质的方法。特别是在星型芳烃中构筑N—B←N螯合的六元杂环是一种十分便捷且常见的分子改性途径,硼氮配位键的引入不仅大大降低了星型芳烃的合成难度,同时能够平面化分子构型、降低分子前线轨道能级并使分子能隙变窄。本论文在设计合成一系列含有三重N—B←N桥的星型吖嗪分子的基础上,对单晶结构和光谱性质等方面展开研究,在部分分子体系中实现了较高效率的磷光、荧光性能。在论文第二章,探索了三类外围三取代的星型吖嗪分子的构筑方法。在星型吖嗪分子三线态性质方面,详细研究了重原子效应和自旋轨道耦合效应对星型吖嗪分子的激发态跃迁过程以及磷光性质的影响。体积更大的碘原子能够大大减小最低单线态S和高能三线态T之间的能隙,增大系间窜越的可能性,使得分子表现出更长的磷光寿命和磷光红移尺度。进一步的,利用氮原子及羰基的孤对电子的自旋轨道耦合效应,分子的低温磷光寿命提升到了100 ms。在星型吖嗪分子的荧光性质方面,使用蒽基团对星型吖嗪分子进行功能化修饰,提高了分子的荧光效率及OLED器件的外量子效率。在论文第三章,使用一锅法一步合成了两种不对称取代的星型吖嗪分子。在单晶结构上,单臂取代的分子表现出星型吖嗪系列分子中最优的骨架平面性,通过分子之间的π-π相互作用形成的面面堆积结构也是最为有序的。不对称的取代模式及外侧的A-D单元对分子的吸收及荧光性质产生了显著的影响。随着取代基数目的增加,分子的吸收峰规律性的红移,荧光效率呈现减缓的阶梯式增长。这种不对称合成方式拓宽了星型吖嗪分子的研究领域,并为其进一步利用提供更多的可能。在论文第四章,通过简单的两步三重反应,合成了一类新颖的星型吖嗪分子。使用三重N—B←N桥将外部嘧啶环与内部三嗪环固定在星型吖嗪分子上,得到了骨架上含有12个氮原子的星型吖嗪分子,并探究了这类分子的晶体、荧光和磷光性质。氮原子的掺杂增大了分子骨架的结构扭转程度,分子平面性降低,分子共轭程度也随之降低。这使得分子的荧光发射峰的半峰宽减小到了37 nm,具有了窄谱带发光的性质。

关键词： 镍催化   双碳官能团化   芳基烯丙基化   芳基苄基化   不对称合成   脱氟交叉亲电偶联  

摘要： 在有机化学合成中,碳碳键的构建对于天然产物、药物分子和其它复杂结构分子的合成起到至关重要的作用,而过渡金属催化烯烃以及炔烃的双碳官能团化又是构建碳碳键的高效的方法之一。近年来,镍催化的交叉亲电偶联反应由于具备温和的反应条件、良好的官能团兼容性和高步骤经济性等优点,受到有机化学工作者的广泛关注。随着此领域研究的深入,该策略进一步被应用到烯烃或炔烃的交叉亲电双碳化反应中。本文主要研究镍催化烯烃或炔烃的不对称交叉亲电双碳官能团化反应和α-三氟甲基苯乙烯的交叉亲电脱氟烷基化反应。在第一章中,发展了镍催化非活化烯烃的不对称交叉亲电芳基烯丙基化反应。使用镍-手性吡啶噁唑啉的催化体系,以锌粉为还原剂以及带有烯烃侧链的芳基碘代物和烯丙基碳酸酯为底物,在温和的条件下,以优秀的区域、E/Z和对映选择性合成了一系列手性茚满和苯并呋喃类化合物。该反应以分子内烯烃对芳基镍物种的迁移插入为手性控制步骤,而π-烯丙基镍物种的末端选择性还原消除决定了反应产物的直链型结构。在第二章中,实现了镍催化三组分间的β-烷氧基取代的α-萘基炔丙醇的不对称交叉亲电反式芳基苄基化反应。通过使用镍-手性嘧啶噁唑啉的催化体系,以锌粉为还原剂以及α-萘基炔丙醇、芳基碘代物和苄氯为底物,在温和的条件下,以优秀的区域、E/Z和对映选择性合成了全碳四取代轴手性烯丙醇化合物,通过对其进一步衍生化可以合成含有不同官能团的轴手性烯烃。此外,苄氯对镍中间体的对映选择性氧化加成可能是反应的手性控制步骤,而醇羟基的导向作用决定了产物烯烃的E式结构。在第三章中,完成了镍催化α-三氟甲基苯乙烯的交叉亲电脱氟烷基化反应。在众多的含氟有机化合物中,偕二氟烯烃不仅以特征结构存在于生物活性分子中,而且还是合成其他含氟化合物的重要前体。使用镍/钛共催化,以锌粉为还原剂以及α-三氟甲基苯乙烯和烷基卤化物为底物,在温和的条件下高效地合成了多种偕二氟烯烃类化合物。在该反应体系中,钛催化剂通过和烷基卤化物之间的卤原子转移,实现了较为惰性的碳氯键的断裂,而镍催化剂则促进碳碳键的形成和β-F的消除。此外,利用该方法为关键步骤合成了一系列γ-氨基偕二氟烯烃类化合物,半抑制浓度的测定表明其对多巴胺DRD2受体有很好的拮抗活性,是一类可用来治疗精神疾病的潜在的药物分子。通过交叉亲电偶联反应的策略,分别实现了烯烃的不对称芳基烯丙基化反应、炔烃的不对称芳基苄基化反应,以及α-三氟甲基苯乙烯的脱氟烷基化反应。

关键词： 吲唑   N-芳基吡咯   不对称合成   烯丙基化   含N杂环化合物  

摘要： 杂环化学始于上世纪50年代初,经研究发现许多杂环物质具有独有的生物活性,因此常作为药物发现和设计的核心部分,FDA数据库发现近60%的独特小分子药物含有氮杂环,含氮杂环在药物设计和工程中极具意义。作为构建碳碳键或者碳杂键的常用方法——不对称烯丙基化反应已经发展为构建手性分子的最为强有力的手段之一,这一策略为多种天然产物及具有生物活性药物分子的制备提供了一条新的合成途径。为了探究含氮杂环在药物设计方面的新型手性合成方法,本论文选用含N五元杂环的基本骨架——吲唑、吡咯类化合物通过与支链烯丙醇发生对映选择性烯丙基化反应进行手性分子的构建。其中吲唑体系以高达98%的收率,>20/1的区域选择性,>99%ee的结果获得理想烯丙基化产物,成功实现了吲唑的克级放大反应,并深入探讨了吲唑发生不对称烯丙基取代时,其区域选择性的相互转化。另外还对N-芳基吡咯和支链型烯丙醇之间烯丙基取代反应进行了考察,利用去对称化方法,凭借较高的收率和突出的对映选择性及非对映选择性,成功地在吡咯环构建出烯丙基化的碳碳键,获得了非邻近手性中心的立体选择性系列化合物。对该类含氮化合物手性分子的合成方法具有一定的指导意义。

关键词： 苯并噁嗪   相转移催化   不对称合成   卤代   胺盐  

摘要： 苯并噁嗪类化合物作为一类重要的杂环化合物,具有广谱的生物活性,被应用于医药、农药、材料等各个领域,所以一直以来化学家们对苯并噁嗪类化合物的合成研究都具有极大的兴趣。虽然不对称合成苯并噁嗪的方法取得了很大的进展,但是它们还存在一些不足之处,比如卤代试剂结构不稳定;底物具有局限性;反应条件苛刻等。所以发展一种更加简单高效合成手性苯并噁嗪的方法仍然具有很大的价值。相转移催化因具有操作简便、溶剂廉价易得、反应条件温和及绿色环保等优点,在绿色化学中受到广大科研工作者的欢迎。本课题期望以手性相转移催化的不对称卤代反应构建具有苯并噁嗪类骨架的化合物。即胺盐与卤素交换形成离子对,磷酸根阴离子提供手性诱导环境,以此获得高对映选择性的卤代苯并噁嗪类化合物。以邻乙烯苯胺类化合物为底物,手性磷酸仲胺盐或叔胺盐为催化剂,N-卤代丁二酰亚胺或1,3-二卤-5,5-二甲基海因作为卤素源,非极性溶剂做溶剂,在温和的条件下实现了手性卤代苯并噁嗪类化合物的合成,并获得了优异的对映选择性,为手性卤代苯并噁嗪类化合物的合成提供了一种更加简便高效的方法。卤代苯并噁嗪上面的卤原子还可进一步官能团化,合成更多潜在的具有苯并噁嗪骨架的活性药物。

关键词： 手性氮杂螺环   2,5-哌嗪二酮   氮杂芳烃   不对称催化   烷基化反应  

摘要： 催化不对称合成是获得手性物质（如手性含氮杂环小分子砌块等）的重要途径之一。而在该转化中新颖催化剂的设计合成是核心内容之一。虽然许多优势骨架所衍生的手性催化剂和配体已经高效地实现了大量催化不对称反应，但该领域仍旧存在如转化率低，立体控制效果差等难题。因此，亟须开发更多其它新颖优势骨架衍生的配体和催化剂，以解决更多具有挑战性的催化不对称反应中所面临的难题。　　为了解决上述不对称催化领域面临的问题，基于本课题组长期对手性氮杂螺环骨架衍生的催化剂和配体及其相关的催化不对称反应研究，我们设计合成了一系列新的手性螺环酰胺-三唑盐阳离子催化剂和氮杂螺环-噁唑啉配体。在此基础上，分别成功实现了 2,5-哌嗪二酮骨架和氮杂芳烃骨架的催化不对称烷基化反应，为这些手性含氮杂环小分子的获取提供简便高效的途径。　　本论文分为以下四部分进行叙述：　　第一章，对手性氮杂螺环衍生的催化剂和配体研究进行系统概述。　　第二章，基于 2,5-哌嗪二酮骨架的催化不对称转化研究背景，设计合成了新的手性螺环酰胺-三唑盐阳离子催化剂，并以优秀的产率和底物兼容性高效实现了取代 2,5-哌嗪二酮衍生物参与的催化不对称的单或双烷基化反应。更重要的是，根据相关控制实验、密度泛函理论计算和文献报道，我们还对该反应可能的催化历程进行了相关研究。　　第三章，根据合成策略的不同，我们对手性 2-烷基取代的氮杂芳烃衍生物的催化不对称合成代表性研究工作进行了概述。　　第四章，我们设计合成了新的手性氮杂螺环-噁唑啉配体，并以优秀的收率、立体选择性和区域选择性实现了 2-烯基取代的氮杂芳烃底物调控的区域发散性氢烷基化反应。根据相关控制实验、密度泛函理论计算和文献报道，我们对反应历程进行了一定的 研究，并合理分析了反应区域选择性和立体选择性的催化原理。

关键词： 不对称合成   卤胺化   Salen Mn(Ⅲ)   氮杂环  

摘要： 氮杂环广泛存在于天然产物中,在医药领域有着重要应用,是多种药物结构的组成部分。分子内不对称卤胺化反应能够从烯烃底物直接得到手性卤代氮杂环产物,原子利用率高,反应活性好。当前对于不对称卤胺化反应的研究较少,本课题以戊烯胺类化合物为反应底物,研究烯烃的不对称卤胺化反应,丰富不对称卤胺化反应方法及卤代吡咯烷类衍生物的结构种类。以Salen Mn(Ⅲ)为手性催化剂,戊烯胺类烯烃为底物,次溴酸钠为溴源合成高对映选择性的溴代吡咯烷产物,并探究溶剂,温度,催化剂结构,催化剂用量,反应体系p H值对反应结果的影响。得到最优反应条件为:底物0.5 mmol,催化剂10mol%,溶剂为氯苯,反应温度为10℃,反应体系p H值在10.5～11。并在该条件下对底物适用范围进行探究,考察含有不同取代基的底物活性,得到20个产物实例,产率最高为95%,ee值最高为98%。此外,扩展该反应方法中的卤源,以次氯酸钠为卤源进行氯胺化反应,得到4个产物实例,产率和对映选择性良好。进行放大反应研究,证明该反应条件具有广泛适用性。通过对实验数据的分析研究,提出反应机理,底物与Salen Mn(Ⅲ)催化剂形成Mn=N键,断裂后生成氮自由基与烯烃双键发生自由基加成反应,在催化剂空间位阻的影响下加成具有对映体选择性,从而使产物具有高对映选择性。本课题提出的不对称卤胺化反应方法具有条件温和,产率优异,配体合成简单,使用量小等优点,具有良好的应用前景。

关键词： 可见光催化   钴催化   轴手性   去对称化   不对称合成  

摘要： 手性是自然界的一个基本属性,按照手性元素可分为中心手性、轴手性和拓扑手性。其中,由于旋转受阻形成的轴手性骨架不仅是许多天然产物、药物分子和有机材料的重要结构单元,而且也是不对称合成中手性前体、配体与催化剂的重要组成部分。因此合成轴手性化合物具有十分重要的研究价值。尽管化学家们在这一领域取得了一些令人鼓舞的成果,但是发展新型绿色、简单高效的催化策略和催化体系来合成轴手性分子,仍然具有十分重要的科学意义和实用价值。近些年来,可见光驱动的不对称反应发展迅速,但是主要是集中在中心手性的构建。基于课题组前期在可见光驱动的不对称合成领域的研究,我们将光催化与过渡金属催化相结合,利用去对称化策略合成了既含有中心手性又含有轴手性的化合物。基于课题组前期的工作以及调研相关文献,我们设计了一种具有前轴手性的联芳基二醛化合物,通过光/钴协同催化实现了芳香碘代物与联芳基二醛的去对称化反应,合成了一类同时具有中心手性和轴手性的化合物。我们选取了合适的模型反应并且考察了位阻基团、溶剂、还原剂当量等一系列反应参数,建立了最优的反应条件。该反应有着优异的立体选择性和官能团兼容性,酰胺、炔烃、卤素等官能团都能很好的兼容该体系(37-98%的收率,5:1-19:1的dr值和86-99%的ee值)。我们也通过简单的氧化、还原、缩合反应实现了官能团的多样性转化,合成了多样的轴手性化合物。并且,根据催化剂单晶结构和DFT理论计算我们提出了立体控制模型以及反应机理。

关键词： 磷手性   樟脑二醇   手性辅基   次亚膦酸硼烷   不对称合成  

摘要： 手性磷化合物在过渡金属催化、功能材料制备以及活性药物创制等诸多研究领域均发挥着重要作用。磷手性中心的构建一直以来都是不对称合成化学研究中的热点和难点之一,目前较为实用的方法是基于环化固定作用的Jugé-Stephan策略,其中最为基础和关键的是设计与开发具备可控离去次序的双反应官能团手性诱导辅基。当前的常用手性辅基主要是1,2-氨基醇和1,2-羟硫醇两大类,但大多存在来源受限、制备困难、通用性差等问题。本论文围绕廉价易得的樟脑骨架底物,设计合成了一类新型的樟脑二醇类手性辅基——CAMDOL,并将之成功应用于一系列三价和五价手性磷化合物的不对称合成中。具体内容如下:1.樟脑二醇类手性辅基的设计与合成。基于樟脑特有的非轴手性骨架特征,以具有双羰基官能团的廉价市售试剂樟脑醌为原料,通过格氏试剂及锂试剂与其发生立体专一性的亲核加成反应,以75%-87%的产率合成了6个内型双取代樟脑2,3-二醇类(CAMDOL)手性辅基,并在非柱层析分离条件下实现了50克量级的规模制备。在此基础上,通过亚磷(膦)酰化和双氧水氧化反应,分别实现了三价和五价磷手性中心的高效构建。2.手性次亚膦酸硼烷的合成及转化。以樟脑亚膦酸酯为底物,通过氢硼烷首先将之转化为相应的膦硼烷,然后分别以格氏试剂或锂试剂与其进行Jugé-Stephan反应,成功实现了具有多类取代基团的手性次亚膦酸硼烷的不对称合成,所得37个产物的ee值均超过90%,最高可达99%。进而,以性质相对稳定的次亚膦酸硼烷为合成子,分别通过膦酸羟基甲基化、取代、脱硼、氧化、硫化等系列磷上官能团转化反应,取得了良好的磷手性保持效果,并先后合成了7类10个三价和五价手性磷化合物,2-甲氧基苯基甲基膦(PMAP)和苯并噻吩基苯基甲基膦(DBT)等重要手性膦配体,所得产物的ee值均大于95%。值得强调的是,该反应仅需通过改变亲核试剂加料顺序或者使用不同樟脑醌异构体原料,即可顺利实现手性次亚膦酸硼烷的立体发散性合成。3.手性硫代膦酸不对称二酯的合成。以二苯基CAMDOL为手性辅基,首先可在温和反应条件下通过“一锅法”硫化策略,以高达20:1的非对映选择性得到17个樟脑硫代磷(膦)酸酯类化合物;然后通过深入条件筛选发现,可由醇钠试剂完成醇解开环反应,高对映选择性合成了10个手性硫代膦酸不对称二酯类化合物,产物ee值最高达95%。4.樟脑膦酸酯的α-碳不对称官能化。以苄基樟脑膦酸酯为底物,探索验证了磷手性效应通过分子内诱导传递方式构建新的C-C、C-F、C-S化学键的可行性,成功实现了α-碳上的不对称烷基化、酰基化、氟化及三氟甲巯化等4类官能化反应,并以最高93%的产率和99:1的dr值分别得到了26个α-取代烷基膦酸酯、12个β-羰基膦酸酯、2个α-氟代膦酸酯及2个α-三氟甲硫基膦酸酯等多类手性磷化合物。总的来说,论文利用廉价易得的市售樟脑醌为原料,设计合成了一类新型樟脑二醇手性辅基CAMDOL。基于其手性诱导作用,建立了三价及五价磷手性中心精准构建、可控转化与有效传递的系列技术路线,实现了14类120个具有多样性“化学空间”的手性磷化合物的立体选择性合成,具有十分突出的合成化学、药物化学及农药化学应用前景。

关键词： 轴手性   N-N键   钯催化   手性磷酸催化  

摘要： 轴手性是一种由于化学键旋转受阻所形成的立体异构类型。具有轴手性的化合物普遍存在于天然产物、药物分子、手性配体以及手性材料中。虽然有一些传统的方法构建这种轴手性化合物,例如手性转移,手性拆分和手性诱导等方法,但这些方法具有合成效率低,底物复杂等局限性。为了解决这些问题,通过不对称催化的方式直接构建这种轴手性化合物显得尤为重要。近年来,随着众多研究者对CC、C-N键轴手性化合物构建方法的深入研究,在这些研究的基础上,我们更关注于发展一种合成以N-N键为手性轴的轴手性化合物的新方法。本论文主要通过以下两个方面进行介绍:1.手性磷酸催化构建轴手性3,3'-二喹唑啉酮类化合物的合成研究该课题通过手性磷酸催化,使用2-氨基-N'-(2-氨基苯甲酰基)苯甲酰肼和苯甲醛为原料,合成了轴手性3,3'-二喹唑啉酮化合物。该反应具有良好的产率和对映选择性,且具有较好的官能团兼容性。在放大实验中,该反应也能表现出较好的结果。为验证该反应策略的实用性,其目标产物也能够适用于Suzuki偶联反应和Sonogashira偶联反应。最后,我们对目标产物的构型稳定性进行了研究,发现了该产物具有较高的消旋能垒。2.钯催化羰基化反应构建轴手性异吲哚酮类化合物的合成研究该反应通过钯催化,使用5-氯-2-碘-N-(2-甲基-4-氧代喹唑啉-3(4H)-基)苯甲酰胺为底物,CO作羰基源,在温和条件下以良好的产率和对映选择性合成了轴手性异吲哚酮类化合物。

关键词： 过渡金属催化   联芳基轴手性   环状碘鎓盐   不对称开环   不对称芳基化   二价双铑/双膦催化   烯烃溴化中间体  

摘要： 联芳基轴手性骨架作为众多优势配体的核心骨架,广泛存在于天然产物与药物活性分子中。尽管近年来过渡金属催化构建轴手性的策略得到了快速发展,由于分子结构的多样性以及官能团的兼容性问题,发展新的催化体系十分必要且仍极具挑战。本论文主要研究了过渡金属催化不对称合成轴手性化合物与轴手性芳基-烯烃溴代机制。本论文主要研究了三部分内容:第一部分研究了铜/双噁唑啉体系催化环状碘鎓盐与肟的不对称开环。亲核试剂肟与环状碘鎓盐开环具有生成N-进攻或O-进攻产物的反应可能性,通过对反应条件的探究我们实现了铜催化环状二芳基碘鎓盐和肟的化学选择性和立体选择性N-芳基化反应,为合成具有联芳基骨架的硝酮提供了有效方法。不对称开环得到的光学活性的N-芳基硝酮是用途非常广泛的合成子,进一步研究将其转化为多种手性有机骨架,如:N-芳基羟胺、吲哚、苯并杂环、苯胺衍生物等,在转化过程中手性均可以得到有效保持。第二部分研究了铑/(R)-BTFM-Garphos体系催化的大位阻靛红衍生物的不对称芳基化,通过对含有潜手性中心的靛红C3羰基的1,2-不对称加成,合成了一系列联芳基含轴手性和中心手性的3-羟基-3-芳基吲哚酮骨架。4-非氢取代的大位阻靛红衍生物的高立体选择性加成在目前报道的催化体系中难以实现,我们将羧酸铑/双膦体系应用于4-非氢取代的大位阻靛红衍生物的不对称芳基化中,该催化体系具有很高的反应活性,反应通常在几分钟内完成且具有优异的对映选择性。此外,对Rh2(O2CCF3)4/(R)-BTFM-Garphos络合物进行了 X-射线单晶衍射、UV-Vis测试、核磁追踪,对其催化机理进行了推测。第三部分:烯烃-芳烃轴手性化合物溴代反应机理的研究。在我们课题组前期的工作中实现了轴手性芳基-烯烃的合成。烯烃可以通过溴化方便地官能化,我们针对六元环内烯-芳基膦氧化合物溴化反应中存在的问题进行了探究,通过改变化合物骨架,有效分离了烯基化合物溴化的关键中间体,并对中间体进行了X射线单晶衍射、核磁追踪等多种测试。对中间体的形成机理进行了推测和验证,对中间体向下一步转化的实验条件和机理也做了一定的探究。