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氮杂环作为重要结构单元广泛存在于天然产物、农药、医药和现代材料中。因此,高效构建氮杂环的方法一直备受合成化学家关注。多组分反应能够原子经济性地合成结构多样性及复杂性的分子,是一种构建各类杂环的重要工具。本论文围绕炔和亚胺参与的多组分反应开展了构建咪唑烷和喹啉杂环的研究工作,主要内容包括以下几个部分。 1、新颖的三组分反应构建1,3,4-三取代咪唑烷 首先,以N-亚甲基苯胺和丙炔酸甲酯为底物,以氯化亚铜为催化剂,二氯甲烷作溶剂,室温下反应,成功地构建了三取代咪唑烷,收率为93%。接着,我们对底物亚胺和炔结构中取代基对反应的影响进行了研究,结果表明芳香族亚胺和脂肪族亚胺都能顺利地与缺电子炔,如丙炔酸乙酯和3-丁炔-2-酮,作用得到高收率的咪唑烷,而亚胺与供电子炔反应只得到了炔丙基胺中间体。咪唑烷产物经1H NMR、13C NMR、HRMS、XRD手段进行了表征。结合实验结果,我们提出了该反应的历程:在氯化亚铜催化下,一分子炔和一分子甲醛亚胺发生偶联反应得到炔丙基胺中间体,在氯化亚铜的活化下该中间体与另一分子甲醛亚胺进行环化得到咪唑烷。 2、串联式三组分反应高效组装四取代咪唑烷 在明确上述反应机理的基础上,用串联式反应方式发展了氯化亚铜催化下的两分子不同亚胺与一分子炔的三组分反应。该反应涉及到两个连续的过程:先以一分子芳香醛亚胺与炔在氯化亚铜催化下进行偶联反应制备出炔丙胺中间体,此中间体无须分离,直接向反应体系中加入另一分子甲醛亚胺,进行连续的环化反应,制备了高收率(85%~98%)的四取代咪唑烷。通过1H NMR、13C NMR、HRMS、XRD手段对产物结构进行了表征。该反应的实现进一步验证了我们提出的反应机理。 3、新颖的三组分反应组装取代喹啉 以三氯化铁为催化剂,成功地建立了芳香胺、芳香醛、丙炔酸酯的三组分反应,一锅法组装3-喹啉羧酸化合物,收率良好(69%~90%)。用丁炔二酸二甲酯替换丙炔酸酯,又能得到较高收率的3,4-二取代喹啉二羧酸酯。以1H NMR、13C NMR、HRMS、XRD手段对产物结构进行了表征,该反应的机理为:三氯化铁催化下的傅克烷基化反应以及连续的多米诺式的分子内环化氧化过程。