论文部分内容阅读
二氧化碳是通过燃烧或呼吸产生的最终产物，其中碳具有最高价态正四价，因而二氧化碳极为稳定，其活化具有相当大的挑战性。尽管困难较大，但由于自然界中和工业生产中都有大量的二氧化碳，再加上其价廉、无毒、可再生等优点，以及相应的排放带来的环境问题，二氧化碳作为最具吸引力的C1合成子之一引起人们的广泛关注。我的工作就是设计和发展联烯、炔烃及其衍生物在过渡金属催化剂的作用下实现对二氧化碳的活化并将其转化成具有生理活性或在有机合成中有用的分子。主要包括以下五部分：
第一部分：镍催化的炔烃及其衍生物与二氧化碳的氢羧化和烷基羧化反应
1.首次实现了非常高效的零价镍催化简单炔烃与二氧化碳的氢羧化反应立体专一地合成(E)-α，β-二取代丙烯酸的方法。对于一端为芳基，一端为叔丁基的炔烃可以以专一的区域选择性得到产物。而对于1－苯基丙炔，该反应的区域选择性只有中等。通过实验我们证实了该反应是炔烃在镍的作用下发生氢锌化，生成烯基锌中间体，烯基锌中间体再与Aresta络合物通过金属交换与还原消除得到产物并再生零价镍完成催化循环。
2.在实现了简单炔烃的氢羧化反应并阐明了该反应的机理之后，我们通过在炔烃中引入氨基--即利用2－炔基苯胺或高炔丙胺，则可以高区域与立体选择地得到氢羧化产物。该产物在EDCI的作用下可以方便高效地转化成具有良好生理活性的氧化吲哚或(E)-α-亚烷基-γ-丁内酰胺。
3.我们发展了非常实用的由高炔丙醇合成具有良好生理活性的(E)-α-亚烷基-γ-丁内酯的方法。在镍(0)的催化下高炔丙醇与二乙基锌、CO2高区域与立体选择性地发生氢羧化反应之后再经过内酯化就可以得到内酯产物。该反应可以高效地合成单环和并环内酯，高炔丙醇的手性中心在反应中完全保持，利用该方法可以合成高光学活性的γ-丁内酯。该催化体系具有催化活性高(催化剂用量只需要1 mol%)，官能团兼容性好，反应条件温和等特点。利用该方法，我们首次完成了天然产物(±)-Heteroplexisolide E的全合成。
4.在炔烃氢羧化反应的基础上我们还首次实现了高区域与立体选择性的镍催化的高炔丙醇与二甲基锌、CO2的甲基羧化反应。利用该方法可以合成双键外侧含有甲基的(E)-α-亚烷基-γ-丁内酯。利用相同的策略可以合成苯并呋喃酮与具有苯并六元内酯环结构的3－异色酮类化合物。
5.乙基羧化反应与甲基羧化反应的不同在于乙基镍物种极易发生β-氢消除反应得到氢羧化产物，而难以得到直接还原消除的乙基羧化产物。经过条筛选，我们初步实现了极具挑战性的乙基羧化反应(Et：H=68:19)。
第二部分：铜催化的2－炔基苯胺的反式亲核金属化羧基化反应研究
首次实现了醋酸铜催化的2－炔基苯胺在ZnMe2与CsF的参与下的反式亲核金属化羧基化反应来合成吲哚-3－羧酸和吲哚并二氢吡喃酮类化合物。通过机理的研究，反应中产生的中间体中的金属物种为Cu，Zn和Cs的复合物，而F-能够起到活化二氧化碳的作用。
第三部分：基于2，3－联烯醇的金属碳化和二氧化碳的2(5H)－呋喃酮类化合物的合成研究
我们发展了从2，3－联烯醇、格氏试剂与二氧化碳出发合成2(5H)-呋喃酮化合物的简单方法。经过研究，我们发现该反应的格氏试剂具有很强的卤离子效应：在氯代格氏试剂作用下的收率远大于溴代格氏试剂。利用光学活性的2，3－联烯醇可以合成高光学活性的2(5H)-呋喃酮化合物。
第四部分：基于2，3-联烯胺和二氧化碳的噁唑烷酮的合成研究
发展了通过2，3－联烯胺在Pd(0)催化下与有机碘化物、二氧化碳偶联环化高效合成烯基噁唑烷酮的方法。该方法具有非常好的官能团兼容性。
第五部分：钯催化的2－(2，3－丁二烯基氨基)乙醇与有机卤化物的偶联环化反应
利用2-(2，3－丁二烯基氨基)乙醇在零价钯的催化下可以与有机碘代物偶联环化高效地构建吗啉类化合物。应用Trost配体(R，R)-DACH-phenyl Trost ligand可以以良好的对映选择性得到光学活性的2－烯基吗啉。