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联烯是一类含有1,2-丙二烯官能团的化合物。在联烯的三个碳原子中,末端的两个sp2杂化的碳原子以剩下的未杂化的p轨道与中间的sp杂化的碳原子的两个互相垂直的轨道交盖形成两个互相垂直的π轨道。它独特的反应性一方面来自这种独特的互相垂直交盖兀.轨道,另一方面来自联烯末端的四个位置对不同取代基的装载能力。
本小组在官能化的联烯的环化反应方面也作了一些研究。最近本小组发展了官能化联烯的双分子氧化偶联反应,该反应能有效的一步构建双环化合物。基于这些发现,我的工作就是设计和发展联烯与联烯、联烯与炔烃的偶联环化反应。主要包括以下三大部分:
第一部分:2,3-联烯酸(酰胺)与联烯的偶联环化反应
1.本文研究了2,3-联烯酸双分子氧化偶联反应的取代基效应并发展了三套氧化体系来实现钯物种的催化循环。
2.在实现了2,3-联烯酸自身双分子氧化偶联反应之后本文又研究了2,3-联烯酰胺与1,2-联烯基酮的交叉偶联反应。通过X.射线单晶衍射和NMR研究,我们确认了联烯酰胺的关环方式是氧进攻生成Furanimine结构的化合物,而不是氮进攻生成内酰胺的产物。
3.本文发现了2,3-联烯酸与2,3-联烯醇的交叉偶联反应。这是一种新的联烯的双分子偶联反应模式,与前面的研究结果相比:(a)该反应并不需要添加任何氧化剂就实现了钯物种的循环;(b)只有2,3-联烯酸环化了,而2,3-联烯醇则形成了一个开链结构。研究过程中我们发现当使用二级醇时,我们得到的是单一的反式产物,该选择性可以通过一个σ-π-σ的过程加以解释。通过使用光学活性2,3-联烯酸为底物,我们间接证明了反应的一个关键步骤β-[OH]消除的一个中间体[PdCl+][OH-]的存在。
4.笔者发展了官能化联烯,如2,3-联烯酸与简单的联烯的偶联反应,进一步丰富了联烯的双分子偶联反应。在该反应中我们高选择性地得到了Z-式产物,并初步讨论了其高选择性形成的原因。
第二部分:2,3-联烯酸与炔烃衍生物的偶联环化反应
1.本文发展了2,3-联烯酸与炔丙醇碳酸酯的偶联生成β-联烯基呋喃酮的反应,在反应过程中新生成的联烯基并没有发生进一步的转化。研究过程中我们发现该反应有明显的取代基效应,如2,3-联烯酸的α-位和炔丙醇碳酸酯的炔烃末端同时为非氢取代时该反应产率很低。我们同时对产物β-联烯基呋喃酮作了衍生化研究:
(a)与缺电子炔烃的Diels-Alder反应,该反应能一步有效地构建多取代及全取代苯环衍生物。
(b)我们还发现β-联烯基呋喃酮能发生高选择性的羟碘化反应,该反应的选择性可能来自亲核试剂进攻碘鎓三元环时的立体位阻效应。
(c)我们还初步研究了它的γ-羟基化反应,而γ-羟基化产物在I2存在下能有效的发生碘环化反应。
(d)本文发现了1,2,4Z,7-四烯(α-烯丙基-β-联烯基呋喃酮)异构环化成八元环的反应。该反应操作非常简单,只要将1,2,4Z,7-四烯在二甲苯中100℃搅拌反应6小时即可,产率高达98%。我们对反应的机理作了比较详细的研究,有意思的是氘代实验显示联烯末端的烷基参与了该异构化过程。最后我们认为该反应可能经历了一个比较复杂的1,5-H迁移、多次1,7-H迁移和87π-电环化的过程。
2.笔者研究了2,3-联烯酸与贫电子炔烃的偶联反应。当炔烃是丙炔酸甲酯时,新形成的C=C双键是单一反式的。我们还发现2,3-联烯酸与丙炔酸甲酯的1:2加成产物发生了π-键的迁移,通过机理研究我们认为该π-键的迁移可能是通过两次1,7-H迁移来实现的。当炔烃是炔酮时,反应得到的是一对顺反异构体,但在n-Bu3P作用下最终能高选择地得到反式为主的产物。
第三部分:钯和胺共催化的有机碘化物与联烯-醛的偶联反应
笔者初步研究了钯和胺共催化的有机碘化物与联烯-醛的偶联反应。在该反应中联烯的钯碳化反应得到π-烯丙基钯中间体,其接受被胺活化了的醛的α-位的进攻得到环状化合物。对比实验表明钯和胺在该催化反应中缺一不可。