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本论文主要研究了从简单易得的溴代卟啉出发,通过钯催化交叉偶联反应合成各种氟烷基卟啉,对合成得到的一些氟烷基卟啉进行了化学转化和较系统地物理性质研究,并将它们应用于氟双相催化氧化反应中。全文工作主要分为五章:
一、钯催化下各种氟烷基卟啉的合成及其性质研究。首先,本文从简单易得的溴代卟啉出发,用小组发展的三氟甲基化试剂FSO2CF2COOMe,通过钯催化交叉偶联反应,成功地以中等到优秀的产率合成了各种β或meso-三氟甲基卟啉,并对一系列β-三氟甲基卟啉的物理性质进行了较系统地研究。接下来,在类似条件下,用全氟烷基碘和铜粉代替三氟甲基化试剂,可以方便有效地合成各种β或meso-多氟烷基卟啉。底物卟啉的中心金属离子对meso-多氟烷基化反应有重要影响,Ni(II)对反应有着显著的加速作用,而对于β-多氟烷基化反应,中心金属离子的影响则不明显。
二、β-(ω-氯代氟烷基)卟啉分子内环化脱氟还原芳构化反应研究。在改进的脱卤亚磺化反应条件下,我们发现β-(ω-氯代全氟丁基)-meso-四苯基锌(II)卟啉(ZnTPP(C4F8Cl),Zn18a)可以先发生分子内环化,再发生脱氟反应,生成新颖的四氟苯并卟啉,笔者把这种合成苯并卟啉的方法称为“分子内环化脱氟还原芳构化法”。在对反应条件进行优化后,将各种β-(ω-氯代氟烷基)卟啉运用到此反应,可以得到各自相应的分子内环化脱氟还原芳构化产物,底物卟啉的中心金属离子对反应有明显影响,产物的类型则受氟烷基链长决定。最后,我们还对反应机理和β-单、双和四(四氟苯并)锌(II)卟啉的物理性质进行了研究。
三、多氟烷基卟啉的还原及与有机金属试剂亲核加成反应研究。笔者发现多氟烷基卟啉是一类极其贫电子的卟啉,很易发生还原或亲核加成反应。当以锌粉为还原剂时,β-四(三氟甲基)-meso-四苯基铜(II)卟啉(CuTPP(CF3)4,Cu10)可以被锌粉还原为独特的20π电子非芳香性的N,N-二氢卟啉(又称isophlorin),它的内核氮可以被二甲基化或四甲基化,这取决于所用碱的强弱;当以Na2S2O4为还原剂时,β-四(三氟甲基)-meso-四苯基镍(II)卟啉(NiTPP(CF3)4,Ni10)可以被还原为有趣的porphydimethene。对于meso-双氟烷基卟啉,它们可以和不同有机金属试剂(RMgX或RLi)很容易地发生亲核加成反应,得到不同程度加成的porphydimethene。
四、β-四(全氟正辛基)金属卟啉氟双相催化氧化反应研究。运用发展的钯催化交叉偶联的方法和常规的脱金属和插入金属操作方便地合成了各种β-四(全氟正辛基)金属卟啉,发现它们可以较好地溶于全氟萘,而不溶或微溶于一般有机溶剂中。利用这点,笔者以它们为催化剂,在氟双相条件下空气中对烯烃和醛进行了催化氧化反应,取得了较好的效果。
五、四芳基卟啉溴化开环反应研究。研究了四芳基卟啉在CH2Cl2/MeOH中被过量NBS溴化开环的反应,反应得到一种新颖的a,c-biladiene。当控制所用NBS的量时,则可将此反应体系用于卟啉的溴化。