可见光促进的还原脱羧烷基化串联关环反应构建菲啶类杂环化合物(附件)
菲啶类杂环骨架结构广泛存在于一些天然产物、药物和功能材料分子中，此外，菲啶类化合物还是一类重要的合成中间体，常常被用于天然产物及药物分子的全合成中。因此，发现高效、快速的方法构建菲啶类化合物具有重要的研究意义和价值。本论文中，我们实现了可见光促进的还原脱羧烷基化串联关环构建菲啶类化合物的新方法，此反应以有机染料作为光催化剂，异腈作为反应底物，以N-酰氧基邻苯二甲酰亚胺作为烷基化试剂，高收率得到了一系列的菲啶类化合物。该反应条件温和，底物适用范围广，没有涉及过渡金属的使用。我们认为该反应经历了一个自由基反应历程。我们将设计并实现更多相关的新合成方法并将它们用于天然产物和功能有机分子的全合成中。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
1 引言4
1.1 菲啶类化合物的重要性4
1.2 光催化的研究意义4
1.3 菲啶类化合物的合成方法5
1.4 N酰基邻苯二甲酰亚胺酯6
2 课题的提出与设计7
3 材料与方法7
3.1 实验所用的主要仪器和试剂 7
3.1.1 本实验所用的主要仪器7
3.1.2 本实验所用的主要试剂8
3.2 原料的制备方法8
3.2.1 原料异腈1的制备8
3.2.2 N酰氧基苯甲酰亚胺2的制备9
4 结果与讨论9
4.1 反应条件的优化9
4.1.1 催化剂对反应的影响9
4.1.2 还原剂对反应的影响9
4.1.3 碱对反应的影响10
4.1.4 溶剂对反应的影响10
4.2 底物范围11
4.3 代表性化合物的相关表征数据12
5 论文小结与展望13
致谢13
参考文献14
附录16
基于可见光促进的还原脱羧烷基化串联关环反应构建菲啶类杂环化合物
引言
1 引言
1.1 菲啶类化合物的重要性
含氮杂环是一类重要的有机化合物，该类分子骨架广泛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
存在于天然产物、生物活性分子以及药物活性分子中[1]。例如，菲啶，吲哚，喹啉和异喹啉等，这类化合物往往在有机合成，医药化学和材料科学中具有重要意义。
菲啶类化合物在有机化学和药物化学领域是一类重要的化合物，它们往往表现出抗肿瘤，抗白血病，抗病毒和抗真菌等生物活性。例如，NK109是一种含有菲啶类结构的生物碱，它具有显著的抗肿瘤活性[2]；石蒜碱内铵盐 (lycobetaine) 可以用于治疗消化道癌、肝癌、卵巢癌、肺癌、头颈部癌、恶性淋巴瘤等，其中对胃癌、卵巢癌疗效较好。类似的还有trisphaeridine、fagaronine、5HT receptor等(图1)。鉴于这些化合物的重要性，如何构建含氮杂环在有机合成领域一直是研究的重点和热点之一。
图1 菲啶类化合物的药物、生物活性分子结构
Scheme 1 The biological activity of phenanthridinecontaining molecules
1.2 光催化的研究意义
近年来，随着绿色化学理念的提出，科研人员也提出了更加高效、清洁和经济的新反应模式。19世纪初期，就有人提出利用丰富的太阳能发展光催化的有机化学反应[3]。在过去几十年间，高能量的紫外光促进的有机反应有了长足的发展，但是利用可见光诱导的有机反应报道却可见寥寥。事实上，地面接收的阳光中，可见光占了将近43％[4]。尽管能吸收可见光的有机分子只有小部分，但是通过引入光催化剂，产生光催化循环，许多反应可以在可见光照射条件下发生反应。因此，后者的发展在直接利用清洁、可再生的太阳能资源方面更具优势。另外，可见光诱导的反应中使用的光催化剂大多是价格较为昂贵的铱或钌催化剂，因此，发展一些价格便宜，无污染的非金属催化剂（比如有机染料）显得十分重要。
由此可见，发现一种利用光催化来构建含氮杂环的合成新方法很有必要，同时期望此合成方法具有高效、温和、易于操作、原料廉价易得等方面的特点，该课题的实现将进一步丰富有机合成方法学体系，同时在天然产物、生物活性或药物活性分子的全合成中具有潜在的应用价值。
1.3菲啶类化合物的合成方法
菲啶类化合物的合成方法主要是通过异腈的串联关环同时引入其他官能团[59]来实现。在传统的研究方法中，主要使用过渡金属作为催化剂，如钯[10]，金[11]，银[12]、铁[13]，锰[14]等，这类金属催化剂价格较为昂贵，对环境也会造成一定的污染。
近年来，随着光催化化学的发展，绿色化学理念的提出，研究者们将目光投向了光化学领域，希望能利用光催化条件实现菲啶类化合物的合成，但是在已经报道的光催化方法中也存在一定的缺陷，比如使用的条件过于苛刻复杂、反应时间过长，且大多使用价格昂贵的过渡金属催化剂铱或者钌。
2013年，张艳、俞寿云等人[15]使用facIr(ppy)3光催化剂，以异腈为原料，溴代试剂作为烷基化试剂，在碱的存在下，实现了异腈的串联关环烷基化反应，合成了一系列的菲啶类衍生物（图2）。他们认为该反应的机理（图3）可能经由一个自由基历程，涉及催化剂的氧化还原和烷基自由基的产生，从而实现异腈的烷基化反应。但是他们在反应中使用的光催化剂是facIr(ppy)3，价格较为昂贵，同时使用了有机卤代试剂作为烷基化试剂，具有潜在的毒性。
图2 铱催化异腈的烷基化
Scheme 2 The alkylation of isonitrile by iridium catalysis
图3 铱催化异腈烷基化的机理
Scheme 3 Proposed mechanism for alkylation of isonitrile by iridium catalysis
Jamison等人[16]在2014年以异腈作为原料，以羧酸碘苯作为烷基化试剂，以facIr(ppy)3作为光催化剂，在光催化下通过氧化脱羧以981%的收率合成了多取代的喹喔啉衍生物（图4）。他们认为该方法涉及自由基的产生，经历了氧化淬灭的反应机制。该策略在底物适用性上存在一定的限制，对于强吸电子基团取代的烷基化试剂收率较低，对于存在CBr键的烷基化试剂，不能发生该类反应，另外，该方法使用了当量的高价碘试剂，具有潜在的危险性。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
1 引言4
1.1 菲啶类化合物的重要性4
1.2 光催化的研究意义4
1.3 菲啶类化合物的合成方法5
1.4 N酰基邻苯二甲酰亚胺酯6
2 课题的提出与设计7
3 材料与方法7
3.1 实验所用的主要仪器和试剂 7
3.1.1 本实验所用的主要仪器7
3.1.2 本实验所用的主要试剂8
3.2 原料的制备方法8
3.2.1 原料异腈1的制备8
3.2.2 N酰氧基苯甲酰亚胺2的制备9
4 结果与讨论9
4.1 反应条件的优化9
4.1.1 催化剂对反应的影响9
4.1.2 还原剂对反应的影响9
4.1.3 碱对反应的影响10
4.1.4 溶剂对反应的影响10
4.2 底物范围11
4.3 代表性化合物的相关表征数据12
5 论文小结与展望13
致谢13
参考文献14
附录16
基于可见光促进的还原脱羧烷基化串联关环反应构建菲啶类杂环化合物
引言
1 引言
1.1 菲啶类化合物的重要性
含氮杂环是一类重要的有机化合物，该类分子骨架广泛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
存在于天然产物、生物活性分子以及药物活性分子中[1]。例如，菲啶，吲哚，喹啉和异喹啉等，这类化合物往往在有机合成，医药化学和材料科学中具有重要意义。
菲啶类化合物在有机化学和药物化学领域是一类重要的化合物，它们往往表现出抗肿瘤，抗白血病，抗病毒和抗真菌等生物活性。例如，NK109是一种含有菲啶类结构的生物碱，它具有显著的抗肿瘤活性[2]；石蒜碱内铵盐 (lycobetaine) 可以用于治疗消化道癌、肝癌、卵巢癌、肺癌、头颈部癌、恶性淋巴瘤等，其中对胃癌、卵巢癌疗效较好。类似的还有trisphaeridine、fagaronine、5HT receptor等(图1)。鉴于这些化合物的重要性，如何构建含氮杂环在有机合成领域一直是研究的重点和热点之一。
图1 菲啶类化合物的药物、生物活性分子结构
Scheme 1 The biological activity of phenanthridinecontaining molecules
1.2 光催化的研究意义
近年来，随着绿色化学理念的提出，科研人员也提出了更加高效、清洁和经济的新反应模式。19世纪初期，就有人提出利用丰富的太阳能发展光催化的有机化学反应[3]。在过去几十年间，高能量的紫外光促进的有机反应有了长足的发展，但是利用可见光诱导的有机反应报道却可见寥寥。事实上，地面接收的阳光中，可见光占了将近43％[4]。尽管能吸收可见光的有机分子只有小部分，但是通过引入光催化剂，产生光催化循环，许多反应可以在可见光照射条件下发生反应。因此，后者的发展在直接利用清洁、可再生的太阳能资源方面更具优势。另外，可见光诱导的反应中使用的光催化剂大多是价格较为昂贵的铱或钌催化剂，因此，发展一些价格便宜，无污染的非金属催化剂（比如有机染料）显得十分重要。
由此可见，发现一种利用光催化来构建含氮杂环的合成新方法很有必要，同时期望此合成方法具有高效、温和、易于操作、原料廉价易得等方面的特点，该课题的实现将进一步丰富有机合成方法学体系，同时在天然产物、生物活性或药物活性分子的全合成中具有潜在的应用价值。
1.3菲啶类化合物的合成方法
菲啶类化合物的合成方法主要是通过异腈的串联关环同时引入其他官能团[59]来实现。在传统的研究方法中，主要使用过渡金属作为催化剂，如钯[10]，金[11]，银[12]、铁[13]，锰[14]等，这类金属催化剂价格较为昂贵，对环境也会造成一定的污染。
近年来，随着光催化化学的发展，绿色化学理念的提出，研究者们将目光投向了光化学领域，希望能利用光催化条件实现菲啶类化合物的合成，但是在已经报道的光催化方法中也存在一定的缺陷，比如使用的条件过于苛刻复杂、反应时间过长，且大多使用价格昂贵的过渡金属催化剂铱或者钌。
2013年，张艳、俞寿云等人[15]使用facIr(ppy)3光催化剂，以异腈为原料，溴代试剂作为烷基化试剂，在碱的存在下，实现了异腈的串联关环烷基化反应，合成了一系列的菲啶类衍生物（图2）。他们认为该反应的机理（图3）可能经由一个自由基历程，涉及催化剂的氧化还原和烷基自由基的产生，从而实现异腈的烷基化反应。但是他们在反应中使用的光催化剂是facIr(ppy)3，价格较为昂贵，同时使用了有机卤代试剂作为烷基化试剂，具有潜在的毒性。
图2 铱催化异腈的烷基化
Scheme 2 The alkylation of isonitrile by iridium catalysis
图3 铱催化异腈烷基化的机理
Scheme 3 Proposed mechanism for alkylation of isonitrile by iridium catalysis
Jamison等人[16]在2014年以异腈作为原料，以羧酸碘苯作为烷基化试剂，以facIr(ppy)3作为光催化剂，在光催化下通过氧化脱羧以981%的收率合成了多取代的喹喔啉衍生物（图4）。他们认为该方法涉及自由基的产生，经历了氧化淬灭的反应机制。该策略在底物适用性上存在一定的限制，对于强吸电子基团取代的烷基化试剂收率较低，对于存在CBr键的烷基化试剂，不能发生该类反应，另外，该方法使用了当量的高价碘试剂，具有潜在的危险性。
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