铜催化卤代芳烃氨基化反应研究毕业设计 (2)

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管和高分子材料中具有广泛的应用。

一些含氮杂环化合物的合成一直是有机化学家研究的热点之一。在为数众多的合成方法中，构建C-N键是重中之重，而铜催化Ullmann偶联构建C-N键是一种非常重要的方法，近些年来吸引了广大化学研究者的注意。越来越多的铜催化Ullmann交叉偶联的方法被建立起来。

下面，本论文将着重介绍铜催化Ullmann偶联反应及喹唑啉酮、二氢喹唑啉酮和苯并咪唑等含氮杂环的应用及合成研究进展。

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2 Ullmann反应

2.1 Ullmann反应的发展历史

早期的Ullmann 反应中需要苛刻的反应条件（高温、强碱、当量的铜或者铜盐，较长的反应时间），而且产率不高，导致了这个反应较难推广应用。在Ullmann反应一百多年的发展过程中，化学家们发展了很多方法来克服以上缺点。在钯和镍催化剂被发现和应用以后，人们发现钯和镍具有反应条件温和、反应简单以及后处理简单等优点。但钯催化剂价格昂贵，以及要用不稳定并且剧毒的有机磷做配体，镍催化剂的毒性本身就很大。为了克服以上缺点，寻找廉价并且低毒的有效催化剂，化学家们对铜催化的Ullmann 反应又产生了浓厚的兴趣

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Buchwald小组、Hartwig小组和马大为小组在传统Ullman反应的复兴中做出了开创性工作，他们的主要贡献在于

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：（1）使用合适的配体、碱和溶剂，使该反应在

温和的条件下就可以进行；（2）拓展了该反应形成碳－碳和碳－杂键底物的适用范围以及官能团兼容性，并把这一反应由芳基化合物拓展到烯基化合物的交叉偶联。关于这方面的改进的新的文献报道不断，这表明这一领域已经成为最近几年的研究热点之一，有人评论Ullmann反应进入了“后Ullmann 化学时代”。

Ullmann反应可以用下面的通式表示,如图1-2。

图2-1 Ullmann反应通式

从上面的通式中，我们可以看出，在典型的Ullmann 反应中，将不饱和卤代物和亲核体进行偶联时需要铜源，最具代表性的就是CuI。在某些情况下，单质铜以及两价铜盐都能很好的促进反应的进行。常用的碱是K2CO3，Cs2CO3，K3PO4等等，通常无机碱比有机碱应用要多。在很多情况下，碱的选择要比铜源的选择来的更重要，认为只有当碱的去质子速度和偶联速度相匹配时才能使反应很好的进行。现Ullmann反应由于配体的引入，开始从大极性、高沸点溶剂向环境友好溶剂过渡，如THF,DME 等等。配体

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的选择因反应而异，但总体上选择含氮或含氧的双齿配体，也有用氨基酸和磷配体的。N， N-二甲基乙二胺配体是应用最多，效果较好的配体。

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2.2 Ullmann反应的研究领域

目前，对Ullmann 反应的研究主要集中C－N键、C－C键、C－O键、C－S（Se）键、C－P键以及C－X键等的形成上，其中对C－N键C-C键的形成研究最多，范围也最广泛。下面主要介绍C－N键、C－C键、C－S（Se）键、C－P键的形成。其中重点介绍C-N,C-C键的形成。

2.2.1 C-N 键的形成

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在Ullmann 偶联反应研究中，C-N 键的形成应该是研究的最为系统和最为透彻的。氮源可以是酰胺、胺、烯胺和氮杂类化合物，卤代物可以是碘代及溴代苯，某些情况下，氯代苯和酰胺也可以很好的反应。最近，烯基碘代物和烯基溴代物也成功的实现了和酰胺类含氮化合物的偶联，并应用于有机合成中。在1998年，马大为等报道了卤代芳烃与α-氨基酸之间进行偶联得到N-芳基-α-氨基酸的反应。该反应使用CuI作为催化剂，溶剂为DMA ，反应条件温和。此后，马大为小组在此工作基础上，发展了以氨基酸或氨基酸衍生物为配体来促进Ullmann反应的方法，拓展了底物的适用范围，把该方法应用到芳胺、烯基酰胺以及烯基叠氮等的合成。Buchwald等人最近比较系统的研究了铜催化的胺芳基化和烯基化反应。经过反复的优化，Buchwald 小组最终找到了一种通用的C－N偶联方法，该方法反应条件温和、简单、而且高效。在研究中，他们发现配体在该反应中起着及其重要的作用，如果不用配体，在他们的实验条件下该反应基本上不发生

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。在他们的研究体系里，N， N- 二甲基乙二胺类配体的

效果最好，使用这该类配体以1-5mol%的CuI作为催化剂，部分反应就能以高达99％的收率得到预期产物，一些底物在较低温度甚至在室温条件下反应也能取得很好的结果。这与传统的Ullmann反应通常需要200 ℃以上的高温条件相比无疑是一个巨大的进步。

(1) 取代芳香烃与含氮化合物的偶联反应

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图2-2 .铜催化芳香胺，脂肪胺，酞胺，以及氮杂环等的芳香化反应

取代芳香烃与含氮化合物的偶联反应反应式如图2-2所示。其中包括取代芳香烃

与芳香胺的偶联反应、与脂肪胺的偶联反应、与酞胺的偶联反应以及与含氮杂环类化合物的偶联反应。化学家们在成功实现这类反应的过程中开发了各种各样的配体，为此类反应增加了更多的可选途径

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（2）烯基、炔基酞胺类化合物的合成

图2-3烯基、炔基酞胺类化合物的合成

1991年，Ogawa课题组首次报道了取代烯烃与含氮化合物的偶联反应，但是只得到中等收率。Buchwald课题组对该反应进行了优化，他们以N, N-二甲基乙二胺为配体，在THF溶液中50-70℃条件下完成了了此反应，并获得较高的产物收率。不久后，马大为课题组用廉价易得的氨基酸作为配体对此反应进行了优化，也获得理想的产物收率。

2004年，Hsung课题组报道了在60-95℃条件下实现了取代炔烃与酞胺的偶联反应，这是首次此类型反应在如此温和条件下进行。他们课题组以硫酸铜为催化剂，用1，10-菲罗啉为配体来催化反应体系，获得较高的产物收率。随后，Hsung课题组和

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Trost课题组分别报道了取代炔烃与氨基甲酸酯，尿素等的偶联反应并获得理想的产物收率。

2.2.2 C-C 键的形成

1901年，德国化学家Ullmann首次报道了在高于200℃的条件下，两分子邻硝基溴苯在一定当量的铜粉存在的条件下生成联苯化合物的偶联反应，反应如图2-4所示

图2-4乌尔曼反应：联苯化合物的生成

经过化学家们无数的探索和改进，现在铜作为催化剂的适用范围己经很广，通过加入合适的配体，该反应可以在很温和的条件下实现多种类型的C一C偶联反应。

（1）卤代芳香烃与炔烃的偶联反应

图2-5 铜催化卤代芳烃与炔烃的偶联反应

1993年，Miura首次报道了以CuI作为催化剂，以PPh3为配体，以K2CO3作为碱的条件下，在DMF溶液中成功实现了卤代芳香烃与炔烃化合物的偶联反应。在他的反应中，溴代芳烃不容易与炔烃偶联，收率低于30%，活泼的碘代芳烃较容易与炔烃发生反应，得到较高的产物收率。2007年，李金恒用DABCO作为配体，在相似的反应条件下，成功使氯代芳烃与炔烃发生偶联反应，得到理想的产物收率。

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