含氮类化合物是一类重要的化合物。其广泛存在于天然产物和药物中,通常具有广泛的生物活性。据统计,2009年全美上市药物销售排名前200的药物中,有近80%的药物分子含有氮原子。异氰化合物是一类非常重要的两性合成中间体。我们基于异氰的插入反应设计、发展了两类金属钯催化的异氰插入反应：异氰的亚胺化反应和异氰的氰化反应。利用上述的两类异氰插入反应,我们构建了含喹唑啉骨架、稠合的喹唑啉骨架、苯并咪唑并咪唑骨架、苯并咪唑并喹唑啉骨架、吲哚骨架和异喹啉骨架等的含氮杂环化合物,丰富了我们已经组建的类天然小分子化合物库的分子多样性和结构复杂性。本文主要内容分为四部分：1.研究了金属钯催化的2-卤代芳基碳二亚胺、仲胺和异氰化合物的三组分串联反应,利用该反应合成了一系列的2-氨基-4-亚胺基喹唑啉化合物。该反应以Pd(OAc)2为催化剂、以单齿的PCy3为配体和以Cs2CO3为碱,一步串联亲核加成、异氰的亚胺化反应和金属钯催化的C-N键的形成反应。反应简单、高效,一步涉及多个新化学键的形成,成键效率高。此外,往体系里面加入路易斯酸三氯化铁作为碳二亚胺的活化剂,我们还把仲胺亲核试剂拓展到了亚磷酸酯类化合物,合成了2-亚磷酸酯基-4-亚胺基喹唑啉化合物。为了实现伯胺参与的2-卤代芳基碳二亚胺的异氰化合物的亚胺化反应,我们发展了以对称的2-碘代芳基碳二亚胺为原料的异氰的亚胺化反应。在没有磷配体参与下,我们高效地合成了一系列的稠合喹唑啉化合物。反应中涉及了亲核加成、两次异氰的亚胺化反应和两次金属钯催化的C-N键的形成。当我们控制异氰化合物的加入量时,我们可以控制异氰的亚胺化反应的发生次数,反应得到了苯并咪唑并喹唑啉化合物。该化合物的合成过程中仅仅经过了一次异氰的亚胺化反应。2.发展了一例合成苯并咪唑并咪唑化合物的串联反应。该反应以2-卤代芳基碳二亚胺和异氰基乙酸酯类化合物为原料,以CuI为催化剂。反应串联了[3+2]环化反应和铜催化的C-N键的形成。反应简单、高效、底物适用性广。而且,经过上述串联反应得到的含卤素的目标产物可以进行下一步的转化。我们以经典的Suzuki反应和Sonogashira反应为例,研究了金属钯催化的目标产物的衍生化反应,反应均以中等以上的收率得到衍生化产物。3.发现一例金属钯(Ⅱ)催化的异氰插入反应。反应以N,N-二甲基-2-炔基苯胺为原料、以醋酸银为氧化剂和以醋酸钾为添加剂,在醋酸钯的作用下合成了氨基双取代的3-酰胺基吲哚化合物。反应串联了分子内的6-endo环化、异氰的亚胺化、与醋酸根(OAc-)的还原消除和分子内的重排反应。反应简单、高效、底物适用性广,一步涉及多个新化学键的形成,成键效率高。机理研究显示：反应经过了吲哚钯的阳离子中间体。4.发展了两例金属钯催化的异氰化合物的选择性氰化反应和酰胺化反应,这种选择性由反应溶剂来控制。首先,我们以N,N-二甲基-2-炔基苯胺为原料、以三氟醋酸银为氧化剂和三氟醋酸钯为催化剂,以无水1,2-二氯乙烷为溶剂的情况下实现了3-氰基吲哚化合物的合成。该反应简单、高效。反应串联了6-endo环化、异氰的亚胺化、叔丁基正离子的离去和氰化反应。底物适用性考察发现：由二级碳取代的伯胺衍生得到的异氰化合物如环己基异氰也能作为非金属氰源参与上述的氰化反应,得到3-氰基吲哚化合物。机理研究显示：体系里面过量的三氟醋酸根离子是这个反应成功的关键之一。同时,当我们使用四氢呋喃为溶剂、以水为添加剂时,反应高效地得到了氨基单保护的3-酰胺基吲哚化合物。此外,我们将上述的金属钯催化的以异氰为非金属氰源的氰化反应拓展到了2-炔基苯甲醛亚胺与异氰化合物的反应。我们得到了由溶剂控制的选择性氰化反应和酰胺化反应,分别得到了4-氰基异喹化合物和4-酰胺基异喹啉化合物。反应中,当我们使用无水的乙腈为溶剂时,反应经过了6-endo环化、异氰的亚胺化、叔丁基正离子的离去和氰化反应,得到了4-氰基异喹啉化合物；当我们使用分析纯的乙腈为溶剂时,溶剂中微量的水参与了反应,反应经过了6-endo环化、异氰的亚胺化、金属钯与水发生的配体交换反应和还原消除,得到了4-酰胺基异喹化合物。
