本文建立了一系列高度区域选择和立体选择性的烯键上氨溴加成反应新体系,从大量的实验结果中总结了该类反应的普遍性机理,提出反应按照何种机理进行,依赖于底物结构的新见解。对于烯键氨溴加成反应的应用研究进行了深入探索,建立了由氨溴加成产物定量合成相应氮丙啶和由氮丙啶高收率合成脱氢氨类化合物的新方法,提出了相应的反应机理。全文共分9章。第1章为研究背景及选题依据；第2章-第8章为烯键上的氨溴加成反应新体系及其应用研究；第9章为全文总结。主要工作包括以下7章：1铜粉催化α,β-不饱和酮的氨溴加成反应研究(第2章)基于一价铜盐和二价铜盐及其络合物能催化烯键上的氨卤加成反应的研究结果,也基于单质铜粉能被N-溴代丁二酰亚胺(NBS)氧化成较高价铜这一原理,我们提出了单质铜粉有可能被原位氧化生成路易斯酸而对烯键上的氨溴加成反应有催化作用这一研究设想。本章以对甲苯磺酰胺(TsNH2)和N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为氮源和卤素源,以铜粉为催化剂,成功的建立了铜粉催化的α，β-不饱和酮氨溴加成反应新方法。该方法具有高度的立体选择性和区域选择性,在温和的反应条件下,无需氮气保护,大多数α,β-不饱和酮几乎能定量的转化成相应的加成产物,且催化剂的用量仅为底物的1mol%,为合成邻位氨溴衍生物提供了一个有效的途径。实验结果证明,α，β-不饱和酮中与双键直接相连苯环上强的供电子基能活化C=C双键的反应活性,而吸电子基却有顿化C=C双键反应活性的趋势。区域选择性也受控于苯环上的取代基的性质,供电子基能选择性的给出α-溴-β-氨基加成产物,而吸电子基能选择性的生成α-氨基-β-溴加成产物。该体系共研究了26个例子,证明新方法有广泛的适应性。2铝粉催化烯键上的氨溴加成反应研究(第3章)基于铜粉具有很好的催化作用这一实验事实,本章对常见的17种过渡金属和主族金属进行了筛选,发现多种金属单质均有较好的催化作用,其中铝粉的催化效果最好,于是建立了铝粉催化烯键上的氨溴加成反应新方法。该方法以TsNH2/NBS为氮源和卤素源,以二氯甲烷为溶剂,以低毒、经济、稳定的单质铝粉为催化剂,在室温无氮气保护条件下,能够以高度的立体选择性和区域选择性,高收率的使α,β-不饱和羰基化合物(包括α,β-不饱和酮、α、β-不饱和酯)和普通烯烃(包括链烯和环烯)转变成相应的邻位氨溴加成产物。在大量实验的基础上,提出了在该反应条件下的两类可能的反应机理(溴鎓离子过程和氮鎓离子过程)两类反应机理很好地解释了产物的立体选择性和区域选择性。(±)-trans-3-溴-4-(3,4,5-三甲氧基苯基)-4-(对甲苯磺酰氨基)-2-丁酮16c单晶结构证实了以上推理的可靠性。对于富电子烯烃,反应按溴鎓离子过程进行。对于缺电子烯烃,反应按氮鎓离子过程进行。本章共考察了24个例子,证明有广泛的适应性。在所考察的多种金属单质催化烯烃的氨溴加成反应中,虽然铝粉是一种最有效的单质催化剂,实验中发现,Cr、Mn、Zn、Mg、Sn、Sb和Pb单质粉末在相同条件下也有较好的催化作用。3硅粉催化烯键上的氨溴加成反应研究(第4章)继发现金属单质有很好的催化作用后,我们在思考一个问题,非金属单质能否也具有良好的催化作用呢?为此,我们对常见的11种非金属单质进行了筛选,发现单质硅粉也可有效的催化碳碳双键上的氨溴加成反应。所建立的硅粉催化新体系不仅适应于α,β-不饱和羰基化合物,而且也适应于普通烯烃,具有广泛的适应性(30个例子)。当用TsNH2和NBS组合体系作为氮源和卤素源时,产物具有高度的区域选择性和立体选择性。在非常温和的反应条件下,对于富电子烯烃能够几乎给出定量的反应收率,而缺电子烯烃也能顺利进行。单质硅粉作为催化剂的另一优点在于使产物避免残留金属离子,这在药物合成中是非常重要的。硅粉作为催化剂具有毒性低、价格低廉、可以重复使用以及易与产物分离等优点,因此是制备邻位氨基卤素合成子的有效催化剂。特别重要的是,硅粉作为催化剂使用于有机反应中,本文可能成为首例。除了单质硅粉能有效催化碳碳双键上的氨溴加成反应外,实验证明,单质硼粉也有很好的催化作用。这一结果有望对有机硼化学的深入研究有一定的推动作用。4酒石酸催化烯键上的氨溴加成反应研究(第5章)文献报道,不仅路易斯酸是烯键上氨卤加成反应的有效催化剂,而且Br(?)nsted酸(如硫酸)也是该反应的良好催化剂。考虑到硫酸的腐蚀性,我们对22种有机酸的催化性能进行了考察,发现(+)-酒石酸也能有效催化烯键上的氨卤加成反应。于是我们建立了(+)-酒石酸催化的高度区域选择和立体选择性氨溴加成反应新方法。该反应提供了一个由有机小分子催化的,以TsNH2/NBS为氮源和卤源、在室温下无需惰性气体保护的烯烃氨溴加成反应新范例。该方法具有适应范围广(21个例子)、操作方便、产品易于纯化等特点。酒石酸作为催化剂的显著特点是无毒、副作用,在药物合成中具有较高的安全性。对于α,β-不饱和羰基化合物来说,当与双键相连苯环对位有强供电子基时,其产物为α-溴-β-氨基结构,当与双键相连苯环对位有吸电子基时,其产物为α-氨基-β-溴结构。5磷酸钾催化氮溴代乙酰胺(NBA)与β-硝基苯乙烯衍生物区域专一性氨溴加成反应研究(第6章)为了扩大氨卤加成反应的研究范围,本章建立了一个简单有效的β-硝基苯乙烯衍生物的氨溴加成反应新方法。在室温下,以N-溴代乙酰胺(NBA)为氮源/卤素源,在二氯甲烷中,以K3PO4为催化剂,无需惰气保护,β-硝基苯乙烯衍生物能被方便而有效的转化成具有邻位氨溴双官能团的有机合成子。在所考察的21个例子中,其收率在78-99%,所有产物的溴原子均选择性加在了与硝基相连的碳原子上,而氨基氮原子均选择性加在了与苯环相连的碳原子上,呈现出区域专一性。磷酸钾作为催化剂具有成本低、无毒、使用方便和储存稳定等特点。实验结果表明,底物双键的电子密度越低,反应的活性越高,这一趋势证明该反应具有共轭亲核加成的特点。本章提出的共轭亲核加成的机理,很好的说明了底物反应活性大小的规律性和产物应具有的立体化学特征。6无溶剂研磨法快速定量合成氮丙啶的研究(第7章)氮丙啶类化合物是一种重要的有机合成子,很多具有生物活性的物质,如氨基酸、β-内酰胺抗生素、生物碱均可由氮丙啶衍生而来。目前虽然合成氮丙啶的方法较多,但都是在有机溶剂中进行,收率不高,并且要用到金属催化剂。作为氨卤加成反应的应用研究,为了探索更有效的合成氮丙啶方法,我们由烯烃的氨溴加成产物出发,开展了无溶剂研磨法快速定量合成氮丙啶的研究。研究结果表明,K2CO3/尿素组合体系能高效催化具有1,2-邻位氨溴结构化合物的氮丙啶化反应,并且发展了一个反应容易、环境友好的将各种烯烃的氨溴加成产物100%地转化成相应氮丙啶的新方法。该方法在无溶剂条件下,在室温和空气环境中通过研磨可实现快速定量合成氮丙啶。尤其是后处理非常方便,仅需要用有机溶剂把产物从反应混合物中萃取后,蒸掉有机溶剂就能得到几乎纯净的产物。该方法具有广泛的适应性,不仅适合于各种具有1,2-邻位氨溴结构的酮、烷烃,还能适应于各种具有1,2-邻位氨溴结构的酯。该方法与已报道的方法相比,具有很多潜在的优势,如定量反应、反应条件温和、快速(反应最长不超过60min)、后处理简单和避免了使用金属催化剂对产物的污染等。7硫脲催化的α,β-脱氢氨类化合物的合成研究(第8章)具有功能化的烯胺是药物化学合成中的重要合成单元,它们不仅可应用于亲电加成和亲核加成反应中,同时也是光化学与电化学中有关化合物合成的重要合成子,尤其是在杂环化合物的合成中有着非常重要的作用。作为氮丙啶重要用途之一,如何把氮丙啶高收率地转化成相应的α，β-脱氢氨类化合物(烯胺),是目前有机合成的热点之一。为此,本章开展了将各种氮丙啶转化成相应α，β-脱氢氨类化合物新方法的研究,并建立了由氮丙啶转化成α,β-脱氢氨类化合物的新方法。在无水K2CO3/NH2CSNH2催化下,在CH2Cl2:DMF=1:1(v/v)的混合溶剂中,各种不同结构的氮丙啶均能几乎定量的转化成α,β-脱氢氨类化合物(16个例子,收率97-99%)。该方法操作简单,催化剂易得、稳定,价格低廉,为合成α,β-脱氢氨类化合物提供了一个有效的途径。本章对反应机理进行了探讨。
