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研究生: 陳俊豪
論文名稱: 有機金屬金、銀催化炔類分子環化加成及碳烷氧基化應用於雜環分子合成之研究
Synthesis of Heterocycles via Gold and Silver-Catalyzed Cycloadditions and Carboalkoxylations of Alkynes
指導教授: 劉瑞雄
口試委員: 陳建添
陳貴通
陳銘洲
吳明忠
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 623
中文關鍵詞: 有機金屬金、銀炔類分子環化加成碳烷氧基化
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  • 中文摘要

    最近幾年來由於氣候異常所造成的天災,讓人類開始注意自己所居住的地球環境維護,而迫使全世界去尋找對環境友善以及符合經濟效益的生產機制。在所有領域中,與生活息息相關的化學當然也沒缺席,因此,越來越多的團隊開始著手致力於綠色化學(green Chemistry)的研究與開發。在眾多反應中,過渡金屬催化反應具備條件溫和、低能源消耗、高度的位置(regio-)及立體位向(stereo-)選擇性、高官能基容忍度等優點,並且有效縮短化合物合成步驟,因而兼具環保與學術研究上之重要性,使得過渡金屬催化反應在近年來蓬勃發展。本篇論文分為四部份,分別探討有機金屬催化1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔、1,5-烯炔的環化加成反應與2-乙炔苯甲基醚的環化異構化反應。
    第一部份利用銀金屬AgOTf催化1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔分子進行6-exo-dig含氮環化反應/[3+2]-環化加成序列反應。控制實驗發現


    II
    異喹啉與烯醚進行環化加成的活性極差,因此,我們推論極可能是非
    芳香性兩性離子的中間體進行[3+2]偶極環化加成反應,並且排除異喹啉是中間體的可能性。
    第二部份是發現1,5-烯炔在金金屬P(t-Bu)2(o-biphenyl)AuSbF6催化下與亞硝基苯進行環化/氧化性[3+2]-環化加成反應,形成三環的雜環產物。特別的是亞硝基苯在反應過程中除了作為兩個原子的建構單元外,也造成烯炔分子的氧化。此類反應在有機金屬催化烯炔環化加成反應中是史無前例的設計概念。

    第三部份是延續第二部份的研究內容,以金金屬P(t-Bu)2(o-biphenyl)AuNTf2催化含環丙烷烯炔進行分子內環化反應生成環丙基金金屬亞甲基的中間體,接著,利用醛或亞硝基苯捕捉環丙
    基金金屬亞甲基中間體,並經由擴環生成環丁烯衍生物。

    III

    第四部份是使用理想化金金屬催化劑與不同陰離子錯合物催化2-乙炔基芐基醚進行具位向選擇性的環化異構化反應而得到1-與3-取代2-甲氧基-1-氫-茚。BAr4F- 離子與分子塞存在下易生成1-取代的茚基醚,而NTf2- 與水存在下則易產生3-取代的茚基醚。此外,我們以臭氧將茚基醚進行氧化性斷鍵反應而有效地得到高度氧化的產物。



    Chapter I
    We report the Ag(I)-catalyzed tandem 6-exo-dig-azacyclization/[3+2] cycloaddition cascades on 1-tosylhydrazon-4-oxy-5-ynes to form complicated azacyclic products efficiently. Control experiments exclude the intermediacy of isoquinolinium species because of its poor activity in the cycloaddition with enol ether. We hypothesize that the [3+2] dipolar cycloadditions likely occur on non-aromatic zwitterionic intermediates.

    Chapter II
    We report herein the gold-catalyzed cyclization/oxidative [3+2] cycloadditions of 1,5-enynes with nitrosobenzenes. Notably, nitrosobenzenes not only provide two-atom building units, but also lead to the alkyne oxidation. Such a reaction pattern is unprecedented in metal-catalyzed cycloadditions of 1,n-enynes.
    V

    Chapter III
    We have developed a formal [2+2+2] cycloaddition of 1,5-enyne with aldehydes or nitrosobenzenes to give cyclobutene derivatives. This reaction involves the cyclopropyl gold carbene intermediate, which is trapped by aldehydes or nitrosobenzenes.

    Chapter IV
    In this work, we demonstrate the effects of the counter anions (X) of P(t-Bu)2(o-biphenyl)X and water, to control the regioselective formation of 1- or 3-substituted 2-methoxy-1-H-indenes from the same

    VI
    2-alkynylbenzyl ethers; these two indenyl ethers can be oxidative cleaved by O3 to give two distinct highly oxygenated products, thus highlighting the synthetic utility.

    目錄 謝誌……………………………………………………………………………………I 中文摘要……………………………………………………………………………..II 英文摘要……………………………………………………………………………III 發表著作…………………………………………………………………………..VIII 縮寫對照表…………………………………………………………………………..IX 實驗藥品之中文對照表………………………………………………………………X 目錄…………………………………………………………………………………XVI 圖目錄………………………………………………………………………………..XX 表目錄……………………………………………………………………………..XXII 附圖目錄…………………………………………………………………………XXIII 第一章 銀金屬催化1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔進行6-exo-dig-含氮環化反應/[3+2]-環化加成序列反應-適用於多種烯類 第一節 緒論 1 第二節 文獻回顧 2 2.1 銅金屬催化[3+2]-偶極環化加成反應………………………………….......2 2.2 金屬催化含氧炔基質進行[4+2]/[3+2]-串聯環化反應/環化加成序列反…3 2.3 銀金屬催化N’-2-炔基苯亞甲基酰肼進行串聯環化/環化加成序列應…..6 第三節 結果與討論………………………………………………………………... ..9 3.1 實驗動機與構想…………………………………………………………….9 3.2 1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔與多電子烯分子進行[3+2]-環化加成反應….11 3.3 1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔與缺電子烯分子進行[3+2]-環化加成反應….13 XVI 3.4 1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔與烯類進行[3+2]-環化加成反應機構的探討.15 第四節 結論…………………………………………………………………………17 第五節 實驗部份……………………………………………………………………18 5.1 實驗操作通則……………………………………………………………...18 5.2 基質合成…………………………………………………………………...20 5.3 銀金屬催化1-甲苯磺酰基腙-4-氧-5-炔與烯類進行環化加成之操作…..24 5.4 光譜資料…………………………………………………………………...26 第六節 參考文獻……………………………………………………………………35 第二章 金金屬催化1,5-烯炔與亞硝基苯在無額外氧化劑情況下進行環化/氧化性[3+2]-環化加成反應 第一節 緒論…………………………………………………………........................72 第二節 文獻回顧……………………………………………………………………73 2.1 低價數銠金屬催化烯炔與小分子進行環化加成反應…………………...73 2.2 金金屬催化烯炔與小分子進行環化加成反應…………………………...76 2.3 金金屬屬催化亞硝基分子進行環化加成反應…………………………...78 第三節 結果與討論………………………………………………………………....80 3.1 實驗動機與構想…………………………………………………………...81 3.2 反應條件最佳化…………………………………………………………...81 3.3 1,5-烯炔與亞硝基苯進行氧化性[3+2]環化加成反應…………………….84 3.4 1,5-烯炔與不同亞硝基苯進行氧化性[3+2]環化加成反應……………….88 3.5 亞硝基苯單體與二聚體之氧化金金屬亞甲基的活性比較……………...89 3.6 金金屬催化1,5-烯炔進行環化/氧化性[3+2]環化加成反應的機構探討..91 第四節 結論…………………………………………………………………………94 第五節 實驗部份……………………………………………………………………94 XVII 5.1 實驗操作通則……………………………………………………………...94 5.2 基質合成…………………………………………………………………...96 5.3 金金屬催化1,5-烯炔進行環化/氧化性[3+2]環化加成反應之實驗操作102 5.4 光譜資料………………………………………………………………….103 第六節 參考文獻…………………………………………………………………..129 第三章 金金屬催化1,5-烯炔與醛分子或亞硝基苯進行[2+2+2]環化加成反應:簡單合成環丁烯衍生物之方法 第一節 緒論………………………………………………………………………..220 第二節 文獻回顧…………………………………………………………………..221 2.1 過渡金屬催化環丙烷衍生物進行擴環反應…………………………….221 2.2 運用親核性分子捕捉環丙基金金屬亞甲基的中間體………………….223 2.3 金金屬催化烯炔與羰基分子進行環化加成反應……………………….225 第三節 結果與討論………………………………………………………………..227 3.1 實驗動機與構想………………………………………………………….228 3.2 反應條件最佳化………………………………………………………….228 3.3 1,5-烯炔與醛分子進行[2+2+2]環化加成反應…………………………...230 3.4 不同1,5-烯炔與醛分子或亞硝基苯進行環化加成反應………………..233 3.5 金金屬催化1,5-烯炔進行[2+2+2]環化加成反應的機構探討………….235 第四節 結論………………………………………………………………………..237 第五節 實驗部份…………………………………………………………………..237 5.1 實驗操作通則…………………………………………………………….238 5.2 基質合成………………………………………………………………….240 5.3 金金屬催化1,5-烯炔進行[2+2+2]環化加成反應之實驗操作………….244 5.4 光譜資料………………………………………………………………….245 XVIII 第六節 參考文獻…………………………………………………………………..289 第四章 金金屬催化2-乙炔基芐基醚進行碳烷氧基化反應以合成1-與3-取代2-甲氧基-1-氫-茚: 布忍斯特酸與金催化的比較 第一節 緒論………………………………………………………………………..381 第二節 文獻回顧…………………………………………………………………..381 2.1 金金屬催化炔分子進行環化異構化反應……………………………….382 2.2 鈀與鉑金屬催化炔分子進行碳烷氧基化反應………………………….383 2.3 金金屬催化炔分子進行碳烷氧基化反應……………………………….386 第三節 結果與討論………………………………………………………………..387 3.1 實驗動機與構想………………………………………………………...387 3.2 反應條件最佳化………………………………………………………...388 3.3 金金屬催化2-乙炔基芐基醚進行碳烷氧基化反應…………………….391 3.4 臭氧與芐基醚進行氧化性斷鍵反應…………………………………….395 3.5 金金屬催化2-乙炔基芐基醚進行碳烷氧基化反應的機構探討……….398 第四節 結論………………………………………………………………………..401 第五節 實驗部份…………………………………………………………………..402 5.1 實驗操作通則…………………………………………………………….402 5.2 基質合成………………………………………………………………….404 5.3 金金屬催化2-乙炔基芐醚進行環化異構化反應之實驗操作………….408 5.4 茚基甲基醚進行臭氧分解反應之實驗操作…………………………….409 5.5 光譜資料………………………………………………………………….411 第六節 參考文獻…………………………………………………………………..468

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