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基于碳氢键官能团化的喹唑啉衍生物构建

赵旦  
【摘要】:随着人们环保意识的增强,过渡金属催化的C-H/H-X(X=C,N,O)键交叉脱氢偶联反应构建C-X键已成为有机合成中的一大热点。惰性C-H键的官能团化策略避免了底物分子的预修饰,也减少了反应的废弃物,缩短了反应流程,是一种原子和步骤经济性都十分理想的环境友好型反应。虽然过渡金属催化的C-H键官能团化已取得了重大进展,但催化剂本身的价格,以及随之而来产物中重金属的残留,是实际应用中亟需解决的问题,这在药物分子的合成中尤其重要。因此,无金属C-H键官能团化具有重要的研究意义。目前,甲苯衍生物苄位C-H键氨基化的方法还相对较少,典型例子包括金属催化、碘盐催化和高价碘介导的交叉脱氢偶联氨基化反应,氮源局限于磺酰胺、碳酰胺和氮唑。此外,目前鲜有甲基(杂)芳烃通过苄位氨基化策略构建含氮杂环的例子。喹唑啉衍生物作为一类重要的氮杂环,因其多样的生物活性,尤其在抗癌方面的突出表现,已经引起越来越多的关注。多种具有喹唑啉母核结构的替尼类药物,如拉帕替尼、吉非替尼和厄洛替尼都已成功应用于癌症治疗。考虑到喹唑啉衍生物的重要性,无金属的合成方法具有很高的研究价值。本论文中,我们主要研究无金属苄位C-H键氨基化串联策略实现喹唑啉的温和、高效、绿色的合成方法。另外,我们研究了喹唑啉分子的反应活性,发展了无金属C(sp2)-H键官能团化实现喹唑啉结构修饰的方法。文论文主要包括以下4个方面的工作:第一部分:无金属双重C(sp3)-H氨基化反应构建喹唑酮我们发展了直接从邻氨基苯甲酰胺和甲基芳烃构建喹唑酮的方法。这是氧化剂DTBP介导的串联反应,涉及双重氧化C-N键偶联,与之前从甲基(杂)芳烃构建杂环的方法不同,我们的反应无需过渡金属催化剂。此外,常用溶剂,如DMSO,DMF和DMA也可参与相似的环化反应,反应中涉及C(sp3)-S或C(sp3)-N的断裂和C-N键的形成。第二部分:KI催化甲基芳烃苄位C(sp3)-H氨基化:三组分合成喹唑啉我们发展了无金属催化三组分合成2-芳基喹唑啉的新方法。廉价的无机铵NH4OAc和商品化甲基芳烃中的苄位甲基,分别成为喹唑啉3位的氮源和2位的碳源。这是首例甲基芳烃参与的多组分构建杂环的例子。第三部分:Bu4NI催化C-H键氨基化策略串联构建咪唑[1,5-c]喹唑啉无金属催化下,通过苄位C-H键官能团化串联反应,我们开发了合成咪唑[1,5-c]喹唑啉的高效方法。这一转化具有很广泛的底物范围,商品化的苄胺和a-氨基酸都能参与反应,并能放大到克级。这一方法不仅提供了一条构建咪唑-N-杂环的新颖途径,而且也是为数不多的苄位1°C-H键与烷基伯胺的氧化偶联反应之一。第四部分:KOtBu介导的喹唑啉对端炔的立体选择性加成反应在KOtBu介导下,我们实现了端炔对喹唑啉4位的烯基化反应,无需任何过渡金属催化剂。反应可在非常温和的条件下进行,很短时间内即能转化完全,产物是高度立体专一的反式烯烃。这一策略提供了一条喹唑啉结构修饰的新方法,为扩展喹唑啉结构多样性及寻找具有潜在生物活性的衍生物打下了良好的基础。


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