自由基交叉偶联构建C(sp3)-P键的研究

【摘要】：通过C(sp3)自由基与磷自由基交叉偶联构建C(sp3)-P键是自由基化学领域具有挑战性的工作,本论文为解决该问题主要进行了以下四个部分的研究:1、由脂肪族酰基过氧化物形成的C(sp3)自由基的膦酰化反应本部分首先进行了肼基甲酸酯与吲哚、嘧啶和吡啶衍生物的反应,在此基础上进行了脂肪族羧酸与有机膦试剂在铜催化剂作用下的反应,成功合成了一系列烷基膦酰化物。研究表明:各种脂肪族羧酸,包括C4～C16的直链和支链竣酸;伯和仲烷基羧酸;各种C3～C6的脂环族羧酸都适用于该反应。该反应能容忍脂肪链中含有杂原子如Cl、Br、双键等;能容忍脂环中含有杂原子如N、O、双键等。同时,各种二芳基氧膦和二烷基亚磷酸酯均适用于该反应。对铜催化剂的筛选结果表明Cu(acac)2和Cu(OTf)2效果较好。此外,对该反应的机理进行了研究,结果表明脂肪族羧酸可以现场生成脂肪族酰基过氧化物,随后裂解为酰氧自由基,再经脱去二氧化碳分子形成烷基自由基;该烷基自由基进一步引发有机膦试剂产生磷自由基;反应中生成的烷基自由基和磷自由基分别与铜催化剂相结合生成金属配合物中间体,再经配体偶联形成C(sp3)-P键。本反应为首次报道,为合成各种烷基膦酰化物提供了一种通用的方法,合成的产物可以应用于重要有机膦产物如磷配体、抗病毒药物福辛普利等的合成中。2、由(杂)芳基乙酸衍生物经脱羧形成的C(sp3)自由基的膦酰化反应本部分进行了(杂)芳基乙酸与有机膦试剂在银催化剂作用下的反应,成功合成了一系列(杂)芳甲基二(杂)芳基氧膦衍生物。研究表明:各种芳基、杂芳基乙酸,如苯乙酸衍生物、萘乙酸、吡啶乙酸、呋喃乙酸和噻吩乙酸等都适用于该反应。同时,各种二芳基、二杂芳基氧膦如二苯氧膦衍生物、二萘基氧膦、二噻吩氧膦、吡啶基苯基氧膦等均适用于该反应。对银催化剂的筛选结果表明硫酸银效果较好。此外,对该反应的机理进行了研究,结果表明二(杂)芳基氧膦在过硫酸钠作用下产生相应的磷自由基,该自由基与Ag(II)物种结合形成Ag(III)物种,该物种再与(杂)芳基乙酸反应生成(杂)芳甲基自由基,它与磷自由基发生交叉偶联形成C(sp3)-P键。此外,进行了 1,3-二羰基化合物与亚磷酸酯的反应,成功构建了 C(sp3)-P键。3、由(杂)芳甲基三氟硼酸钾衍生物经脱硼形成的C(sp3)自由基的膦酰化反应本部分进行了(杂)芳基三氟硼酸钾与二(杂)芳基氧膦在铜催化剂作用下的反应,成功合成了一系列(杂)芳甲基二(杂)芳基氧膦衍生物。研究表明:各种芳甲基、杂芳甲基三氟硼酸钾,如苯甲基、萘甲基、吡啶甲基、呋喃甲基、噻吩甲基三氟硼酸钾等都适用于该反应。同时,各种二芳基、二杂芳基氧膦,如二苯氧膦、二萘基氧膦、二噻吩氧膦、吡啶基苯基氧膦等均适用于该反应。对各种过渡金属催化剂的筛选结果表明Cu(OTf)2效果较好。此外,对该反应的机理进行了研究,结果表明在过硫酸钾作用下,二芳基氧膦与苄基三氟硼酸钾分别产生相应的磷自由基和苄基自由基,两种自由基依次与Cu(Ⅰ)结合形成Cu(Ⅲ)配合物中间体,再经配体偶联形成C(sp3)-P键。本反应为首次报道,为合成各种(杂)芳甲基二(杂)芳基氧膦衍生物提供了一种通用的方法。4、由1-取代环丁醇衍生物经开环形成的C(sp3)自由基的膦酰化反应本部分进行了(杂)芳基、苄基环丁醇与二(杂)芳基氧膦在银催化剂作用下的反应,成功合成了一系列1-(杂)芳基-4-膦酰基丁酮衍生物。研究表明:各种芳基、杂芳基环丁醇,如苯基、萘基、呋喃基、噻吩基环丁醇和苄基环丁醇等都适用于该反应。同时,各种二芳基、二杂芳基氧膦,如二苯氧膦、二萘基氧膦、二噻吩氧膦、吡啶基苯基氧膦等均适用于该反应。对各种过渡金属催化剂的筛选结果表明硫酸银效果较好。此外,对该反应的机理进行了研究,结果表明在过硫酸铵作用下,二芳基氧膦生成相应的磷自由基,该自由基与Ag(Ⅱ)物种结合形成Ag(Ⅲ)-磷物种,该物种再与芳基环丁醇反应生成环丁氧自由基,该自由基经碳碳键断裂开环形成相应的碳自由基,它再与还原态的Ag(Ⅱ)-磷物种发生反应生成1-芳基-4-二芳基膦酰基丁酮。本反应为首次报道,为合成各种1-(杂)芳基-4-二(杂)芳基膦酰基丁酮衍生物提供了一种通用的方法。