离子液中经铜或钌催化的串联反应合成2-氨基苯并噻唑和炔丙胺

摘  要

本论文由两部分内容组成：
第一部分：研究了以室温离子液体([bmim][PF6])为溶剂、1,10-菲罗啉为配体、硫酸铜催化各种2-碘苯胺与异硫氰酸苯酯的串联反应，发现该串联反应在80℃下能顺利进行，生成了相应的2-氨基苯并噻唑，各种吸电子或供电子取代基都可容忍；铜催化剂和离子液催化体系能循环使用6次其活性基本不变。该方法学为2-碘苯胺和异硫氰酸酯经串联反应合成2-氨基苯并噻唑提供了一条实用的绿色新途径。

第二部分：研究了以室温离子液[bmim][PF6]和水混合物为溶剂，以RuCl3.3H2O和CuBr为催化剂，催化醛、胺、端炔进行三组分串联反应，高产率生成了炔丙胺类化合物。实验结果表明离子液能成功支载钌、铜催化剂合成炔丙胺，该催化体系能循环使用6次，其活性基本不变，为炔丙胺类化合物的合成提供了一条简便实用的绿色新途径。

关键词：离子液体；绿色化学；串联反应；2-氨基苯并噻唑；炔丙胺

Abstract

This dissertation consists of two parts:
Part one: We investigated CuSO4/1,10-phenanthroline catalyzed tandem reactions of 2-iodoanilines with isothiocyanates in room temperature ionic liquid [bmim][PF6]. It was found that CuSO4/1,10-phen-catalyzed tandem reactions of 2-iodoanilines with isothiocyanates proceeded smoothly at 80 °C in [bmim][PF6] to afford a variety of 2-aminobenzothiazoles in high yields. A wide range of electron-withdrawing or electron-donating substituents were well tolerated. The CuSO4/1,10-phen/[bmim][PF6] catalytic system can be recycled and reused for six times without significant loss of catalytic activity. The developed methodology has provided a new, practical, and green route for the synthesis of 2-aminobenzothiazoles via copper-catalyzed tandem reactions of 2-iodoanilines with isothiocyanates.
Part two: We investigated RuCl3•3H2O/CuBr catalyzed cascade three component reactions of aldehydes, amines and terminal alkynes in a mixed solvent of [bmim][PF6] and water. The results showed that cascade three component reactions of aldehydes, amines and terminal alkynes proceeded smoothly at 60 °C in the presence of 3 mol% RuCl3•3H2O and 30 mol% CuBr in [bmim][PF6]/H2O (2/1) to produce a variety of propargylamine derivatives in moderate to excellent yields. The RuCl3•3H2O/CuBr/ [bmim][PF6]/H2O system can be recycled and reused for six times without significant loss of catalytic activity, providing a practical and green route to propargylamine derivatives.

Keywords: Ionic liquid; Green chemistry; Cascade reaction; 2-Aminobenzothiazole; Propargylamine

目  录

摘  要 I
目  录 III
第一章 前  言 1
1.1绿色化学 1
1.2离子液体介绍 2
1.2.1离子液的发展史 4
1.2.2离子液的分类 4
1.2.2.1 典型AlCl3型 4
1.2.2.2典型AlCl3型的循环使用 4
1.2.2.3非AICl3型 5
1.2.3离子液及其物理化学性质 5
1.3离子液的合成与分离方法 5
1.3.1两步合成法 5
1.3.2直接合成法 6
1.3.3离子液的其他合成方法 6
1.3.4离子液与产物的分离提纯 6
1.4离子液的应用 7
1.4.1以离子液为化学反应介质的化学反应 7
1.4.1.1离子液体中的Heck反应 7
1.4.1.2离子液体中的芳香醛的氧化反应 8
1.4.1.3离子液中钯催化的烯丙基化反应 8
1.4.1.4离子液在缩合反应中的应用 9
1.4.1.5离子液在Baylis–Hillman反应中的应用 9
1.4.1.6离子液与水混合溶剂中进行的加成反应 9
1.4.1.7离子液在Suzuki反应中的应用 10
1.4.1.8离子液在Sonogashira反应中的应用 10
1.5本论文的工作设想 11
1.6参考文献 13
第二章 主要测试仪器与化学试剂 16
2.1 实验仪器 16
2.2 化学试剂 16
第三章 离子液中铜催化2-碘苯胺和异硫氰酸酯的串联反应合成2-氨基苯并噻唑 18
3.1 前言 18
3.2 结果与讨论 19
3.2.1 CuSO4催化2-碘苯胺与异硫氰酸苯酯串联反应研究 19
3.3 实验部分 26
3.3.1 离子夜[Bmim][PF6]的制备 26
3.3.1.1 N-甲基咪唑的预处理 26
3.3.1.2 氯化1-甲基-3-丁基咪唑（[bmim][Cl-]）的合成 26
3.3.2 化合物3a-3u的合成及表征 27
3.4 结论 31
3.5参考文献 32
第四章 离子液／H2O绿色溶剂中钌/铜共催化醛、胺、端炔三组分串联反应合成炔丙胺 33
4.1 前言 33
4.2 结果与讨论 36
4.3 实验部分 41
4.3.1 化合物4a-4s的合成与表征 41
4.4 结论 48
4.5参考文献 49
致  谢 50
在读期间公开发论文 51

第一章 前  言

1.1绿色化学
在当今的世界中，全球性污染问题越来越凸显，能源资源随着利用而日益减少，人类面临着的生态危机越来越严重。在全球十大环境问题中，化学与化工类产品的污染问题比较突出，因此，有人提出了“绿色化学”的概念[1]。绿色化学同时也被称为清洁化学、环境友好化学，它也是建立在传统化学的基础上，并且吸收了各学科的理论基础和先进技术（包括生物、物理、材料等学科），始终以“绿色意识”作为指导，在化学生产加工过程中，融入各学科化学知识、化学方法和化工分离技术、化工提纯技术，用先进的化学检测和化工技术减少或消除那些对人类社会健康威胁的有造成害物质（包括原材料、溶剂和试剂、有害的催化剂）等。

4.4 结论

通过研究我们发现，在[bmim][PF6]:H2O = 2:1混合溶剂中，RuCl3.3H2O与CuBr作为共催化剂；各种苯甲醛、苯胺与苯乙炔能顺利发生三组分串联反应，高产率地得到相应的炔丙胺类化合物。相比较于在无溶剂或者水相中进行的钌/铜催化苯甲醛、苯胺与苯乙炔发生三组分串联反应，离子液体[bmim][PF6]/H2O混合溶剂使催化体系可循环使用多次，其催化活性基本不变。由此，笔耕文化传播，我们利用环境友好溶剂([bmim][PF6]和水的混合溶剂构建了一条合成炔丙胺衍生物的新途径，并且很好地实现了催化体系的循环再利用。

4.5参考文献

[1] R. H. Abeles, A. L. Maycock, Acc. Chem. Res. 1976, 9, 313-319. 
[2] J. Knoll, Z. Ecsery, K. Magyar, et al, Biochem. Pharmacol. 1978, 27, 1739-1747.
[3] B. Narayana, BV. Ashalatha, et al, Bioorg. Med. Chem, 2005, 13, 4638-4644.
[4] M. F. Hibert, R. Hoffmann, R. C. Miller, et al, J. Med. Chem, 1990, 33,1594-1600.
[5] A. L. Smith, G. I. Stevenson, S. Lewis, et al, Bioorg. J. Med. Chem. Lett, 2000, 10, 2693-2696.
[6] F. A. Cotton, R. O. Whipple, G. Wilkinson, J. Am. Chem. Soc., 1953, 75, 3586.
[7] G. Wilkinson , J. M. Birmingham, J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, 6210.
[8] R. L. Hunt, G. Wilkinson, Inorg. Chem., 1965, 4, 1270.
[9] J. T. Mague, G. Wilkinson, Inorg. Chem., 1968, 7, 542.
[10] C. J. Li , C. M. Wei, Green Chem., 2002, 4, 268.
[11] T. Q. Zeng, L.Yang, R. Hudson, Org. Lett., 2011, 13, 3442-445.
[12] L. Shi, Y. Q. Tu, M. Wang. et al., Org. Letter., 2004, 6, 61001-1003.
[13] C. M. Wei, C. J. Li, Eur. J. Org. Chem., 2008, 2255–2261.
[14] M.Wang, P. H. Li, L.Wang, Eur. J. Org. Chem., 2008, 2255–2261.
[15] L. F. Liang, J. Liu, X. B. Xu, Y. Z. Li, Chin. J. Org. Chem.,2009 ,29, 1672-1675.
[16] N. Gommermann, C. Koradin, K. Polborn, P. Knochel, Angew. Chem. Int. Ed.,2003, 42, 5763.
[17] C. J. Li, C. M. Wei, Chem. Commum, 2002, 268–269.