电化学烯烃官能团化反应的研究

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随着社会的不断发展,有机化学合成被广泛应用在很多领域之中。农业和制药业等很多行业的发展都离不开有机化学合成。在传统有机化学合成中,烯烃的官能团化通常会使用化学计量的氧化剂或昂贵的金属催化剂,这些方法会产生有害物质,对环境造成一定的危害。因此,可持续发展、环境友好的绿色化学发展理念应运而生。有机合成方法学逐渐从以前使用贵金属催化剂向廉价金属甚至无金属催化等更环境友好、绿色环保的方向发展。近年来提出的电化学辅助的有机合成方法,引起了广泛关注。在适当的电极电势下,有机化合物分子在电极表面可以失去或者得到电子,产生相应的高活性中间体,进而发生相应的化学反应。电子作为“反应试剂”避免了传统的氧化还原剂,提高原子利用率并减少副产物的产生。电化学合成方法中,可以通过调节电流或者电势,控制反应的选择性和反应中间体的生成速率。它为传统化学氧化还原提供了一种绿色高效的途径,也为有价值的有机分子的构建提供了新的方法。更为重要的是,化学家们通过电化学调控成功实现了某些药物分子的合成。此外,电化学有机合成在不对称催化中也取得了重大突破,越来越成为一种构筑手性分子强有力的手段。含氮、硫化合物广泛存在于很多具有生物活性的天然产物和合成药物分子中,碳-氮和碳-硫键的构筑也是生物体生命过程中一类极其重要的反应。因此碳-氮和碳-硫键的构筑激起了很多有机化学家们的兴趣,近年来化学家们开发了很多新的方法完成了含氮、硫化合物的合成。有机电化学合成这一方法因其更加绿色、环保,而被应用于这些键的构筑之中。本论文首先介绍了电化学有机合成的优势和近年来电化学构筑碳-氮和碳-硫键的研究进展,然后详细介绍了烯烃的叠氮化、磺酰化和硫芳基化反应。最后我们展望了烯烃的电化学三氟甲基化、膦化和卤化等一系列官能团化的可行性。相关研究成果如下:1.以联苯烯基叠氮为原料,实现了电化学氧化自由基烯烃叠氮化和磺酰化反应。在反应条件温和,无外源氧化剂和催化剂下制备了一系列啡啶环衍生物,实现了啡啶环衍生物的叠氮化和磺酰化。此外,以苯乙烯叠氮作为底物,研究了一种β-酮砜类化合物的电化学制备方法,具有较好的反应收率。为了探究其潜在的应用价值,进行了克级实验,能够以优良的收率得到所需化合物。基于各种原料的电化学行为,我们提出了电化学叠氮化和磺酰化的反应机理。2.在电化学条件下,使用苯乙烯叠氮和芳基硫酚为原料,开发了一种环境友好、绿色高效的末端烯烃偕二硫芳基胺化合物的构筑方法。该方法具有效率高、官能团兼容性好以及底物适用性广等特点,并在克级反应中也有较好的收率。基于相应有机分子的电化学行为,我们提出了电化学硫芳基化的反应机理。
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