亚胺的绿色合成及其在有机药物中间体合成中的应用研究

Synthesis and applications of imines are one of the ever-appealing topics in chemistry. For the high reactivity of C=N bond, imines play important roles in many fields such as organic and pharmaceutical synthesis, biochemistry, natural product synthesis, and so on. However, challenges still remain even in preparation of imines for the currently-available methods still have many drawbacks. Therefore, developing greener and more practical methods for imine preparation and applying them in multi-component reactions for the synthesis of the useful organic and pharmaceutical intermediates are still highly desirable in the field. Since carbonyl compounds are usually obtained from the greener alcohols via stoichiometric oxidation, and also for other conceivable advantages, a more appealing and greener alternative for imine synthesis is the direct one-pot oxidative condensation of alcohols and amines. We recently developed mild and efficient Pd- or Cu-catalyzed aerobic oxidative preparations of imines directly from alcohols and amines. The reactions can be easily carried out in open air at room temperature, which is to our knowledge a breakthrough in the field and the best imine preparation methods ever known using alcohols and amines. In this project, by developing more types of highly active catalysts and highly efficient methods for the green synthesis of imines and related C=N compounds, and applying them in the one-pot multi-component tandem reactions of alcohols, amines, and a third or even a fourth component, we intend to develop a series of efficient, practical, and green methods for the synthesis of various organic and pharmaceutical intermediates and heterocycle compounds, and thus providing new visions for imine preparation and corresponding applications. Considering the green features of the alcohols, the advantages of the proposed procedures, and the significances of the target products in various fields, this project should be of high importance in academic research and also potentially wide utilities in many fields.

含活泼碳氮双键的亚胺类化合物在有机和药物合成、生物化学、天然产物等多领域都有极其重要的作用。但是目前已知的亚胺合成方法仍存在不少缺点，因此开发亚胺的绿色合成方法并进行相应的多组分应用研究是非常有意义的课题。醛酮一般由更为绿色醇类经氧化制备，因此使用醇代替醛酮与胺在有氧条件下合成亚胺具有很多优势。我们目前已经开发高活性的过渡金属催化剂，首次在该领域研究中获得突破，实现了醇和胺在室温空气等温和条件下合成亚胺的绿色新方法。本项目研究中，我们拟开发各种高活性的催化剂和方法用于各类含碳氮双键的亚胺及其类似物的绿色合成，并进一步应用于醇、胺与第三甚至第四组分的一锅多组分串联反应，实现各种重要的含氮有机药物中间体和杂环化合物的绿色合成，为亚胺类化合物的合成和应用研究提供新途径。鉴于醇的绿色本质、提出的方法的实用性和产物在多领域的广泛用途，本研究应具有很好的研究价值和潜在广泛的应用前景。

氮是构成生命的必要元素，各类含氮有机物工农业生产等各个领域都有非常广发的研究和应用。本研究主要集中在含氮类化合物的合成，特别是亚胺、胺、偶氮类和氧化偶氮类化合物的合成，具体研究内容如下：.（1）以硝酸铁-TEMPO为催化剂，我们研究了苄胺类化合物的自身氧化偶联反应，合成了各种亚胺类化合物。在该基础上，我们研究芳胺与苄胺之间的交叉氧化缩合以及苄醇与芳胺的交叉氧化缩合反应，开发了多种廉价、低毒、环保的铁催化合成亚胺的方法，该催化体系的使用范围较广，可以适用于苄胺、仲胺、苄胺与苯胺、苯胺与苄醇自身或之间的氧化缩合反应。.（2）以芳硝基化合物为原料，水合肼为还原剂，通过改变水合肼的用量、碱的有无，以及在不同催化剂的催化下，高化学选择性的分别合成了芳胺，氧化偶氮苯，偶氮苯。我们利用杂原子N和金属Fe共同掺杂的石墨烯材料为催化剂，将芳硝基化合物氢化转移还原为偶氮苯，或者直接以石墨烯材料为催化剂，将其转化为氧化偶氮苯。为合成偶氮苯和氧化偶氮苯提供了新的路线，其他金属参与的偶氮苯的合成还在实验室的研究之中。.（3）我们研究了在金属铜、杂原子N共掺杂的介孔碳催化下，以氧气为氧化剂，芳香伯胺的氧化偶联反应方法，合成对称和非对称的偶氮苯类化合物。.（4）我们分别研究了铜盐、和固载铜盐催化的非对称氧化偶氮苯的合成。以芳胺和亚硝基化合物反应得到非对称的氧化偶氮苯（在Mill反应中，芳胺与亚硝基苯反应得到非对称的偶氮苯），我们对反应的机理进行了初步的探索。据我们所知，这是首列非对称氧化偶氮苯的合成工作。.（5）在前面工作的基础上，我们将反应体系扩展的硫醚的催化氧化反应中，研究了硫酸铜/吡啶/TEMPO均相但可以重复回收使用的催化体系，以空气中氧气为氧化剂，对硫醚进行选择性的氧化，合成亚砜以及砜类化合物。各种硫醚包括芳基硫醚、脂肪族硫醚以及各种官能团取代的硫醚均可以进行反应，高收率的得到亚砜以及砜。