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摘 要

含1,3-茚二酮骨架的螺环化合物广泛存在于天然产物中，具有显著生理活性和重要的医药价值，是一类极具合成价值的化合物。目前合成含1,3-茚二酮骨架螺环化合物的报道主要集中在有机催化领域，且大多需要预官能化试剂如溴代物等。本课题选取2-芳基-1,3-茚二酮，丙二酸环(亚)异丙酯和过氧化物在过渡金属催化下，通过三组分氧化偶联反应合成含1,3-茚二酮骨架螺环戊内酯，有效避免使用预官能化试剂而直接采用廉价易得的非官能化试剂，突破以往有机催化反应类型的局限合成新型化合物。

关键词：1,3-茚二酮骨架 螺环化合物 氧化偶联反应

Synthesis of spiro-1,3-indandione-valerolactones via a three-component oxidative coupling reaction

Abstract

The spiro-1,3-indandiones have been widely found in many natural products with useful biological activities and they are also versatile starting materials for the synthesis of potentially important compounds. However, the synthesis of spiro-1,3-indandione skeleta requires the use of prefunctionalized reagents such as bromides via organic reactions. In this project, spiro-1,3-indandione-valerolactones have been constructed based on the transition metal catalyzed oxidative coupling reaction of 2-arylidene-1,3-indandione，2,2-dimethyl-meldrumacid and peroxide. This protocol can effectively avoid the use of prefunctionalized reagents and break through the limitations of previous organic reactions.

Key Words: 1,3-indandione skeleton; Spiro compounds; Oxidation coupling reaction

目录

第一章 前言 1

1.1 含1,3-茚二酮骨架螺环化合物 1

1.1.1 含1,3-茚二酮骨架螺环化合物概述及其生理活性 1

1.1.2 构建含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物方法 2

1.2 多组分反应 3

1.2.1 发展历史进程 3

1.2.2 特点及优势 4

1.3 本课题的研究目的与内容 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验试剂与器材 6

2.1.1 实验器材 6

2.1.2 实验试剂 6

2.2 实验步骤 7

2.2.1 原料的合成 7

2.2.2 螺环化合物的合成 7

2.3 实验数据 8

第三章 结果与讨论 10

3.1 反应条件筛选 10

3.1.1 配体 10

3.1.2 溶剂 10

3.1.3 催化剂 11

3.1.4 氧化剂 11

3.2 反应产物分析 12

3.3 底物的拓展 12

3.4 反应机理 13

3.5 结论 13

第四章 总结与展望 14

4.1 总结 14

4.2 展望 14

参考文献 16

致 谢 19

附 录 20

前言

含1,3-茚二酮骨架螺环化合物

含1,3-茚二酮骨架螺环化合物概述及其生理活性

1,3-茚二酮类化合物具有β-二酮类结构，生物活性显著，是大量天然产物和药物中常见的化合物，是许多药物的中间体，能够用于合成具有不同用途的多种结构类型的化合物^[1]。1,3-茚二酮衍生物具有重要的生物活性，在医学上其抗菌、抗病毒、消炎等生物活性非常显著，如除草活性，细胞毒性^[2]，EGFR激酶抑制活性^[3]，抗过敏活性^[4]等。因而含1,3-茚二酮骨架的螺环化合物更是具有十分重要的研究价值。

具有1,3-茚二酮结构的螺环化合物广泛存在于天然产物中，是许多具有显著生理活性化合物的关键骨架分子和重要结构单元^[5]。此类化合物具有很重要的医药价值^[6]（图1），例如Coleophomone D 1 是从葡萄穗霉真菌肉汤中分离出来的一种具有较强抗菌作用的天然产物^[7]；具有联苯结构的螺环酮类2是一种应用广泛的新型抗癌药物^[8]；含1,3-茚二酮结构的杂环化合物3具有潜在的药理作用，包括镇静性、降压作用和肌肉神经松弛活性^[9]。此外该类化合物还被广泛应用于合成纤维、化学材料以及半导体材料的合成，也可用于法医化学中指纹识别^[10]。

图1-1 具有1,3-茚二酮结构的螺环化合物

因此，研究合成含1,3-茚二酮骨架的螺环类化合物的高效快速方法是尤为重要的，更是化学有机合成方法领域需要解决的重要问题之一。

构建含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物方法

近年来随着有机催化反应和氧化偶联反应的快速发展，合成含1,3-茚二酮骨架的螺环化合物也具有了越来越高的研究价值，同时国内外研究者们也广泛报道了多种不同的合成方法^[11]。而2-芳基-1,3-茚二酮可以和各种亲核试剂发生Michael加成串联反应，是一类具有较高活性的烯烃，因此该化合物被广泛应用于合成含1,3-茚二酮骨架的螺环化合物^[12]。此外该化合物还可以参与1,3-偶极环加成以及Diels-Alder反应。

图1-2 含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物的合成

目前国内外学者采用有机催化反应合成了一系列含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物。如图1-2所示，颜朝国等课题组报道了杰出的研究工作，通过1,3-偶极环加成及Michael加成等反应构建了含1,3-茚二酮骨架的吡咯烷^[13]，异噻唑啉^[14]和异喹啉等螺杂环化合物^[15]。然而关于金属催化或无金属催化通过氧化偶联反应合成其它含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物的方法却很少有报道。

如图1-3所示，我们前期工作中对含1,3-茚二酮骨架螺杂环化合物的构建进行了如下研究：1) Et₃N催化2-芳基-1,3-茚二酮与偶氮亚胺的1,3-偶极环加成反应合成了偶氮杂环化合物^[16]；2) CuCN 催化2-芳基-1,3-茚二酮与酮肟酯构建了含1,3-茚二酮螺环骨架的吡咯啉结构^[17]；3) DBU催化1,3-茚二酮，醛和1,4-二硫-2,5-二醇的三组分反应合成了四氢噻吩衍生物^[18]]；4) 手性硫脲催化2-芳基-1,3-茚二酮与巯基酯不对称合成了含四氢噻吩结构的分子骨架^[19]。

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