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摘 要

多环芳烃喹喔啉及其衍生物是许多具有生物活性的多元氮杂环化合物的重要骨架单元，在医药、农药、先进材料、染料等领域有着广泛的应用^[1]，因此，受到了科研工作者的持续关注。本论文详细介绍了喹喔啉类衍生物的广泛应用，并仔细研究了其合成方法。

本论文的主要内容是过渡金属催化一锅法合成吡咯[1,2-a]喹喔啉类衍生物。过渡金属催化的Ullmann反应可由芳基卤化物与含氮的亲核性化合物一步反应，再经由缩合串联反应得到目标产物。为此我们设计了以CuI为催化剂，在110℃条件下催化邻碘苯胺与吡咯甲醛串联合成吡咯[1,2-a]喹喔啉的反应，并获得了较好收率。同时，开发了一系列条件温和、操作简便的合成喹喔啉类衍生物的新方法。

关键词：多环芳烃喹喔啉类衍生物 过渡金属催化 无过渡金属催化 一锅法 碱促进

ABSTRACT

This paper consit a transition metal catalyzed one-pot synthesis of pyrrole[1,2-a]quinoxaline derivatives. Transition metal catalyzed Ullmann reaction can be made of aryl halides and nucleophilicity of nitrogen compounds step reaction, then by condensation reactions of chlorine to get the target product. For this ,we designed the CuI as a catalyst, under the condition of 110 ℃ catalytic adjacent iodine aniline and pyrrole formaldehyde series synthesis of pyrrole [1,2-a] quinoxalines, and obtained good yields. Meanwhile, moderate conditions and developed a series of simple new method for synthesis of quinoxaline derivatives.

KEYWORDS: Aza-Fused polycyclic quinoxaline (quinoline) derivatives; Transition metal-catalyzed; Transition metal-free catalyzed; One-pot; Base-catalyzed

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 过渡金属参与合成的多环芳烃喹喔啉及其衍生物催化体系 2

1.2.1 In参与催化合成多环芳烃喹喔啉类衍生物 2

1.2.2 Pd参与催化合成多环芳烃喹喔啉类衍生物 3

1.2.3 Cu参与催化合成多环芳烃喹喔啉类衍生物 4

1.2.4 其他金属参与催化合成多环芳烃喹喔啉类衍生物 6

1.3 本论文的研究意义 8

第2章 铜催化一锅法合成吡咯[1,2-a]喹喔啉类衍生物 9

2.1 引言 9

2.2 实验设计及结果 9

2.2.1 最佳反应条件建立 9

2.2.2 铜催化不同底物合成吡咯[1,2-a]喹喔啉类衍生物 11

2.3 小结 13

2.4 实验部分 13

2.4.1 试剂与仪器 13

2.4.2 实验步骤 16

2.4.3 产物检测及鉴定 16

参考文献 21

致 谢 22

第1章 文献综述

1.1 引言

碳-碳，碳-氮键骨架结构是许多有着重要生理及药理活性的有机化合物重要组成部分，在医药化工和基础研究领域占有重要的地位^[2]。寻求新的方法合成碳-碳，碳-氮这类化合物是当前科学研究的热点。近年来，随着“绿色化学”概念的提出，利用过渡金属催化活化碳-碳，碳-氮键从而构建具有重要实用价值的化合物得到了迅速发展。

喹喔啉及其衍生物是一类含有碳-氮键骨架结构的缺电子型芳香杂环化合物，广泛存在于具有较高药理与生物活性的天然产物中^[3]。随着对喹喔啉类化合物合成及其活性的深入研究，其在医药、农药、先进材料和染料等众多领域与行业中的应用也日益成熟。例如，Q-85和XK469是具有较高选择性和较低细胞毒性的抗肿瘤药物；2,3,4,4-四氧-1H-吡嗪喹喔啉酮类化合物是潜在的减肥类化合物；二氮氧化喹喔啉甲醛席夫碱类是目前国内使用量较大的一类具有较高选择性、低毒、高效、安全性高的除草剂；喹硫磷和喹喔啉类酰胺衍生物都是高效的有机磷杀虫剂、杀螨剂；喹喔啉类新药化合物喳塞多是一种毒性小、安全性高的促生长性动物饲料添加剂。

图 1

作为喹喔啉及其衍生物的一类，吡咯[1,2-a]喹喔啉自从其生物以及生理活性被广泛用于各个领域以来，对于它的合成研究成了有机界持续关注的热点^[4]。近年来，关于吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物的合成方法学研究已经被相继报道，尤其以过渡金属催化合成此类化合物报道最为新颖。

然而，单独使用过渡金属无法催化合成吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物，它需要与具有配位性质的助催化剂一起组合成催化体系，来完成吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物的合成过程。本章拟从过渡金属参与催化合成的吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物所建立的催化体系，对近期报道的吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物的合成研究作简要综述。

1.2 过渡金属参与合成的多环芳烃喹喔啉及其衍生物催化体系

金属作为催化剂的研究是化学界的永久主题，用于吡咯[1,2-a]喹喔啉及其衍生物合成的金属类催化剂很多，包括金属或者金属离子。过渡金属催化剂由于具有较高的原子效率，而被认为是最有吸引力的研究方向。过渡金属催化合成喹喔啉衍生物的方法迄今为止己得到了广泛的发展和应用，至今报导的喹喔啉衍生物的合成反应^{[3l, 4c, 5]}所使用的催化剂主要集中在Cu和Ru上，另外Pd、Mn、Ti、Zn等金属也有一些报道，其中既有贵金属催化剂也有廉价金属催化剂。从环保以及原子经济的角度来讲，使用Cu为催化剂在温和条件实现吡咯[1,2-a]喹喔啉衍生物的合成是有关喹喔啉衍生物合成的研究重点。近年来人们已经发现了利用Cu为催化剂在较温和条件下实现喹喔啉衍生物合成的催化体系，如Cu(I)、Cu(II)等与特定的配合物组合而成的催化体系，借助于助催化剂的配位作用催化偶联反应；一般是在反应过程中原位生成配位络合物中间体，进而完成催化过程。现简单介绍一下过渡金属催化合成喹喔啉衍生物的体系。

1.2.1 In参与催化合成多环芳烃喹喔啉类衍生物

2002年，Alois Fürstner课题组^[6]报道了以甲苯为溶剂，InC1₃（5 mol%）为催化剂，100℃条件下生成4-已基吡咯[1,2-a]喹喔啉的反应（图 1.1）。同样，利用GaC1₃（10 mol%）来催化此类反应也能得到较好的收率，但利用PtCl₂或AuCl₃来作催化剂时，收率较低。

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