含氮杂环化合物作为一类重要的有机化合物,在生物、医药、农药、染料、香料、阻燃材料、导电材料、感光材料等方面具有重要应用。一锅法由于其所具有的原子经济性和环境友好等优点,在有机合成等方面具有十分重要的作用。本课题组前期系统的研究了邻氨基腈化物与羰基化合物的双组分三官能团的PDF转化,取得了一定的进展。为了拓展PDF转化的使用范围,本论文开展了腈基、醛基、负碳化合物的重新组合研究,并进一步将PDF转化与邻氨基腈化物的合成串联起来,研究了基于PDF转化的三组分一锅合成多氮稠合杂环化合物的构建方法。具体研究内容如下:一、异吲哚酮衍生物的一锅合成反应研究论文首先对PDF两组分三官能团进行重新组合,以邻氰基苯甲醛和β-二羰基化合物为原料,首次采用CoCl2?6H2O Lewis酸为催化剂,成功制得异吲哚酮衍生物。在此基础上对底物进行了拓展,合成了八个异吲哚酮衍生物,并对产物2.3a进行了单晶测定,确定了异吲哚酮衍生物的结构;提出了可能的反应机理,即负碳离子代替氨基也可以进行PDF转化合成异吲哚酮衍生物。二、嘧啶并嘧啶酮衍生物的一锅合成反应研究研究了以氮杂卡宾NHC-PPIm为催化剂,乙氧基亚甲基丙二腈、脒、羰基化合物为底物的三组分三官能团转化情况,发现三者可以进行包含PDF转化的串联反应,快捷、方便地构建嘧啶并嘧啶酮衍生物。其中,反应底物中,除脒之外,也可以是胍;羰基化合物可以是链状酮、环酮、芳香酮以及芳香醛。所合成产物的结构经IR、NMR、ESI和元素分析表征确定。在机理研究中,成功的分离得到关键中间产物邻氨基嘧啶腈化物,其在一锅优化条件下可以顺利转化成目标物,并利用HPLC对反应过程中中间体和产物的量变情况进行了研究,由此提出了包含PDF转化、一锅合成嘧啶并嘧啶酮衍生物的反应机理。三、吡唑并嘧啶酮衍生物的一锅合成反应研究论文进一步研究了以NaOH为催化剂,烷氧基亚甲基丙二腈、肼、羰基化合物为底物的三组分三官能团的反应情况,发现三者也能成功地进行包含PDF转化的串联反应,快捷合成吡唑并嘧啶酮衍生物。其中烷氧基亚甲基丙二腈以乙氧基亚甲基丙二腈为主,肼包含脂肪肼和芳香肼,羰基化合物以芳香醛为主(含有吸电子基团和供电子基团的芳香醛),同时兼顾了酮的反应研究。所合成的16个化合物的结构经IR、NMR、高分辨质谱表征确定,并对产物4.4n进行了X-ray射线单晶测定。成功分离得到中间物邻氨基吡唑腈化物,并将其与醛在一锅优化条件下顺利转化成产物,由此提出包含PDF转化的机理。四、吡唑并嘧啶衍生物的一锅合成反应研究在以低碳醇为溶剂进行烷氧基亚甲基丙二腈、肼、羰基化合物一锅构建吡唑并嘧啶酮衍生物的反应时意外发现产物是4-烷氧基吡唑并嘧啶衍生物,即由烷氧基亚甲基丙二腈、肼、羰基化合物一锅构建的吡唑并嘧啶酮衍生物能够进一步与低碳醇反应得到4-烷氧基吡唑并嘧啶衍生物。论文以乙氧基亚甲基丙二腈、脂肪肼和芳香肼、含有吸电子基团和供电子基团的芳香醛、低级脂肪醇四组分一锅合成了4-烷氧基吡唑并嘧啶衍生物,这是该类化合物的一种新的简便合成方法。论文用IR、NMR、高分辨质谱对所合成的目标物进行了结构表征,并对产物5.5g进行了X-ray单晶测定,进一步确定了其结构。在机理研究中,成功分离得到了邻氨基吡唑腈化物、Schiff碱以及吡唑并嘧啶酮衍生物,并分别将其与醛和醇、或醇在一锅优化条件下顺利转化成产物,考虑到Schiff碱很难转化为吡唑并嘧啶酮衍生物,由此提出两条反应机理,其中包含PDF转化的机理。五、基于PDF转化的西地那非合成研究在剖析西地那非结构和现有合成路线的基础上,论文以一锅合成吡唑并嘧啶酮衍生物的研究为依托,设计改进了西地那非的合成途径。即以2-戊酮为原料先制得关键中间体吡唑环邻氨基腈,再由邻氨基吡唑腈化物与芳香醛串联合成了西地那非。该改进避免了一般需经酰胺化、环化、芳构化的多步转化才能构建西地那非骨架——吡唑并嘧啶酮操作;论文改用氨基吡唑腈化物与芳香醛的PDF转化,即完成了西地那非的核心骨架构建。途径中每步反应所得的中间产物均经IR、NMR、ESI表征并确定其结构。同时对反应中未见文献报道的关键步骤进行了工艺优化;研究中还获得了硝基还原关键中间体,并经核磁和高分辨质谱证实。