基於無機硫源的偶聯-串聯反應合成硫雜環化合物研究

《基於無機硫源的偶聯-串聯反應合成硫雜環化合物研究》是依託湖南師範大學，由梁雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於無機硫源的偶聯-串聯反應合成硫雜環化合物研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁雲
• 依託單位：湖南師範大學

項目摘要

硫雜環化合物在化學、藥學、生物學和材料科學等領域具有廣闊的套用前景，化學家主要利用有機硫源發生硫化關環反應合成硫雜環化合物，而利用性質穩定、價格便宜、來源廣泛的無機硫源合成硫雜環化合物是原子更經濟的方法，符合理想合成的理念。由於無機硫源的難溶解性、易使催化劑中毒，易被氧化,直接利用其通過偶聯反應構建碳硫鍵合成硫雜環化合物具有挑戰性。本申請擬通過無機硫源的偶聯-串聯反應策略開展合成硫雜環化合物的研究，發展高效的過渡金屬催化無機硫源發生氧化偶聯反應構建碳硫鍵的方法，通過設計反應底物，實現無機硫源氧化偶聯反應合成複雜硫雜環分子。通過最佳化反應條件，解決無機硫源易使催化劑中毒及易被氧化等科學問題，揭示其構建碳硫鍵的反應機理，發展高效、高選擇性的無機硫源偶聯-串聯反應合成硫雜環化合物的合成策略，並利用該策略合成具有生物活性的天然產物、藥物及功能性材料。為硫雜環化合物的合成和套用研究提供理論和實驗依據。

結題摘要

本項目主要利用鹼金屬硫化物和單質硫為硫源，利用偶聯-串聯反應的策略開展合成硫雜環化合物的研究。圍繞解決硫易氧化和易使催化劑中毒的關鍵科學問題，我們發展了多種構建碳硫鍵和合成硫雜環化合物的方法。具體研究成果如下：（一）基於銅催化官能團化的鹵代烴與硫化鉀的經典偶聯反應引發的串聯反應合成了2-氨基苯並噻唑、苯並異噻嗪、苯並噻吩、苯並硫代噻唑酮等硫雜環化合物；（二）基於銅催化的鹵代烴與硫化鉀的經典偶聯反應引發的氧化偶聯反應合成苯並噻吩、苯並噻唑、吲哚並苯並噻吩、吡啶噻唑並苯並噻吩及四氫異喹啉並苯並異噻嗪等複雜的硫雜環分子；（三）基於無過渡金屬催化下的多個碳氫的切斷，實現了硫化鉀和單質硫、單質硒的硫化反應和硒化反應，合成了噻吩、噻唑、萘並噻唑、萘並硒唑；（四）基於含硫的稠環化合物吲哚並苯並噻吩、吡啶噻唑並苯並噻吩的合成，對其光電性能進行測試，發現吡啶噻唑並萘並噻吩有較高的螢光量子產率；基於四氫異喹啉並苯並異噻嗪的合成方法，利用四氫異喹啉和鄰碘苯甲醯氯為起始原料兩步反應可以高產率合成一種具有鎮靜生物活性分子。通過課題研究，我們發現利用單質硫或者硫化鉀為硫源，通過硫的雙硫化反應可以高效合成硫雜環化合物。同時，利用廉價銅做催化劑，氮配體作助催化劑，可以避免催化劑中毒，高效構建碳硫鍵。通過課題研究，發展了利用氧氣、空氣及二甲基亞碸為綠色的、溫和的氧化劑避免了硫的過度氧化。特別是發展了無過渡金屬催化條件下的碳硫鍵構建方法，可以解決催化劑中毒問題，且實現了硫雜環化合物的綠色合成。在發展了各種硫雜環化合物合成方法的基礎上，我們開展了深入的機理研究，通過控制性的實驗，中間體的捕捉手段，對反應過程中的硫的親電取代反應、親核取代反應及自由基反應有了初步的了解。基於這些研究結果拓展了無機硫源的套用範圍，豐富了硫雜環化合物的合成方法，為硫雜環化合物的套用儲備了研究基礎。