喹诺酮类化合物是一类具有重要应用价值的含氮杂环有机物,许多生物活性物质、天然产物和药物分子中都含有喹诺酮母体结构。喹诺酮类化合物在抗疟、抗癌、抗病毒等方面都具有潜在的生物活性,在未来医药领域将有更加广泛的应用。另外,喹诺酮类化合物具有多个活泼的反应位点,可以方便地进行多种官能团转化和衍生化,是一类重要的有机合成中间体,在有机合成中有广阔的应用前景。喹诺酮类化合物主要通过邻位氨基取代的苯基-α,β-炔酮的分子内(-NH2对C?C叁键的)亲核加成反应获得,而相应邻位氨基取代的苯基-α,β-炔酮原料主要通过(2-碘苯胺、一氧化碳和端位炔烃)“羰化Sonogashira偶联”反应获得。可见,“羰化Sonogashira偶联”反应和(-NH2对C?C叁键的)亲核加成反应是合成喹诺酮类化合物的前后关联的两个关键反应步骤。本论文工作首先合成了含有“叔膦”和“哌啶Lewis碱”的双功能配体L3,并且将该配体和过渡金属钯结合使用构建“Pd配合物-哌啶Lewis碱”双功能催化剂,应用于催化2-碘苯胺、一氧化碳和端位炔烃为原料的“羰化Sonogashira偶联-亲核加成”一锅法串联反应中,实现了喹诺酮类化合物的合成。通过对配体种类、配体用量(P/Pd比例)、反应温度、溶剂等反应条件的筛选,获得了分离收率为48%-85%的2-取代喹诺酮类化合物。同时,深入分析了双功能配体L3在Pd催化的“羰化Sonogashira偶联-亲核加成”串联反应中的重要作用,发现双功能配体L3中的叔膦基团部分通过和Pd配位形成Pd配合物负责催化第一步“羰化Sonogashira偶联反应”生成邻位氨基取代的苯基-α,β-炔酮;在相同的反应条件下,L3配体中的哌啶基部分作为Lewis碱负责催化第二步邻位氨基取代的苯基-α,β-炔酮发生分子内亲核加成反应,生成目标喹诺酮类化合物。而且,通过实验证明基于L3配体的双功能Pd配合物催化剂存在的两个功能体(Pd配合物和哌啶Lewis碱)起到彼此协同促进的共催化作用。本论文构建的基于双功能配体L3修饰的双功能Pd配合物催化剂能够协同共催化“羰化Sonogashira偶联-亲核加成”串联反应,实现由2-碘苯胺、一氧化碳和端位炔烃通过一锅法合成喹诺酮类化合物的新合成策略。双功能催化剂的协同共催化作用是保证该串联反应进行的根本原因。图示1基于L3配位的双功能Pd配合物催化“羰化Sonogashira偶联-亲核加成”一锅法串联反应合成喹诺酮类化合物Scheme 1 Synthesis of quinolone compounds via one-pot tandem“carbonylative Sonogashira coupling-nucleophilic addition”over L3-based bifunctional Pd-complex catalyst