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关键词： 杀线虫剂   三氟咪啶酰胺重要中间体   有机合成   工艺优化  

摘要： 线虫对植物危害巨大,每年造成的全球农作物产量损失可达12.3%(约1570亿美元),严重影响粮食安全。三氟咪啶酰胺是杜邦公司研发的一种非熏蒸型磺胺类杀线虫剂,相较于传统杀线虫剂,具有使用方法简单、低毒、低残留、选择性和效率高等特点,其已于2018年在中国进行农药残留登记实验,专利将在2030年到期,有很大的市场潜能。本文对三氟咪啶酰胺的两个重要中间体合成工艺进行研究,探索适合工业化生产的路线。国内对三氟咪啶酰胺重要中间体的合成路线研究报道甚少。本文经过阅读大量国内外文献和专利,对三氟咪啶酰胺及其重要中间体的合成路线进行综述,并通过分析其优缺点,确定了适合工业化生产的工艺路线。重要中间体一以2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶为原料,在碱性条件下与乙酰胺发生取代反应后水解生成2-氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶,然后与溴代丙酮酸乙酯环化,在碱性条件下水解生成8-氯-6-(三氟甲基)-咪唑-[1,2a]-吡啶-甲酸,总收率为67.5%(以2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶计),纯度98.9%。其中,环化中间体溴代丙酮酸乙酯的合成是以丙酮酸乙酯为原料与溴素发生亲电取代反应制得;重要中间体二2-氯-5-甲氧基苯磺酰胺是以对甲氧基苯胺为原料,经过磺化反应、重氮化反应、Sandmeyer反应、酰氯化反应、氨解反应五步制得,总收率为62.4%,纯度99.1%。本文对合成路线中每步反应的反应条件和副反应进行详细的分析和讨论,使两个重要中间体的合成工艺路线安全简便、收率和纯度较高,适合工业化生产;三氟咪啶酰胺的重要中间体通过高效液相色谱法、红外光谱法和H NMR进行纯度分析和结构表征。

关键词： 稠环芳烃   呜拉嗪   硼氧杂环   纳米石墨烯   有机合成  

摘要： 杂原子的掺杂和π拓展可以有效改善稠环芳烃的分子结构和电子性质,杂原子掺杂和π拓展的稠环芳烃已经在生物医药学、过渡金属催化以及有机光电材料等领域中得到广泛应用。呜拉嗪是一种新型氮杂富电子的稠环芳烃,本文聚焦基于呜拉嗪的π共轭体系的合成及性质研究,并探索π拓展呜拉嗪在有机激光器件领域的应用。在第一部分工作中,设计合成了两个π拓展呜拉嗪,包括对称结构2CC和非对称结构1CC,以及它们的硼氧掺杂的对应体2BO和1BO。通过光电物理性质测试以及密度泛函理论计算,揭示了不同共轭程度和嵌入硼氧键后对π拓展呜拉嗪化合物电物理性质的影响。此外,基于π拓展呜拉嗪的聚乙烯小球组装了有机柔性微纳激光器件并进行了增益性能测试,初步结果表明硼氧键的嵌入使其性能有一定的提升。在第二部分工作中,设计了含有六个呜拉嗪的盘状分子6US-1和6US-2,并成功合成了6US-1,并研究了6US-1分子结构及性质。通过结构优化,表明6US-1具有马鞍形的多重螺烯构型。虽然没有得到具有更大共轭程度的6US-2,但是通过密度泛函理论计算,揭示了不同共轭程度对含有呜拉嗪的纳米石墨烯性质的影响。总之,本文立足于π拓展呜拉嗪的合成及性质研究,为π拓展呜拉嗪在光电材料领域的应用提供了新的思路以及实验依据。

关键词： 双酰胺   有机合成   杀虫活性   杀螨活性  

摘要： 双酰胺类化合物结构新颖,作用机制独特,具有很高的杀虫和杀螨活性,是现在新农药创制的热点之一。但是目前大多数双酰胺类化合物都遇到了害虫抗药性高的问题,为了开发出高活性、低成本、低毒性的双酰胺类化合物,本文以溴虫氟苯双酰胺为先导化合物,通过中间体衍生化法、活性亚结构拼接法等方法设计并合成出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个系列,共50个全新化合物,并且通过H NMR、C NMR和HRMS等表征手段对目标化合物的结构进行了确认,同时在实验过程中不断调整合成路线,优化合成条件,最终形成了最佳的合成方法。根据《农药室内生物测定试验准则杀虫剂》规定方法测定了系列目标化合物的杀虫和杀螨活性。在杀小菜蛾活性方面,五个系列的化合物都具有很好的活性,整体来看,活性最好的是系列Ⅰ化合物,其中大部分化合物在10 mg/L质量浓度下活性可达到80%以上,化合物Ⅰa、Ⅰd在1 mg/L质量浓度下的活性分别是86%、72%,高于同浓度商品化产品虱螨脲;系列Ⅱ和系列Ⅲ化合物也具有很好的活性,其中Ⅱa、Ⅲa、Ⅲd、Ⅲe在10mg/L质量浓度下的活性分别是98%、97%、91%、94%。系列Ⅳ和系列Ⅴ化合物总体表现出一般的杀虫活性。在杀螨活性方面,系列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中都有表现得很好的化合物,其中Ⅰa、Ⅰd、Ⅰg、Ⅱa、Ⅱf、Ⅲa、Ⅲd、Ⅲf在1 mg/L质量浓度下对二斑叶螨活性分别是83%、34%、72%、37%、65%、40%、34%、73%,都高于同浓度下商品化产品炔螨特;系列Ⅳ中的化合物Ⅳf和系列Ⅴ中的化合物Ⅴf在50mg/L质量浓度下的杀螨活性分别是83%、82%。

关键词： 氢胺化   金纳米颗粒   结构敏感性   醇氧化   硝基芳烃还原  

摘要： 负载型纳米金催化剂由于其优异的活性、选择性以及稳定性,在有机合成领域得到了广泛关注和迅速发展。探索不同类型有机合成反应的影响因素,建立衡量负载型纳米金催化活性的模型反应,对设计高效的纳米金催化体系具有重要意义。含氮有机化合物是重要的中间体,C≡C或C=C与胺的氢胺化反应是合成这些化合物最具成本效益的途径,本论文重点考察此反应的规律性。醇选择性氧化成醛和硝基芳烃还原为偶氮/氧化偶氮化合物也是重要的有机反应,引发了广泛的研究。为了探讨氢胺化反应的规律性,选择这两种反应类型进行对比分析。具体研究内容如下:首先,我们制备了一系列负载型纳米金催化剂,通过XRD、UV-Vis、XPS、TEM等测试对所制备的催化剂进行表征分析。考察了不同的反应温度、载体（TiO、ZrO、AlO、CeO）、催化剂锻烧温度（250℃、450℃）、煅烧气氛、金的负载量、其他金属（Ag、Cu、Pt、Pd）的掺入、金的价态、金的浸出以及其他因素对纳米金催化氢胺化反应活性的影响。研究结果表明,高温煅烧处理使得氢胺化反应活性下降明显,且以不同载体制备的催化剂在煅烧处理前后活性规律大致相同,说明载体不是氢胺化反应的主要影响因素。排除了金的浸出和催化剂制备过程中赖氨酸的影响后,结合UV-Vis、TEM等表征以及实验结果,综合分析得出氢胺化反应活性与金纳米颗粒的粒径有关。进一步设计实验证实氢胺化反应对负载的金纳米颗粒非常敏感且仅取决于金属态的金纳米颗粒。此外,我们还发现,如果利用平均粒径来评估氢胺化反应中负载型金纳米颗粒的活性,必须非常谨慎,粒径分布应在极窄的范围内。其次,我们对醇氧化反应和硝基芳烃还原偶联反应进行规律探究。考察了一系列催化剂催化这两种反应的活性规律,发现这两种反应类型同时依赖于载体和金纳米颗粒。我们的研究结果可以为设计高效的金氢胺化反应催化剂提供指导,并可能在温和的条件下建立一个在未来评价纳米金催化体系的反应模型。

关键词： 光催化   耦合体系   CO2还原   苯甲醇氧化   单原子   团簇  

摘要： 利用太阳能将二氧化碳（CO）催化还原为可用燃料和增值化学品已成为解决温室效应和能源危机的重要能源储存途径。人们在将CO转化为相应的气态产物（如CO、CH和CH）和液态产物（如HCOOH、CHOH和CHOH）方面付出了巨大的努力。将二氧化碳还原和水（HO）氧化耦合在一起的碳中性循环被认为是将太阳能储存在二氧化碳还原产物和氧气的化学键中的理想反应。迄今为止,多种类型的半导体材料都能够通过使用HO作为质子和电子给体来驱动多电子CO还原（通常是CO或CH）。然而,动力学上缓慢的氧化反应（2HO→4e+4H+O）使这些光催化系统的活性低和耐久性差。相反,以牺牲剂(例如,抗坏血酸,亚硫酸钠（NaSO）,三乙醇胺（TEOA）和N,N,N',N'-四甲基对苯二胺（TMPD）)为空穴清除剂显著提高了光催化CO还原的活性和稳定性。然而,这种策略会增加经济上的成本,并且没有发挥出光生空穴优异的氧化作用。利用具有优异氧化能力的光生空穴来驱动有意义的化学反应是非常具有吸引力的。基于以上,本工作主要围绕光催化CO还原和有机合成耦合反应体系的构建,高效高选择性催化剂的合成以及反应机理开展研究。主要内容如下:一、制备了同时具有光催化还原CO和氧化苯甲醇（BA）的光催化剂Ni P/Cd S（NP/Cd S）。1D纳米棒Cd S本身就具有合适的能带位置,但是自身的光生电子和空穴复合严重导致光催化活性较差。通过Ni P（NP）对Cd S进行改性使得光生载流子顺利转移,在很大程度上提高了光催化活性。其中CO和H产率分别为305.7和40.2μmol*g*h是单体Cd S(CO/H:56.37/2.07μmol*g*h)的5.4和19.42倍。苯甲醛（BAD）和氢化安息香（HB）的产率分别是39.2和315.4μmol*g*h,其中氢化安息香的产率是单体Cd S(2.26μmol*g*h)的139.6倍。通过光电化学测试发现NP的负载提高了Cd S光生载流子寿命,并且NP起到了富集质子和电子的作用。通过原位X射线光电子能谱（XPS）研究了NP/Cd S内部的电子转移情况。通过原位红外光谱和理论计算（DFT）揭示了反应的机理。二、通过一种新的合成方法合成了单原子和团簇共存的Au/Cd S复合材料。研究表明,单原子团簇共存状态存在下的Au/Cd S具有优异的CO还原活性,CO的产率为4.43 mmol*g*h,H的产率为0.32 mmol*g*h其中CO的选择性可以达到93.1%。与此同时Au/Cd S的光生空穴将苯甲醇氧化为苯甲醛,实现了光生电子和空穴的全利用。通过球差电镜准确的表征了单原子和团簇的共存状态。通过电子顺磁共振波谱（EPR）和原位红外光谱研究了光催化反应过程中的自由基中间体揭示了反应历程。三、通过模板法成功合成了空心六棱柱上负载金属硫化物Zn InS/InO（ZIS4/InO）。Zn InS（ZIS4）是一种常见的可见光光催化剂,而InO是一种具有潜力的热催化剂。通过光催化剂和热催化剂之间的异质结作用实现了在较温和的温度下通过光热催化CO还原和苯甲醇氧化的耦合。研究发现在100℃这种较为温和的温度下光热催化的活性优于单纯的光催化。然后通过X射线光电子能谱（XPS）以及功函数的计算研究了ZIS4/InO异质结内部电子转移情况。通过原位红外探究了光热催化过程中产生的中间体从而探究光热催化CO还原的机理。

关键词： 阳离子交换树脂   固体催化剂   有机合成   发展   应用  

摘要： 阳离子交换树脂具有催化活性强、性能稳定、可重复使用、经济性高、绿色环保等优异特性，符合我国绿色化工生产的发展目标，在有机合成中得到了广泛应用。本文对阳离子交换树脂的制备及改性技术进行了简要概述，重点综述了阳离子交换树脂在有机合成方面的实际应用，以期为阳离子交换树脂催化剂在有机合成方面的应用提供理论借鉴。

关键词： 荧光探针   二氰基异佛尔酮   汞离子   有机合成  

摘要： 本文以二氰基异佛尔酮作为荧光母核,通过延长其共轭结构再引入检测基团的方式设计并合成了五种结构新颖的反应型荧光探针(YF-CHO-Hg、YF-H-Hg、YF-Cl-Hg、YF-OCH-Hg和YF-SZ-Hg)用于汞离子(Hg)的灵敏检测。使用核磁共振氢谱和高分辨质谱等表征手段验证了荧光探针结构的正确性。采用荧光光谱仪、紫外分光光度计和倒置荧光显微镜等仪器分析了每种荧光探针的光谱属性。通过密度泛函理论计算和高分辨质谱研究了每种探针可能的荧光响应机理。最后根据每种荧光探针不同的特性将其应用到细胞荧光成像或环境污水中Hg的检测。Hg主要通过地质活动或工业排放而广泛的存在自然环境中,并且可与人体内许多活性物质相互作用,致使人体的正常生理过程受到严重干扰。Hg的存在时时刻刻威胁着人类的生命健康。因此,开发出具有高选择性和高灵敏度的检测方法对Hg进行快速且有效地检测显得尤为重要。相较于众多传统的检测方法,有机小分子荧光探针检测法具有高选择性灵敏性、强抗干扰能力、快速响应等优势在重金属离子检测领域中拥有广阔的应用空间。本论文的实验结果表明:1.以二硫醚为检测位点,二氰基异佛尔酮为原料,通过三部合成制得的荧光探针YF-CHO-Hg在DMF/PBS(1:1,p H=7.4)的检测体系中表现出较快的响应时间(12 min)、较大的斯托克斯位移(191 nm)、较低的检出限(2.97×10 mol/L)和响应Hg前后溶液明显的颜色变化(浅紫色变为红色)等优点。此外细胞中Hg的荧光成像实验表明YF-CHO-Hg可应用于生物体系的检测。2.通过两步合成了以二氰基异佛尔酮为荧光母核,以硫代苯酯为检测基团的荧光探针YF-H-Hg、YF-Cl-Hg和YF-OCH-Hg,其中以YF-Cl-Hg在DMF/PBS(1:1,p H=7.4)的检测体系中所具有较低的检出限和响应Hg前后溶液明显的颜色变化(淡黄色变为紫色)等优点。通过DFT理论计算探究了YF-Cl-Hg具有优秀光谱属性的原因并将其应用于活细胞中Hg的荧光成像。3.在荧光染料YF-CHO-OH的基础上,通过使用2-氨基硫酚改善探针结构并引入硫代苯酯为检测基团制得的荧光探针YF-SZ-Hg。YF-SZ-Hg拥有更大的共轭结构,这使得YF-SZ-Hg在响应Hg后的荧光发射在671 nm处,并且具有更大的斯托克斯位移(221 nm)。此外,YF-SZ-Hg在纯DMF溶液中表现出快速响应(60 s)Hg的能力使其成功应用于实际水样中Hg的灵敏检测。

关键词： α-重氮硫盐   端炔   β-羟基-α-重氮羰基化合物   α-取代烯基叠氮   [3+2]环合反应  

摘要： 由于重氮化合物具有独特的结构以及多种共振形式,使得重氮化合物具有丰富多样的反应活性。因此,重氮化合物是一类极为重要的有机合成中间体,在有机化学、天然产物化学以及材料化学等已经得到广泛应用。在该研究领域中,虽然多种多样的重氮化合物已经被广泛用作合成重要的分子,然而对于重氮甲基自由基的制备研究以及β-羟基-α-重氮化合物在有机合成应用中的研究却很少。本论文以α-重氮硫盐和β-羟基-α-重氮化合物为起始原料,对光催化α-重氮硫盐生成重氮甲基自由基的反应以及β-羟基-α-重氮化合物与烯基叠氮化合物的偶联反应进行了研究。具体研究如下:1.可见光诱导α-重氮硫盐与端炔的[3+2]环合反应研究在可见光照射下,利用α-重氮硫盐在原位产生的重氮甲基自由基作为重要中间体,成功实现了其与炔烃的[3+2]环合反应,制备了一系列3,5-二取代1H-吡唑。该反应具有反应条件温和,无需光催化剂和化学氧化剂,高区域选择性,底物范围广泛等优点。该反应不仅提供了吡唑化合物合成的新方法,而且为重氮甲基自由基在有机合成中的应用奠定了基础。2.α-取代烯基叠氮和β-羟基-α-重氮羰基化合物偶联反应的研究以Sc（OTf）为催化剂,利用β-羟基-α-重氮羰基化合物生成的烯基重氮阳离子作为关键中间体,通过烯基叠氮作为碳亲核体,成功实现了烯基叠氮和β-羟基-α-重氮羰基化合物的偶联反应,合成了一系列γ-羰基取代的重氮化合物。该方法不仅提供了合成γ-羰基取代的重氮化合物的新方法,而且为β-羟基-α-重氮羰基化合物作为烯基重氮阳离子在合成中的进一步应用提供了新思想。

关键词： 缚酸剂   氯化氢   质子型离子液体   多肽缩合剂   硅烷化反应  

摘要： 氯化氢（Hydrogen Chloride,HCl）是一种基础性的化工原料,也是化工、电镀、造纸、制药等许多行业生产过程的副产物。随着我国聚氨酯、氯化甲烷等涉氯产品的大规模扩产,氯碱行业呈现高速发展的态势,副产HCl总量也随之逐年上升。2020年我国副产HCl的总量大约在380万吨/年,预计未来5年内副产HCl总量将达到500万吨/年。大量副产HCl的循环利用问题已成为制约众多涉氯行业发展的共性难题。 质子型离子液体（Protic Ionic Liquids,PILs）是一类由酸碱质子转移反应形成的低温熔融盐,具有合成简便、结构可调等独特优势,在电化学、环境科学、有机合成等领域都有着广泛的应用。但将形成质子型离子液体的原理应用于HCl高效可逆捕集的研究却鲜有报道。因此,如何利用质子型离子液体的可逆性,发展一种新型、高效、可逆的缚酸剂具有重要的研究价值与良好的应用潜力。 本文设计了一系列碱性相对较弱的唑类化合物,通过向唑类分子中引入长链烷基,制备得到不同结构的烷基取代唑类缚酸剂,对其密度、粘度等基本物性进行了测试,考察了其对HCl气体的吸收与脱吸性能,并结合量子化学计算与谱学方法对其吸收机理进行了研究。研究表明,这些新型缚酸剂可以通过结合HCl形成质子型离子液体来实现对HCl的等摩尔吸收,且能通过加热或水合的方式脱吸HCl,来实现HCl的高效可逆捕集。 随后,本文将所合成的新型缚酸剂应用于副产HCl的两类有机反应中,从而高效合成两类重要的医药化工产品。在制备脲离子型多肽缩合剂的缩合反应中,在唑类缚酸剂存在下1-羟基-7-氮杂苯并三氮唑（HOAT）和N,N,N',N'-四甲基氯甲脒六氟磷酸盐脱去HCl,得到产品2-（7-氮杂苯并三氮唑）-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯（HATU）。唑类缚酸剂结合HCl后生成高疏水、低稳定性的质子型离子液体,其易与产物分离,且仅通过加热脱吸即可进行循环套用,显示了优异的循环性能。与使用传统缚酸剂三乙胺（EtN）相比,新方法具有高收率、易分离、可循环等优点。 在制备丙烯酸三异丙基硅酯（TIPSA）的硅烷化反应中,在唑类缚酸剂存在下三异丙基氯硅烷和丙烯酸发生硅烷化反应得到TIPSA。唑类缚酸剂的碱性对该反应有重要的影响,碱性较强的异辛基苯并咪唑是适合该体系的理想缚酸剂。吸收HCl后的缚酸剂仅通过过滤即可分离出体系,并用水合的方式即可将吸收的HCl脱出。经5次反应-脱吸循环,唑类缚酸剂仍可以保持优异的反应性能。

关键词： 艾纳香素   有机合成   手性拆分   结构校正  

摘要： 菊科植物艾纳香是重要的传统中药材之一,其活性成分具有抗炎、抗肿瘤、抗真菌、清除自由基、抗肥胖等生理活性。从其中提取的艾纳香素（blumeatin）被证明有一定的抗炎活性,是一种不同于传统非甾体抗炎药（NSAID）的黄烷酮类化合物,但由于其存在来源单一,提取工艺复杂及产率低下等缺点,使得艾纳香素的获取困难、价格昂贵,对后续的生物学研究产生阻碍,而当前尚无合成光学活性艾纳香素的方法报道。因此通过合成手段,构建艾纳香素的制备方法十分必要。本文以2,4,6-三羟基苯乙酮为原料,经过甲基化,环合后可得到消旋艾纳香素,然后通过与手性助剂（S）-（-）-α-甲基苄胺亚胺化、柱层析分离、水解后得到等量的光活性产物（R）-5-羟基-7-甲氧基-2-（3,5-二羟基苯基）苯并二氢吡喃-4-酮（1A）和（S）-5-羟基-7-甲氧基-2-（3,5-二羟基苯基）苯并二氢吡喃-4-酮（1B）,其中1B与艾纳香素推定结构一致,总产率约为20%,相较于从植物提取的工艺,效率大大提升,其绝对构型经比旋光度测试及圆二色谱（ECD）数据确定。然而,将合成所得艾纳香素与提取工艺获取的（市售的）艾纳香素经薄层色谱（TLC）对比,发现两者结构不一致,这种差异进一步经HPLC实验证实。经文献查阅,发现报道的艾纳香素结构数据较为混乱,故通过H-NMR、C-NMR、HMBC、HSQC等谱图数据及熔点数据,对合成的外消旋艾纳香素（1）与提取的艾纳香素（4A）进行了系统的结构比较分析,结合艾纳香素合成过程的严谨逻辑,化合物1与艾纳香素的推定结构一致,而提取工艺所获取的“艾纳香素”结构应被校正为（S）-5-羟基-7-甲氧基-2-（3,4-二羟基苯基）苯并二氢吡喃-4-酮。通过变换原料合成5-羟基-7-甲氧基-2-（3,4-二羟基苯基）苯并二氢吡喃-4-酮（4）,并且对羟基进行保护、脱保护后对其进行拆分得到化合物4P和4Q,其TLC、HPLC结果及NMR数据均与4A一致。通过小鼠耳肿胀实验对合成化合物进行抗炎活性测试,以地塞米松作为阳性对照,在低（7.5 mg/kg）、中（15 mg/kg）、高（30 mg/kg）三个剂量下,化合物1的抑制率分别为38.17%、40.66%、48.70%,化合物4A的三组抑制率分别为27.74%、66.13%、73.53;化合物4的抑制率分别为9.79%、26.58%、54.52%。结果表明,4A在所测化合物中抗炎活性最佳（约为阳性药地塞米松的1/3）,单一构型的4A较消旋体4抗炎活性显著,而B环3′,4′-二羟基取代化合物的抗炎活性优于3′,5′-二羟基取代化合物。慢反应物质SRS-A抑制实验表明1A、1B活性均与阳性对照酮替芬相当,抑制率均达到40%以上,而4P及4Q相应活性较弱。在B环羟基上引入疏水基团,合成艾纳香素衍生物11个,均无明显抗炎活性。