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摘 要

α-重氮酯易于制备，在光照、加热等条件下脱去氮气形成高反应活性的卡宾中间体，通过卡宾介导的各类反应可以高效构筑多种化学键，其中N-H插入反应可以实现高效构筑C-N键，在有机合成和药物合成领域得到广泛应用，可以用来高效合成抗生素、α-氨基酸衍生物以及含氮杂环化合物。

合理的利用资源和循环利用废弃资源是实现现代有机化学绿色和可持续发展的关键。城市污水处理厂在污水处理过程中会形成大量的剩余污泥，污泥含有大量微生物、寄生虫以及各种重金属。若不及时处理，将引起严重的二次污染，对人类活动、生态环境造成潜在的威胁。如果能利用污泥炭作为载体制备出低成本、高活性的催化材料，同时能解决污泥处理的难题，将会具有很高的实际应用前景。

本课题以α-重氮酯和胺类化合物为起始原料，使用高氯酸处理的污泥炭催化剂，在加热条件下，实现卡宾介导的N-H键的插入反应，从而构筑一系列碳氮键产物（α-（苯基氨基）苯乙酸甲酯衍生物），并探究此反应绿色合成外消旋氯吡格雷的应用价值。该方法采用的催化剂成本低廉，绿色环保且原料易得、操作简便，合成反应条件温和、原子利用效率高，在完成了废弃物的资源化利用的同时，符合绿色化学的要求。

关键词：污泥炭 α-重氮酯 卡宾 绿色化学

Study on Constructing Carbon-nitrogen Bond through Carbene Insertion Reaction Catalyzed by Acid-modified Sewage Sludge

Abstract

The α-diazoesters are easy to prepare and can be dediazonized to highly reactive carbene intermediates under thermolytic or photolytic conditions. Chemical bonds can be efficiently constructed by carbene mediated reactions, including the insertion reaction of carbene into N-H bonds Which is an effective method for constructing C-N bonds. Thus the α-diazoesters have received extensive application in organic synthesis and pharmaceutical synthesis. It can be used to efficiently synthesize antibiotics, α-amino acid derivatives, and nitrogen-containing heterocyclic compounds.

Making rational use of resources and recycling the waste resources is the key to achieve green and sustainable development of modern organic chemistry. Urban sewage treatment plants will form a large amount of excess sludge in the sewage treatment process. The sludge contains a large amount of microorganisms, parasites and various heavy metals. If not handled in time, it will cause serious secondary pollution, posing a potential threat to human activities and the ecological environment. If Sewage sludge-derived carbonaceous materials (SWs) can be used as a carrier to prepare low-cost, high-activity catalytic materials, and at the same time it can solve the problem of sludge treatment, it will have a high practical application prospect.

This project used α-diazoesters and amine compounds as starting materials, and perchloric acid treated SWs as catalyst, under the heating condition, the insertion reaction of the carbene into N-H bonds will construct carbon-nitrogen bond to Synthesis products (Methyl α-(phenylamino)phenylacetate derivative). The application of this reaction in the green synthesis of racemic clopidogrel was explored. The catalyst used in the method is low in cost, environmentally friendly, easily available raw materials, simple operation, mild conditions, high in atomic utilization efficiency, and completes resource utilization of waste, and achieves the requirements of green chemistry.

Key Words: Sewage sludge; α-diazoesters; Carbene; Green Chemistry

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 N-H插入反应构筑碳氮键的研究背景 1

1.2 氯吡格雷的合成研究背景 5

1.3 污泥炭为催化剂的绿色合成方法的研究背景 6

1.4 结语 7

第二章 实验内容 8

2.1 实验思路 8

2.2 实验材料 8

2.2.1 实验仪器 8

2.2.2 实验试剂 9

2.3 实验方法 10

2.3.1 酸改性污泥炭催化剂的制备 10

2.3.2 α-重氮酯的制备 10

2.3.3 α-重氮酯参与的N-H插入反应构筑碳氮键 11

2.3.4 抗血小板凝聚剂外消旋氯吡格雷的合成 13

2.4 实验结果与讨论 14

2.4.1 酸改性污泥炭催化剂的表征 14

2.4.2 α-重氮酯参与的N-H插入反应结果 15

2.4.3 外消旋氯吡格雷的核磁数据 21

第三章 结论与展望 22

参考文献 23

致谢 27

第一章 文献综述

1.1 N-H插入反应构筑碳氮键的研究背景

许多含氮有机化合物，如α-氨基酸、生物碱和含氮杂环化合物，都具有广泛的生物活性，因而发展高效构筑C-N键的方法具有重要的研究意义^[1]。过渡金属催化卡宾介导的N-H插入反应是构筑C-N键的高效方法^[2]。1978年，Cama课题组^[3]首次报道了醋酸铑作为催化剂实现分子内N-H键插入反应，实现分子内环化合成β-内酰胺类抗生素，为合成β-内酰胺类抗生素带来深远影响；随后，Bouffard课题组^[4]通过分子内N-H键插入反应合成硫霉素，进而促使抗生素亚胺培南的发现和工业化制造，这是目前α-羰基重氮化合物在工业上最为成功的应用。自此以来，过渡金属、生物大分子以及有机小分子等催化剂相继被开发并运用在N-H键插入反应以构筑各类C-N键产物。

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