本論文研究主要探討二價鈀金屬催化N-苯基吡啶-2-胺之鄰位碳－氫鍵活化/芳香基化反應，其中以芳香基三氟硼酸鉀鹽作為偶合試劑、醋酸銅為氧化試劑、對位苯醌為共同氧化試劑及配位基角色，在第三丁醇作為溶劑下，反應於80-90 °C進行4小時來完成，同時針對導向基團上的取代基電子效應進行深入研究。本反應的關鍵中間體，4-甲基-N-(聯苯-2-基)吡啶-2-胺之鈀金屬錯合物最後被單離，其結構利用X光單晶繞射分析進行確認基於先前控制研究與此中間體單晶證據，我們提出一個合理的催化反應機制。此合成策略所獲得產物可進一步應用於合成至N-吡啶咔唑、聯苯-2-胺和吡啶[1,2-a]苯并咪唑。

The direct ortho arylation of 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amines via palladium(II)-catalyzed C-H activation is described. Treatment of 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine with potassium aryltrifluoroborate using ten mol % of Pd(OAc)2 as the catalyst, two equivalents of copper (II) acetate as the oxidant and one equivalent of p-benzoquinone in tert-butyl alcohol gave the ortho-arylated products in modest to excellent yields. This reaction shows good functional group compatibility. A series of controlled experiments and 1H NMR titration experiments for the reaction were carried out. The key intermediate, 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine palladacycle was isolated and characterized by X-ray crystallography. A rational mechanism for the catalytic reaction is presented. The advanced transformations of ortho phenylated 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine to N-(4-methylpyridine-2-yl)-9H-carbazole, biphenyl-2-amine, and 3-methyl-6-phenylpyrido[1,2-a]-benzimidazole were successfully demonstrated.

中文摘要 i
英文摘要 ii
第一章 碳－氫鍵活化之介紹 1
1-1利用鈀金屬催化的偶合反應 2
1-1-1以 Pd (0) / Pd(II) 進行催化的偶合反應 2
1-1-2 以 Pd (II) / Pd (0) 進行催化的偶合反應 4
1-1-2-1 利用有機矽化合物作為偶合試劑進行碳－氫鍵活化/芳香基化 5
1-1-2-2 利用醯胺作為導向基團來進行碳－氫鍵活化/芳香基化 6
1-1-3 二價鈀金屬催化兩個未活化之碳－氫鍵進行偶合反應 7
1-2 本實驗室過去曾利用二價鈀金屬所發表之研究 8
1-2-1二價鈀金屬催化3,5－二苯基異噁唑鄰位碳－氫鍵活化／芳香基化與烷基化之研究 8
1-2-2 二價鈀金屬催化2-苯基吡啶鄰位碳－氫鍵活化／芳香基化之研究 9
1-2-3 二價鈀金屬催化2-苯氧基吡啶鄰位碳－氫鍵活化／芳香基化與吡啶導向基團移除之研究 9
1-2-4 二價鈀金屬催化N-苯基吡啶-2-胺連續碳－氫鍵活化之研究 10
1-2-5 二價鈀金屬催化9-(2-吡啶基)-9H-咔唑鄰位碳－氫鍵活化／芳香基化之研究 11
第二章 主文 12
2-1 緒論 12
2-2 研究動機 13
2-3 結果與討論 14
2-3-1 起始物 24 之合成 14
2-3-2 前驅物 (31b) 之合成 14
2-4 反應條件之最佳化測試 15
2-4-1 氧化試劑之測試 15
2-4-2 溶劑之測試 17
2-5 N-苯基吡啶-2-胺 (24) 之不同取代基的導向基團之偶合反應 18
2-6 4-甲基- N-苯基吡啶-2-胺 (24f) 與芳香基三氟硼酸鉀鹽之偶合反應 20
2-7 4-甲基- N-苯基吡啶-2-胺 (43) 與苯基三氟硼酸鉀鹽之偶合反應 23
Table 5. 4-甲基- N-苯基吡啶-2-胺 (43) 與苯基三氟硼酸鉀鹽之偶合反應 24
2-8 反應中間體的製備與晶體結構鑑定 26
2-9 反應機構的推測 27
2-10 控制實驗 28
2-10-1化合物24f與35f分別和第三丁醇與二噁烷氫核磁共振光譜滴定實驗 28
2-10-2 氧化試劑、溶劑與溫度之控制 31
2-11 4-甲基-N-(聯苯-2-基)吡啶-2-胺之合成應用 34
2-11-1 N-吡啶咔唑化合物之合成 34
2-11-2 吡啶[1,2-a]苯并咪唑化合物之合成 34
2-11-3 4-甲基-N-(聯苯-2-基)吡啶-2-胺 36f 之吡啶基團移除 35
2-12 結論 36
第三章 參考文獻與註釋 37
第四章 實驗部分 41
4-1 儀器部分 41
4-2 試藥部分 42
4-3 實驗流程 43
4-3-1前驅物與起始物的製備流程 43
4-3-1-1 前驅物 (31b) 的合成步驟 43
4-3-1-2 前驅物 (31d) 的合成步驟 43
4-3-1-3 前驅物 (31f) 的合成步驟 44
4-3-2 起始物 24 and 43 的合成步驟 44
4-3-3 N-芳香基吡啶-2-胺 (24) 之鄰位碳－氫鍵活化/芳香基化反應之實驗步驟 46
4-3-4 4-甲基-N-苯基吡啶-2-胺 (24f) 之鄰位碳－氫鍵活化/芳香基化反應之實驗步驟 48
4-3-5 4-甲基-N-苯基吡啶-2-胺衍生物 (43) 之鄰位碳－氫鍵活化/芳香基化反應之實驗步驟 50
4-3-6 Palladacycle I 之合成步驟 51
4-3-7 N-吡啶咔唑化合物 (36f) 之合成步驟 51
4-3-8 吡啶[1,2-a]苯并咪唑化合物 (48) 之合成步驟 52
4-3-9 產物吡啶基團移除之實驗步驟 53
4-3-10 氫核磁共振光譜滴定實驗步驟 53
4-4 光譜數據與物理性質 55
第五章 附錄 84
附錄 I palladacyle I之晶體資料 84
第六章 光譜附圖 107

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