氮杂环卡宾(N-Heteocyclic carbene,NHC)具有结构多样、可修饰性好、配位能力强等特点,因此它成为制备过渡金属化合物重要的配体之一。与传统的有机膦配体相比较,氮杂环卡宾具有较强的σ-供电能力和较弱的π-接受电子能力。此外,氮杂环卡宾的电子效应和空间立体效应更易于调控。氮杂环卡宾的这种优良性质使得它与金属中心形成非常稳定的C-M键和结构多样的金属有机化合物。近些年来,随着绿色化学的不断发展,各种构型的NHC金属化合物已经被成功合成并鉴定,如单齿化合物、螯合形化合物、钳形化合物等。JNJ-42756493其中钳形氮杂环卡宾金属化合物具有更优异的结构刚性和稳定性。目前,结构多样、性能各异的多种氮杂环卡宾金属化合物已被广泛合成并应用于催化领域。本论文设计并合成了一系列嘧啶、硫醚双官能团化钳形氮杂环卡宾钯化合物并研究了其在催化C-H活化反应中的催化效果。本文主要研究内容如下:1)以廉价、简单易得的L-亮氨醇或L-苯丙氨醇为原料,通过“一锅煮”法合成了一系列的咪唑醇,将咪唑醇与氯化亚砜反应后,再与硫醇或硫酚取代生成咪唑硫醚,将硫醚功能化的咪唑进一步与2-氯嘧啶反应后,得到侧链含不同取代基的系列嘧啶、硫醚双官能团化氮杂环卡宾前体咪唑鎓盐。通过~1H NMR、~(13)C NMR、HR-MS等手段对各个步骤中合成的产物结构进行了表征。2)将氯化钯与新合成的嘧啶、硫醚双官能团化氮杂环卡宾前体鎓盐经由直接金属化Secondary hepatic lymphoma法,合成了六种全新的嘧啶、硫醚双官能团化钳形NHC-Pd化合物5a-f。通过~1H NMR、~(13)C NMR、HR-MS等方法对最终目标产物的结构进行了鉴定与表征。3)研究了新合成的六种NHC-Pd化合物对2-乙酰噻吩和2-乙酰呋喃与不同芳基溴化物间的基于C-H活化芳基化反应的催化能力。将所制备的六种新型化合物NHC-Pd5a-f用于催化2-乙酰噻吩与4-溴苯乙酮的偶联反应,来探索不同种类的碱和溶剂对催化反应的影响。筛选的碱包含Na OAc、KOAc、K_3PO_4、K_2CO_3、~tBu OK,溶剂包含DMF、DMAC、DMSO、CH_3CN、Tol、THF、H_2O(添加TBAB)。实验结果表明该偶联反应的最适宜反应条件为:NHC-Pd 5d、DMAC、KOAc。在最适宜反应条件下,发现5d催化2-乙酰噻吩与4-溴苯乙酮的偶联反应几乎可以完全反应。更换不同的芳基溴化物分别与2-乙酰噻吩或2-乙酰呋喃进行偶联反应,发现这种嘧啶、硫醚双官能团化钳形NHC-Pd化合物的催化能力比较广泛。通过分析催化反应的实验数据,可以得到两个结论:一、空间位阻效应对该偶联反应有着明显的影响,不同位置取代的芳基溴化物异构体偶联产率按照对位、间位、邻位的顺序依次降低;二、电子效应也影响该偶联反应的进行,吸电子取代基的效果大于供电子取代基的效果。4)探索了新合成的六种NHC-Pd化合物催化咪唑衍生物与不同芳基溴化物发生芳基化反应的活性。将制备的新型NHC-Pd化合物用于催化1,2-二甲基咪唑和1-甲基咪唑与4-溴苯乙酮的偶联反应,来探索这几种化合物的催化性能,同时也探索了不同种类的碱和溶剂对该偶联反应的影响。筛选的碱包含Na OAc、KOAc、K_3PO_4、K_2CO_3、~tBu OK,溶剂包含DMF、DMAC、DMSO、CH_3CN、Tol、THF、H_2O(添加TBAB)。通过分析比对实验结果,确定该偶联反应的最适宜反应条件:NHC-Pd 5d、DMAC、KOAc。在优化条件下,发现5d催化1,2-GW-572016配制二甲基咪唑与4-溴苯乙酮的偶联反应几乎可以彻底反应。在最佳反应条件下,更换不同的芳基溴化物来探索新合成的NHC-Pd化合物的催化适用性能。催化反应的实验数据表明,电子效应和空间位阻效应对该偶联反应均有较大的影响,吸电子取代芳基溴化物偶联产率大于供电子取代的类似物,邻位取代芳基溴化物的偶联产率大幅度低于其间位、对位取代异构体的偶联产率。