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过渡金属催化：芳基硫醚与苯并咪唑类化合物合成的创新路径与前沿探索

一、引言

1.1研究背景与意义

芳基硫醚和苯并咪唑类化合物作为两类重要的有机化合物，在众多领域展现出了独特的应用价值。在医药领域，芳基硫醚结构广泛存在于各类药物分子中。例如，硫利达嗪作为一种经典的神经系统药物，能够有效治疗成人和儿童的精神分裂症，其分子结构中就包含了芳基硫醚片段，该片段对药物与神经递质受体的特异性结合及药效的发挥起到了关键作用。在农药方面，像具有选择性吸收和传导作用的三嗪类除草剂莠灭净（ametryn）以及作为对羟基苯丙酮酸双加氧酶抑制剂的异恶唑草酮，芳基硫醚结构赋予了它们特定的生物活性和作用机制，使其能够精准地作用于靶标生物，实现除草功效。在材料科学领域，芳基硫醚因其独特的电子结构和化学稳定性，被广泛应用于制备高性能的功能材料。如在有机半导体材料中引入芳基硫醚结构，可以有效调节材料的电子传输性能和光学性能，为开发新型的光电材料提供了可能。

苯并咪唑类化合物同样在医药领域表现出色。众多苯并咪唑类抗菌药物成为治疗感染性疾病的重要抗生素，通过特异性地作用于细菌的代谢途径或细胞结构，抑制细菌的生长和繁殖。苯并咪唑类抗肿瘤药物凭借其较强的抗肿瘤活性，在肿瘤治疗中发挥着重要作用，它们能够干扰肿瘤细胞的增殖、分化或凋亡信号通路，从而达到抑制肿瘤生长的目的。在材料领域，苯并咪唑类化合物也展现出了独特的性能。以1-苯基-2-(4-吡啶基)苯并咪唑为配体与EDTA取代2个羧基反应生成的Eu(III)配合物，具有良好的发光性质，在生物成像、气体感应以及光电器件等方面具有潜在的应用价值。1-(4-氯苄基)-2-(吡啶-2-基)苯并咪唑为配体合成的钆(III)配合物，具备良好的热稳定性，在液晶显示器中得到了广泛应用。

传统的芳基硫醚和苯并咪唑类化合物合成方法往往存在诸多弊端。一些合成反应需要在高温、高压等苛刻条件下进行，这不仅增加了能源消耗和生产成本，还对反应设备提出了更高的要求；部分反应使用的催化剂或试剂昂贵且难以回收，导致合成成本居高不下；一些反应的原子经济性差，会产生大量的副产物，对环境造成较大的负担。过渡金属催化的合成方法为解决这些问题提供了新的途径。过渡金属具有独特的电子结构和催化活性，能够在相对温和的条件下促进反应的进行，提高反应的选择性和原子经济性。通过合理选择过渡金属催化剂和反应条件，可以实现芳基硫醚和苯并咪唑类化合物的高效、绿色合成，这对于降低生产成本、减少环境污染以及推动相关领域的可持续发展具有重要意义。

1.2研究目的与内容

本研究旨在深入探索过渡金属催化下芳基硫醚和苯并咪唑类化合物的高效、绿色合成方法，以克服传统合成方法的不足，为这两类重要有机化合物的制备提供更加优化的策略。

在芳基硫醚的合成研究中，将系统地考察不同过渡金属（如钯、镍、铜、铁等）及其配合物作为催化剂时，对反应活性和选择性的影响。深入研究配体的结构与性质对催化性能的调控作用，通过设计和筛选合适的配体，优化催化体系，以提高芳基硫醚的合成效率和选择性。同时，对反应条件（如反应温度、反应时间、溶剂种类、底物浓度等）进行全面的优化，确定最佳的反应条件组合，实现芳基硫醚的高效合成。此外，还将对过渡金属催化合成芳基硫醚的反应机理进行深入探究，通过实验和理论计算相结合的方法，揭示反应过程中的关键步骤和中间体，为反应的优化提供理论依据。

对于苯并咪唑类化合物的合成，同样将重点研究过渡金属催化体系下，以邻苯二胺、邻硝基苯胺、邻卤代苯胺等不同原料出发的合成路径。详细考察过渡金属催化剂、配体以及其他反应条件对反应的影响，优化反应条件，提高苯并咪唑类化合物的产率和纯度。探索新颖的合成策略和反应体系，拓展苯并咪唑类化合物的合成方法，以实现其多样化和功能化的合成。深入研究反应机理，明确过渡金属在反应中的作用方式和催化循环过程，为反应的进一步优化和创新提供理论指导。

1.3国内外研究现状

在过渡金属催化芳基硫醚合成方面，国内外学者已开展了大量研究并取得了显著成果。钯催化的C-S偶联反应是较早被研究和应用的方法之一。早期研究主要集中在采用单膦配体的催化体系，如以三苯基膦为配体，实现了卤代芳烃与硫醇的C-S偶联反应，但该体系存在催化剂活性较低、反应条件较为苛刻等问题。随后，双膦配体的引入显著改善了催化性能。例如，1,3-双(二苯基膦)丙烷等双膦配体与钯形成的配合物，在催化反应中表现出更高的活性和选择性，能够在相对温和的条件下促进芳基硫醚的合成。采用二烷基膦化氢的氧化物作为配体的催化体系也有相关报道，为钯催化的C-S偶联反应提供了新的配体选择。

镍催化的C-S偶联反应也受到了广泛