本篇碩士論文的主旨是藉由金錯合物的催化下發展新型的有機合成方法。
在第一章中，我們使用三氯化金作為催化劑搭配Selectflour作為氧化劑，催化苯胲衍生物進行分子內的環化加成反應而生成喹啉。此催化反應可以在溫合的反應條件下進行並且具有不錯的官能基容忍度。
而在第二章中，我們使用金錯合物催化叔丁酯衍生物和醛類或酮類進行雜環類的[4+2]環化加成反應，可以有效率地得到含有1,3-dioxin-4-one結構的產物並且此催化反應具有非常好的官能基容忍度。而以丙酮作為助劑，我們可以成功地以骨架重排方法使得叔丁酯衍生物和烯醇醚進行環化加成反應而得到非典型的[4+2]環化加成產物。

This thesis describes developments of new organic transformations using gold catalysis.
First chapter deals with gold catalyzed synthesis of quinolines from hydroxylamines using selectfluor as an oxidant. The reaction have broad substrate scope under mild reaction conditions.
Second chapter deals with gold-catalyzed formal hetero-[4+2] cycloadditions of tert-butyl propiolates with carbonyl compounds, which proceeded efficiently to yield 1,3-dioxin-4-one derivatives over a wide scope of substrates. With acetone as a promoter, gold-catalyzed cycloadditions of these propiolate derivatives with enol ethers led to the formation of atypical [4+2]-cycloadducts with skeletal rearrangement.

目錄
摘要
Abstract
謝誌
目錄
發表著作
圖目錄
表目錄
光譜目錄

第一章
Gold-catalyzed Synthesis of Quinolines from Hydroxylamines
第一節 緒論
1.1 合成喹啉之傳統有機方法
1.2 利用過渡金屬催化環化加成反應生成喹啉
第二節 實驗概述
第三節 結果與討論
3.1 合成之基質表
3.2 簡述基質合成的方法
3.3 官能基容忍度之測試
3.4 反應機構之推測
第四節 結論
第五節 實驗部分
5.1 實驗藥品之中英文對照表
5.2 實驗的一般操作
5.3 實驗基質之合成
5.4 催化實驗之操作
5.5 光譜資料
第六節 參考文獻

第二章
Gold-catalyzed Formal [4+2]-Cycloaddition of Propiolate Derivatives with aldehydes and ketones
第一節 緒論
1.1 過渡金屬催化環化加成反應
1.2 金錯合物催化環化加成反應
1.3 1,3-dioxin-4-one在有機合成領域中之應用
1.4 現今合成1,3-dioxin-4-one的方法及限制
1.5 過渡金屬催化醛類進行環化加成反應
1.6 金錯合物催化丙炔酸/丙炔酸叔丁酯進行環化加成
反應
第二節 實驗概述
第三節 結果與討論
3.1 反應條件最佳化
3.2 合成之基質表
3.3 簡述基質合成的方法
3.4 叔丁酯衍生物和苯甲醛之官能基容忍度探討
3.5 苯丙炔酸叔丁酯和醛類之官能基容忍度探討
3.6 叔丁酯衍生物和丙酮之官能基容忍度探討
3.7 1,3-dioxin-4-one之應用及一鍋化反應的探討
3.8 反應機構之推測
第四節 結論
第五節 實驗部分
5.1 實驗藥品之中英文對照表
5.2 實驗的一般操作
5.3 實驗基質之合成
5.4 催化實驗之操作
5.5 1,3-dioxin-4-one之應用及一鍋化反應
5.6 光譜資料
5.7 結構鑑定
第六節 參考文獻

發表著作
1. “Gold-catalyzed Formal [4π+2π]-Cycloadditions of
Propiolate Derivatives with Unactivated Nitriles”
Somnath Narayan Karad, Wei-Kang Chung and Rai-Shung
Liu. Chem. Sci., 2015, Accepted Manuscript
2. “Gold-catalyzed formal [4π+2π]-cycloadditions of tert-butyl
propiolates with aldehydes and ketones to form
4H-1,3-dioxine derivatives”
Somnath Narayan Karad, Wei-Kang Chung and Rai-Shung Liu. Chem. Commun., 2015, Advance Article

圖目錄
圖一 喹啉為核心架構之天然物
圖二 喹啉為核心架構之光電材料配位基
圖三 Skraup synthesis之反應機構
圖四 Friedländer synthesis之反應機構
圖五 Solid-Phase的合成喹啉方法
圖六 利用過渡金屬催化環化加成反應生成喹啉之一
圖七 利用過渡金屬催化環化加成反應生成喹啉之二
圖八 合成喹啉之實驗概述
圖九 合成之苯胲衍生物基質表
圖十 簡述苯胲衍生物基質的合成方式
圖十一 合成喹啉反應機構之推測
圖十二 Hydroxyamine之合成方法
圖十三 Allyl acetate之合成方法之一
圖十四 Allyl acetate之合成方法之二
圖十五 苯胲衍生物基質之合成方法
圖十六 三氯化金催化化合物I-1a進行環化反應
圖十七 含有1,3-dioxin-4-one結構之天然物
圖十八 合成1,3-dioxin-4-one的方法及限制
圖十九 過渡金屬催化醛類進行環化加成反應之一
圖二十 過渡金屬催化醛類進行環化加成反應之二
圖二十一 金錯合物催化丙炔酸/丙炔酸衍生物進行環化
加成反應
圖二十二 [4+2]環化加成反應實驗概述
圖二十三 合成之叔丁酯衍生物基質表
圖二十四 簡述基質II-1a之合成步驟
圖二十五 簡述基質II-1b之合成步驟
圖二十六 簡述基質II-1d之合成步驟
圖二十七 1,3-dioxin-4-one與烯醇醚之反應機構探討及一
鍋化反應
圖二十八 [4+2]環化加成反應機構之推測
圖二十九 簡述基質II-1a之合成步驟
圖三十 簡述基質II-1b之合成步驟
圖三十一 簡述基質II-1d之合成步驟
圖三十二 [4+2]環化加成反應催化實驗之操作
圖三十三 1,3-dioxin-4-one與烯醇醚之反應
圖三十四 1,3-dioxin-4-one與烯醇醚之一鍋化反應
圖三十五 化合物II-3a之結構鑑定

表目錄
表一 合成喹啉的官能基容忍度測試
表二 合成喹啉實驗之藥品中英文對照表
表三 [4+2]環化加成反應之反應條件最佳化
表四 叔丁酯衍生物和苯甲醛之官能基容忍度探討
表五 苯丙炔酸叔丁酯和醛類之官能基容忍度探討
表六 叔丁酯衍生物和丙酮之官能基容忍度探討
表七 1,3-dioxin-4-one之一鍋化反應
表八 [4+2]環化加成反應實驗之藥品中英文對照表

光譜目錄
化合物I-1a的1H NMR光譜圖
化合物I-1a的13C NMR光譜圖
化合物I-1b的1H NMR光譜圖
化合物I-1b的13C NMR光譜圖
化合物I-1c的1H NMR光譜圖
化合物I-1c的13C NMR光譜圖
化合物I-1d的1H NMR光譜圖
化合物I-1d的13C NMR光譜圖
化合物I-1e的1H NMR光譜圖
化合物I-1e的13C NMR光譜圖
化合物I-1f的1H NMR光譜圖
化合物I-1f的13C NMR光譜圖
化合物I-1g的1H NMR光譜圖
化合物I-1g的13C NMR光譜圖
化合物I-2a的1H NMR光譜圖
化合物I-2a的13C NMR光譜圖
化合物I-2b的1H NMR光譜圖
化合物I-2b的13C NMR光譜圖
化合物I-2c的1H NMR光譜圖
化合物I-2c的13C NMR光譜圖
化合物I-2d的1H NMR光譜圖
化合物I-2d的13C NMR光譜圖
化合物I-2e的1H NMR光譜圖
化合物I-2e的13C NMR光譜圖
化合物I-2f的1H NMR光譜圖
化合物I-2f的13C NMR光譜圖
化合物I-2g的1H NMR光譜圖
化合物I-2g的13C NMR光譜圖
化合物II-1a的1H NMR光譜圖
化合物II-1a的13C NMR光譜圖
化合物II-1b的1H NMR光譜圖
化合物II-1b的13C NMR光譜圖
化合物II-1c的1H NMR光譜圖
化合物II-1c的13C NMR光譜圖
化合物II-1d的1H NMR光譜圖
化合物II-1d的13C NMR光譜圖
化合物II-1e的1H NMR光譜圖
化合物II-1e的13C NMR光譜圖
化合物II-3a的1H NMR光譜圖
化合物II-3a的13C NMR光譜圖
化合物II-4a的1H NMR光譜圖
化合物II-4a的13C NMR光譜圖
化合物II-4b的1H NMR光譜圖
化合物II-4b的13C NMR光譜圖
化合物II-4c的1H NMR光譜圖
化合物II-4c的13C NMR光譜圖
化合物II-4d的1H NMR光譜圖
化合物II-4d的13C NMR光譜圖
化合物II-4e的1H NMR光譜圖
化合物II-4e的13C NMR光譜圖
化合物II-4f的1H NMR光譜圖
化合物II-4f的13C NMR光譜圖
化合物II-4g的1H NMR光譜圖
化合物II-4g的13C NMR光譜圖
化合物II-4h的1H NMR光譜圖
化合物II-4h的13C NMR光譜圖
化合物II-4i的1H NMR光譜圖
化合物II-4i的13C NMR光譜圖
化合物II-4j的1H NMR光譜圖
化合物II-4j的13C NMR光譜圖
化合物II-6a的1H NMR光譜圖
化合物II-6a的13C NMR光譜圖
化合物II-6b的1H NMR光譜圖
化合物II-6b的13C NMR光譜圖
化合物II-6c的1H NMR光譜圖
化合物II-6c的13C NMR光譜圖
化合物II-6d的1H NMR光譜圖
化合物II-6d的13C NMR光譜圖
化合物II-6e的1H NMR光譜圖
化合物II-6e的13C NMR光譜圖
化合物II-7a的1H NMR光譜圖
化合物II-7a的13C NMR光譜圖
化合物II-7b的1H NMR光譜圖
化合物II-7b的13C NMR光譜圖
化合物II-7c的1H NMR光譜圖
化合物II-7c的13C NMR光譜圖
化合物II-7d的1H NMR光譜圖
化合物II-7d的13C NMR光譜圖
化合物II-7e的1H NMR光譜圖
化合物II-7e的13C NMR光譜圖

First chapter:
[1] a) J. P. Michael, Nat. Prod. Rep. 1997, 14, 605. b) J. P. Michael, Nat. Prod. Rep. 2001, 18, 543. c) P. R. Kym, M. E. Kort, M. J. Coghlan, J. L. Moore, R. Tang, J. D. Ratajczyk, D. P. Larson, S. W. Elmore, J. K. Pratt, M. A. Stashko, H. D. Falls, C. W. Lin, M. Nakane, L. Miller, C. M. Tyree, J. N. Miner, P. B. Jacobson, D. M. Wilcox, P. Nguyen, B. C. Lane, J. Med. Chem. 2003, 46, 1016. d) L. Strekowski, M. Say, M. Henary, P. Ruiz, L. Manzel, D. E. Macfarlane, A. J. Bojarski, J. Med. Chem. 2003, 46, 1242. e) W. Sawada, H. Kayakiri, Y. Abe, K. Imai, A. Katayama, T. Oku, H. Tanaka, J. Med.Chem. 2004, 47, 1617. f) Funayama, S.; Murata, K.; Noshita, T. Heterocycles 2001, 54, 1139. g) Balasubramanian, M.; Keay, J. G. Isoquinoline Synthesis. In Comprehensive Heterocyclic Chemistry II; McKillop, A. E., Katrizky, A. R., Rees, C. W., Scrivem, E. F. V., Eds.; Elsevier: Oxford, UK, 1996; Vol. 5, p 245. h) Claret, P. A.; Osborne, A. G. In The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Quinolines; Jones, G., Ed.; John Wiley and Sons: Chichester, 1982, Vol. 32, Part 2, p 31. i) Sawada, Y.; Kayakiri, H.; Abe, Y.; Imai, K.; Katayama, A.; Oku, T.; Tanaka, H. J. Med. Chem. 2004, 47, 1617. J) A. P. Gorka, A. de Dios, P. D. Roepe, J. Med. Chem. 2013, 56, 5231.
[2] a) H. C. Kolb, M. S. VanNieuwenhze, K. B. Sharpless, Chem. Rev. 1994, 94, 2483. b) R.O. Larsen, E. G. Corley, A. O. King, J. D. Carroll, P. Davis, T. R. Verhoeven, J. Org. Chem. 1996, 61, 3398. c) X. Zhang, A. S. Shetty, S. A. Jenekhe, Macromolecules 1999, 32, 7422. d) S. A. Jenekhe, L. Lu, M. M. Alam, Macromolecules 2001, 34, 7315. e) T. Gunnlaugsson, D. A. MacDonaill, D. J. Parker, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12866. f) J. L. Kim, I. S. Shin, H. Kim, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1614. g) E. M. Nolan, J. Jaworski, K.-I. Okamoto, Y. Hayashi, M. Sheng, S. J. Lippard, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16812.
[3] a) P. A. Claret, A.G. Osborne, The Chemistry of Heterocyclic Compounds; Quinoline, G. Jones, Ed.; John Wiley Sons: U.K., 1982; Vol. 32, Part 2, 31-32. b)
M. Balasubramanian, J. G. Keay, In Comprehensive Heterocyclic Chemistry II; A. R. Katritzky, C. W. Rees, E. F. V. Scriven, Pergamon Press: Oxford, U.K., 1996; Vol. 5, 245. c) M. J. Sandelier, P. DeShong, Org. Lett. 2007, 9, 3209. d) S.-Y. Tanaka, M. Yasuda, A. Baba, J. Org. Chem. 2006, 71, 800. e) Y.-C. Wu, L. Liu, H.-J. Li, D. Wang, Y.-J. Chen, J. Org. Chem. 2006, 71, 6592. f) Y.-L. Zhao, W. Zhang, S. Wang, Q. Liu, J. Org. Chem. 2007, 72, 4985. g) K. O. Hessian, B. L. Flynn, Org. Lett. 2006, 8, 243. h) X. X. Zhang, M. A. Campo, T. L. Yao, R. C. Larock, Org. Lett. 2005, 7, 763. i) B. Janza, A. Studer, Org. Lett. 2006, 8, 1875. j) Q. Zhang, Z. G. Zhang, Z. H. Yan, Q. Liu, T. Y. Wang, Org. Lett. 2007, 9, 3651-3653. k) R. Zong, H. Zhou, R. P. Thummel, J. Org. Chem. 2008, 73, 4334. l) D. A. Powell, R. A. Batey, Org. Lett. 2002, 4, 2913. m) I. S. Cho, L. Gong, J. M. Muchowski, J. Org. Chem. 1991, 56, 7288. n) E. C. Riesgo, X. Jin, R. P. Thummel, J. Org. Chem. 1996, 61, 3017. o) Y. Wu, L. Liu, H. Li, D. Wang, Y. Chen, J. Org. Chem. 2006, 71, 6592. p) S. E. Denmark, S. Venkatraman, J. Org. Chem. 2006, 71, 1668.
[4] a) Z. H. Skraup, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1880, 13, 2086. b)R. H. Baker, S. W. Tinsley Jr., D. Bulter, B. Riegel, J. Am. Chem. Soc. 1950, 72, 393. c) P. Friedländer, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1882, 15, 2572. d) Y. Hsiao, N. R. Rivera, N. Yasuda, D. L. Hughes, P. J. Reider, Org. Lett. 2001, 3, 1101. e) Y.-Z. Hu, G. Zhang, R. P. Thummel, Org. Lett. 2003, 5, 2251. f) P. G. Dormer, K. K. Eng, R. N. Farr, G. R. Humphrey, J. C. McWilliams, P. J. Reider, J. W. Sager, R. P. Volante, J. Org. Chem. 2003, 68, 467. g) B. R. McNaughton, B. L. Miller, Org. Lett. 2003, 5, 4257. h) E. Tang, D. Mao, W. Li, Z. Gao, P. Yao, Heterocycles 2012, 85, 667.
[5] a) Z. Zhang, J. Tan, Z. Wang, Org. Lett. 2008, 10, 173. b) Y. Zhang, M. Wang. P. Li, L. Wang, Org. Lett. 2012, 14, 2206.

Second chapter:
[1] Hudlicky, T.; Natchus, M. G. In Organic Synthesis: Theory and Applications; Hudlicky, T., Ed.; JAI: Greenwich, CT, 1993; Vol. 2, pp 1–23.
[2] Carruthers, W. Cycloaddition Reactions in Organic Synthesis; Pergamon: Oxford, 1990.
[3] Kobayashi, S.; Jorgensen, K. A. Cycloaddition Reactions in Organic Synthesis; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2002.
[4] (a) Bertz, S. H. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 3599. (b) Curran, D. P., Ed. Advances in Cycloaddition; JAI Press: Greenwich, 1994; Vol. 1-3. (c) Trost, B. M. Angew. Chem., Int. Ed. 1995, 34, 259. (d) Lautens, M.; Klute, W.; Tam, W. Chem. Rev. 1996, 96, 49. (e) Kotha, S.; Brahmachary, E.; Lahiri, K. Eur. J. Org. Chem. 2005, 4741. (f) Shibata, T.; Tsuchikama, K. Org. Biomol. Chem. 2008, 6, 1317. (g) K. Tanaka, Chem. Asian J., 2009, 4, 508.
[5] a) Lautens, M.; Klute, W.; Tam, W. Chem. Rev. 1996, 96, 49. (b) Gorin, D. J.; Sherry, B. D.; Toste, F. D. Chem. Rev. 2008, 108, 3351. c) Hashmi, A. S. K. Chem. Rev. 2007, 107, 3180. d) Jiménez-Núñez, E.; Echavarren, A. M. Chem. Rev. 2008, 108, 3326. e) Echavarren, A. M.; Nevado, C. Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 431. f) Fürstner, A. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3208. g) Krause, N.; Winter, C. Chem. Rev. 2011, 111, 1994. h) Corma, A.; Leyva-Pérez, A.; Sabater, M. J. Chem. Rev. 2011, 111, 1657. i) Shen, H. C. Tetrahedron 2008, 64, 7847.
[6] a) Gorin, D. J.; Toste, F. D. Nature 2007, 446, 395. b) Fürstner, A.; Davies, P. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 3410.
[7] a) G. Desimoni, G. Tacconi, Chem. Rev., 1975, 75, 651-692; b) K. P. Reber, S. D. Tilley, E. Sorensen, J. Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 3022–3034.
[8] a) M. T. Crimmins, A. C. Smith, Org. Lett., 2006, 8, 1003-1006; b) R. S. Coleman, J. R. Fraser, J. Org. Chem., 1993, 58, 385-392; c) E. Fillion, D. Fishlock, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 13144-13145; d) R. K. Boeckman, Jr., J. R. Pruitt, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 8286-8288; e) J. Gebauer, S. Blechert, J. Org. Chem., 2006, 71, 2021-2025; f) R. K. Boeckman, Jr., C. H. Weidner, R. B. Perni, J. J. Napier, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 8036-8037; g) N. Cramer, S. Laschat, A. Baro, H. Schwalbe, C. Richter, Angew. Chem., 2005, 117, 831-833; Angew. Chem., Int. Ed., 2005, 44, 820-822; h) B. M. Trost, J. L. Gunzner, O. Dirat, Y. H. Rhee, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 10396-10415; i) R. K. Boeckman, Jr., P. Shao, S. T. Wrobleski, D. J. Boehmler, G. R. Heintzelman, A. J. Barbosa, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 10572-10588; j) W. R. Roush, B. B. Brown, J. Org. Chem., 1993, 58, 2162-2172; k) H. Miyatake-Ondozabal, A. G. M. Barrett, Tetrhedron 2010, 66, 6331-6334.
[9] a) M. O. Adeboya, R. L. Edwards, T. Lassøe, D. J. Maitland, L. Shields and A. J. S. Whalley, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1996, 1419–1425. b) L. Liu, T. Bruhn, L. Guo, D. C. Gotz, R. Brun, A. Stich, Y.Che and G. Bringmann, Chem. Eur. J. 2011, 17, 2604–2613. c) L. Liu, S. B. Niu, X. H. Lu, X. L. Chen, H. Zhang, L. D. Guo and Y. S. Che, Chem. Commun. 2010, 46, 460–462. d) X.-L. Yang, J.-Z. Zhang and D.-Q. Luo, Nat. Prod. Rep. 2012, 29, 622-641. e) L. Liu, Y. Li, L. Li, Y. Cao, L. Guo, G. Liu and Y. Che, J. Org. Chem. 2013, 8, 2992−3000.
[10] a) L. Horner, E. Spietschka, Chem. Ber., 1952, 85, 225–229; b) S. V. Kol’tsova, V. P. Feshin, Russ. J. Org. Chem., 2001, 37, 1616–1620; c) B. Freiermuth, C. Wentrup, J. Org. Chem., 1991, 56, 2286–2289; d) K. Bell, D. V. Sadasivam, I. R. Gudipati, H. Ji, D. Birney, Tetrahedron Lett., 2009, 50, 1295–1297; e) J. A. Hyatt, P. L. Feldman, R. J. Clemens, J. Org. Chem., 1984, 49, 5105–5108; f) A. E. May, T. R. Hoye, J. Org. Chem., 2010, 75, 6054–6056.
[11] a) Danishefsky , S.; Kerwin, Jr , J. F.; Kobayashi, S. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 358. b) Kurahashi, T.; Matsubara, S.; Fujiwara, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5512.
[12] Yeom, H.-S.; Koo, J.; Wang, Y.; Liang, Y.; Yu, Z.-X.; Shin, S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 208.
[13] Jørgensen, K. A. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3558.
[14] Audouard, C.; Bettaney, K.; Doan, C. T.; Rinaudo, G.; Jervis, P. J.; Percy, J. M. Org. Biomol, Chem. 2009, 7, 1573.