碳氢活化和氮氢活化串联偶联反应研究

Due to the hydrocarbon activation reactions with high selectivity, atom economy and environmentally friendly features, has become one of the most important focus on synthetic organic chemistry in recently years. Activated coupling reaction of hydrogen and nitrogen atoms in recent years to achieve success, become an important method of synthesis of aromatic amines and nitrogen heterocyclic. However, the related literature on the imine hydrocarbon activation reaction is very few. Therefore, we have need for further research on imine dehydrogenation directly with the sp2 carbon coupling or addition reaction, including the reaction type and substrate type, make up the hydrocarbon activation reaction "shortcomings" in this field. We managed to success in the hydrocarbon activation reaction, and then study the activation of hydrogen and nitrogen cyclization, and try these two types of reactions in series, and a pot in the hydrocarbon activation coupling and activation of hydrogen and nitrogen coupling reaction.

由于碳氢活化反应具有高选择性、原子经济性好和环境友好等特点，已成为当今有机合成化学的一个最重要的研究方向和研究热点之一。近年来氮氢活化偶联反应的成功实现，成为合成芳胺和含氮杂环的一种重要方法。但从文献检索来看，有关亚胺碳氢活化反应的例子很少。因此，对于亚胺脱氢直接与sp2碳偶联或加成反应，都有必要作进一步的研究，开拓其反应类型和底物类型，补上碳氢活化反应在这方面的"短板"；同时我们将亚胺经碳氢活反应后再研究其氮氢活化关环反应，并设法把这两类反应串联起来，在一锅中完成亚胺的碳氢活化偶联和含氮化合物的氮氢活化偶联反应。

碳氢键是有机化合物中最普遍存在的基本结构。由于碳氢键的键能大，极性小，所以活化困难，反应活性低，经典的合成反应需借助各种官能团的相互转换来实现。而直接通过碳氢活化而形成新的碳碳键无疑是一种具有巨大应用前景的合成方法，它体现了原子经济性和环境友好等特点，成为近年来有机化学研究领域中最活跃之一。.本项目研究主要完成了铁催化下碳碳键、碳氧键和碳氮键的形成，铜催化下碳硫键和碳氮键形成、无金属催化体系下碳碳键形成及在膦催化/钯催化一锅法合成杂环化合物。.首先，我们尝试了在铁催化下的活化反应。主要是在三卤化铁催化下，苯并咪唑与邻氟苯甲醛通过串联反应得到稠杂环化合物，并且扩展了19个底物结构，产物收率在40-94%，具有一定的普适性；同时我们还设计了以3,4-二氢-1H-2-苯并吡喃和苯胺为原料，通过铁盐作为催化剂，TBHP为氧化剂，实现了sp3碳与苯胺衍生物的碳氮键偶联反应，拓展了16个反应底物，目标化合物收率在43-83%之间；我们还完成了从邻碘苯酚与苯乙炔的反应，在FeCl3催化下和邻菲罗啉为配体的反应，合成了2-取代芳基苯并[B]呋喃，收率较高，有一定的应用价值。.其次，我们开展了在铜盐催化下的活化反应。利用铜催化串联反应合成杂环化合物是一种非常好的有机合成方法，我们通过2-碘苯甲酰胺衍生物与咪唑或苯并咪唑在亚铜盐催化下合成稠杂环，反应共拓展了32个底物，底物的适应性较广，目标化合物的收率在49-90%之间；另外我们从2-(N-对甲苯磺酰基)-1,2-二苯乙烯衍生物出发，在亚铜盐催化下，合成了14个2-取代吲哚化合物，产物收率较高，条件温和。.另外，我们还完成了在无金属催化体系下的碳氢活化偶联反应。我们从苯乙醛酸和烯丙基或苄基化合物为原料，TBHP为氧化剂，四丁基碘化铵为催化剂，通过一锅法完成苯乙醛酸的脱羧、氧化和交叉偶联反应，完成了17个底物的拓展工作，收率较高。.最后，我们在膦催化/钯催化下一锅法合成苯并[C]苯并吡喃的反应，该反应从溴代芳烃和邻羟基苯硼酸为原料，通过连续催化串联反应，一锅法合成22个目标化合物。.以上四类反应类型主要涉及到碳氢活化偶联反应，该四类反应符合人们对化学反应绿色化的要求。近年来，研究如何减少在反应过程中原料、溶剂、能源和时间等方面的消耗，开发具有经济、高效等特点的反应，为医药、化学、化工等行业提供高效、便捷的合成手段。