过渡金属催化的基于饱和酮脱氢的官能团化反应研究

In recent years,the rapid development of the transition-metal-catalyzed dehydrogenative functionalization reactions have achieved great progress as their ability to simplify synthetic steps, reduce waste formation and enhance atom-economy.We have developed a Pd-catalyzed dehydrogenative cross-coupling reaction between saturated ketones and aromatic heterocycles. Based on this previous research, our following work will focus on new types of cascade transformations, such as alkenylation and amination reactions, by capturing the alkene intermediate which came from dehydrogenation of saturated ketones. These protocols will promote the development of dehydrogenative functionalization reactions which involve saturated ketones.The difficuties of the above-mentioned conversions depend on the compatibility and suited raction rate of catalyst towards two different chemical transformations. Additionally, we intend to employ environmental benign oxyen as terminal oxidant in place of expensive metal oxidants, which will make our strategy have broader application prospects.

过渡金属催化的脱氢官能团化反应具有简化实验步骤、减少废物产生，提高原子经济性等优点，近年来得到了快速发展。我们的研究致力于在之前所发展的饱和酮与芳香杂环化合物之间的脱氢性偶联反应基础上，进一步利用反应中饱和酮脱氢所形成的烯烃中间体，进而发生C-H键官能团化反应如烯基化和胺基化，以发展新型的串联反应，推动饱和酮脱氢官能团化反应的发展。发展这类反应的难点在于两步催化反应之间催化剂的兼容性问题，以及解决一个催化剂同时协调两步反应的速率匹配问题。其次，我们将尝试使用绿色清洁的氧气代替价格昂贵的金属氧化剂，优化之前的饱和酮脱氢偶联反应体系，使之具有更加广阔的合成应用前景。

过渡金属催化的偶联/官能团化反应作为有机合成方法学的研究热门领域，通过对合成路线的设计，实现了构建目标化合物的便捷途径。鉴于此，我们发展了过渡金属催化的脱氢官能团化的新型合成方法，该方法有效的提高了反应原子经济性，缩短了反应路径，符合绿色可持续发展的要求，为药物合成分子和材料功能材料的合成提供新的合成策略。具体而言，我们将过渡金属钯催化的脱氢官能团化反应体系拓展到了更高效的Cu-TEMPO催化体系。通过对反应机理的研究，我们发现Cu-TEMPO催化体系在饱和酮脱氢过程经历了自由基的反应历程，有了对反应机理的本质理解，我们发展了Cu-TEMPO催化体系的一系列官能团化反应研究。在本项目在实施期间，圆满的完成了项目研究目标，与此同时，也解决了该项目的关键科学问题。主要成果包括：（1）发展了过渡金属铜催化的基于饱和酮脱氢的-官能团化反应研究；（2） 发展了过渡金属铜催化的接力脱氢合成二烯和多烯化合物的新方法。该研究成果发表于国际知名期刊J.Am.Chem.Soc.和Nat. Commun.。