过渡金属催化的温和条件下酰胺的氢化和氢转移反应研究

The reduction of easily available amides is a fundamental method to prepare amines, and has been a topic of research for many years. Using transition-metal catalyzed hydrogenation or transfer hydrogenation as a means to reduce amides into amines is an interesting yet challenging task in organic synthesis. Although considerable effort has been made in this area, only limited examples under harsh reaction conditions have been reported, and the development of highly effective catalysts is highly desirable. The objective of this project is to deliver catalysts that effect productive and chemoselective hydrogenation and transfer hydrogenation of amides under mild conditions. To implement the project, a tert-functional catalyst could be envisaged, that contains a transition-metal complex capable of producing metal hydride, a Lewis acidic metal centre capable of interacting with the amide nitrogen, and a BrФnsted acid capable of protonating the amide oxygen. This kind of catalyst can be readily accessible, and importantly, the Lewis acid and BrФnsted acid can be independently varied, providing a wider space for success. After extensive screening and optimization, it is expected that highly efficient catalyst systems under mild reaction conditions would be developed.

利用过渡金属催化的氢化和氢转移反应还原酰胺制备胺是目前催化领域研究的热点和难点。虽然文献中已有一些报道，但是反应条件十分苛刻，缺乏有效的催化体系。本课题拟设计合成一类由过渡金属加氢催化剂、金属Lewis酸催化剂和BrФnsted酸催化剂三部分组成的多功能催化体系，应用于温和条件下酰胺的氢化和氢转移还原反应制备胺。其中，过渡金属加氢催化剂用于产生金属负氢，金属Lewis酸催化剂用于活化酰胺氮，BrФnsted酸催化剂用于活化酰胺羰基氧。此类催化剂合成简单，催化性能可以通过变换不同的组合，在很宽的范围内进行调节。运用组合平行法对过渡金属加氢催化剂、金属Lewis酸催化剂和BrФnsted酸催化剂组合进行筛选，发现性能优异的催化体系，建立温和条件下酰胺的高效、高选择性还原新方法，为具有实际应用价值和自主知识产权的高效催化剂体系的开发提供重要科学基础。

本项目开展期间的研究工作主要集中在酰胺的脱氧还原反应的研究。我们首先完成了利用Ru-催化的氢化反应从价廉易得的苯二胺和α-酮酸酯出发，在相对温和的条件下，一锅法制备1,2,3,4-四氢喹喔啉。此过程首先进行环化反应得到喹喔啉酮，然后分别是Ru-催化的亚胺的还原反应得到二氢喹喔啉酮和最后Ru-催化的酰胺的高选择性脱氧还原反应得到1,2,3,4-四氢喹喔啉。在此研究中选择合适的布朗斯特德酸(四氟硼酸)助催化剂对反应的结果有很大的影响。实验结果表明四氟硼酸助催化剂可以有效地活化酰胺基团的羰基氧，破坏其共轭作用，促使酰胺基团的脱氧还原反应顺利进行。在成功地进行氢化反应的基础上，我们又完成了无金属参与的利用B(C6F5)3催化的硅氢化反应，以价格便宜的聚甲基氢硅氧烷（PMHS）为还原剂，在温和条件下，实现邻苯二胺和α-酮酸酯一锅法制备1,2,3,4-四氢喹喔啉类化合物。在这两个多步反应过程中，还原原位生成的二氢喹喔啉酮的酰胺基团反应是关键步骤。同时，我们还实现了温和条件下无金属参与的B(C6F5)3催化的氨硼烷对各种取代酰胺的高选择性脱氧还原反应和Ru-催化的甲酸对各种取代酰胺的高选择性脱氧氢转移还原反应。在酰胺的脱氧还原反应进行的同时，我们还实现了Rh-催化的水相中含氮芳杂环化合物的高选择性氢转移还原反应和Ir-催化的1，10-菲啰啉的高选择性氢转移还原反应。另外，我们在Rh(I)-催化的芳基化合物与烯基羧酸的脱羰直接烯基化反应、Rh(III)-催化的芳基化合物与不活泼烯烃的直接偶联反应、与羧酸的直接酰氧基化反应和咪唑与烯烃的直接偶联反应等研究中取得不错的进展。按照计划完成了预期的研究内容。目前已发表SCI收录论文15篇，4篇论文已被接受即将登出，其余部分研究结果正在整理发表中。