新型瞬态导向基团参与过渡金属催化的有机转化反应

Directing group strategy has been adopted in transition metal catalyzed C–H activation and functionalization for achieving higher regioselectivity. A number of directing groups has been successfully employed for the efficient functionalization of inert C–H bonds. However, the excessive use of directing group and diffficult removal/transforamtion extremely limited the further application in organic synthesis. The recently developed transient directing group strategy could conquer the obstacle that found in the common reaction mode. Herein, this proposal is focused on the design and synthesis of a series of new transient directing groups containing “N=N”, P and other coordinative heteroatoms, and which will be further evaluated in transition metal-catalyzed organic transformation reactions for forging C–C and C–X bonds. The functionalization of inert C(sp2)–H and C(sp3)–H could be realized with the transient directing group strategy, where the expected simplicity, high efficiency and extraordinary selectivity will make it distinct from the conventional synthetic methods.

导向基团被广泛用于C－H键活化和官能团化反应, 在与金属的配位作用下可以获得更好的区域选择性。目前，尽管有机化学家发展了大量有效的导向基团来实现C－H键官能化，但是导向基团当量的使用及再去除，使得合成步骤增多，这极大限制了反应的使用效率和适用范围。瞬态导向基策略的提出和应用在很大程度上解决了这一难题。本研究项目拟设计并合成含有“N=N”，含P等杂原子的新型瞬态导向基团，然后以过渡金属为催化剂，利用设计的瞬态导向基团实现新的有机转化反应，以实现C–C 和C–X (杂原子)键的构建。项目书所设计的有机转化反应包括对C(sp2)–H和C(sp3)–H的活化及官能化。该项目所设计的C–H 键活化反应新颖，且具有步骤简洁、高效、选择性高等优点，符合有机合成反应的绿色化要求。

本项目在资助期间，以过渡金属为催化剂，利用导向基策略探索新的C–H键活化和官能团化反应，并控制反应区域选择性。研究结果证实所设计的导向基团并未能起到很好的效果。然而在探究这些有机转化反应的同时也获得一些意外的发现。该项目的研究结果主要分为以下四个部分：(a)利用导向基团辅助的策略，以过渡金属络合物Pd(II)及Rh(III) 为催化剂，在温和条件下实现一些含有氮或者氧的有机分子内惰性C(sp2)–H键活化及官能化反应；(b)利用芳炔中间体活性高的特点, 实现室温下芳炔对化学键的插入反应, 用于构建新型化学键，同时也发展了一些内炔参与的加成反应，并实现很好的立体选择性控制；(c)合成含有不饱和双键的有机肟类分子，利用可见光催化及过渡金属催化的策略实现烯烃官能化反应，并用于快速构建一些氮杂环类化合物；(d) 利用过渡金属铁催化和电化学合成方法发展一些途经自由基历程的有机合成反应，比如：氮杂环丙烯分子与高价碘试剂实现C(sp3)–H键的氧化酯化反应和电化学促进的惰性C(sp3)–H/C(sp2)–H键交叉脱氢偶联反应等。目前所发表论文他引次数达101次。本项目资助发展的有机合成方法具有反应条件温和、高效和区域选择性好等优点，也体现出重要的学术意义。