过渡金属催化烯丙醇α-碳–氢键烷基化反应研究

α-Alkyl substituted allylic alcohols represent interesting structural motifs that are frequently found in various bioactive molecules. The control of organic reaction selectivity is one of important strategies to achieve efficient organic synthesis with high atom economy. C-C bond direct coupling reaction via transfer hydrogenation is a green procedure for the synthesis of α-alkyl substituted allylic alcohols on account of byproducts-free. In this project, the reaction pathway of transition-metal-catalyzed C-C direct coupling of allylic alcohols and alkenes via transfer hydrogenation will be controlled by choosing different substrates, ligands, and reaction conditions to produce α-alkyl substituted allylic alcohols. The regioselectivity and enantioselectivity of C-C bond direct coupling of allylic alcohols and alkenes via transfer hydrogenation will be controlled by introducing chiral ligands. By the implementation of this project, a simple and new method will be provided for synthesis of α-alkyl substituted allylic alcohols. The reaction mechanism will be researched by experimental studies and theoretical calculations of quantum chemistry to further explore the reaction pattern of transfer hydrogenative coupling reaction.

α-烷基取代烯丙醇结构广泛存在于天然产物和药物分子之中，并且是生物活性分子的重要骨架成份。调控有机反应的选择性，是实现高效、原子经济性有机合成的重要策略之一。通过氢转移过程实现的碳-碳键直接偶联反应，无副产物生成，是合成α-烷基取代烯丙醇化合物的绿色途径。本项目拟通过反应底物、配体和反应条件等的控制，调控过渡金属催化的烯丙醇与烯烃化合物的转移氢化偶联反应选择性，从而确立新的α-烷基取代烯丙醇化合物合成方法。通过手性配体的引入，对烯丙醇与烯烃化合物的转移氢化偶联反应区域选择性和对映选择性，同时实现控制。通过本项目的实施，为α-烷基取代烯丙醇化合物的合成提供简便新方法；通过实验和量子化学理论计算，研究反应机理，进一步揭示过渡金属催化转移氢化偶联反应的规律。

利用环境友好的试剂、溶剂和催化剂进行高效有机合成的策略，已引起人们的广泛关注。现代学术界和工业界追求的目标，即是利用廉价易得的烯烃、炔烃、胺、醇等原料，确立简单高效的分子转换反应。. 　本项目研究了铜、银、布朗斯特酸协同催化下，芳基烯烃的直接碳-羟基化反应。在优化的反应条件下能够顺利进行，生成50%‒88%收率的碳-羟基化反应产物。Cl、Br、乙酰基和ClCH2等易于转换的官能团，能够完整保留在产物分子结构中。这是第一例铜、银、布朗斯特酸协同催化下，烯烃的直接区域选择性碳-羟基化反应。.本项目还研究了铜、银、布朗斯特酸协同催化的芳基烯烃、烯丙醇和腈的三组分反应。结果表明，各种烯丙醇与芳基烯烃均可应用于该类新型三组分反应，可获得56%‒88%收率的碳-氨基化反应产物．这是第一例应用简单易得的烯丙醇和腈对烯烃进行的碳-氨基化反应。.另外本项目开发了无金属、无溶剂条件下，由简单的炔烃或烯烃和N-烷基苯胺合成喹啉的方法。在三氟甲磺酸 (TfOH，15 mol%) 和氧气分别作为催化剂和氧化剂存在下，末端炔烃或芳基烯烃与N-烷基苯胺的环化反应能够顺利进行，生成目标喹啉产物，收率为61%‒92%。同样，在相同的反应条件下，芳基烯烃与N-烷基苯胺的环化反应也能够顺利进行，得到了61%‒89%收率的喹啉产物。连接在N-烷基苯胺上的 Cl、Br、Me、OCOMe等官能团，在上述反应条件下不发生变化，保留在产物结构中。类似地，与炔或烯烃相连的Cl、F、Me、OMe、OCOMe等官能团也能完整地保留在产物结构中。. 　通过采用过渡金属-Lewis酸-布朗斯特酸共催化策略，完全规避烷基-金属中间体对烯烃碳碳双键的插入反应，从而不会生成可发生β-H消除反应的中间体。通过本项目的实施，确立烯烃的1,2-碳-杂原子化新策略，为合成含氮、含氧等杂原子的化合物，提供简便、高效的精准合成方法；通过本项目的实施，将进一步深刻揭示金属-酸共催化体系的反应规律，扩展其在有机合成中的应用。