瞬态诱导下过渡金属催化的非活性烯烃活化双官能化反应研究

The concept of transient directing group (TDG) has been widely used in the field of C-H activation，in which C(sp3)-H or C(sp2)-H bond of the substrates can directly activate by using transient directing group without pre-functionalization and deprotection. However, merging transient directing group with transition metal catalysts for the activation/difunctionalization of unactivated alkenes has not been investigated so far. In this project, transition metal catalyzed reaction of alkenyl substituted aldehydes, ketones or amines assisted by transient directing groups could be formed the cyclometalated species, which react with electrophiles, nucleophiles or radical precursors to realize the difunctionalization of alkenes. The contents are as follows: 1) by screening TDGs and metal catalysts, the three-component reactions of unactivated alkenes with electrophiles and nucleophiles will be established, providing a new pathway toward alkylated aldehydes, ketones and amine derivatives; 2) utilizing the TDG strategy, the hydrocarbonation and hydroamination of the unactivated alkenes will be achieved through metal-catalyzed protonation; 3) by combining TDG strategy with metal catalysis, radical initiated bifunctionalization of alkene will be completed with the adding of oxidant or reductant to control the valence-state change of metal, in which the stereo- and enantio-selective control will be conducted by employing the chiral TDGs.

瞬态导向的概念已经被广泛应用于碳-氢键活化研究领域，通过瞬态导向基团无需对底物进行预官能化和脱保护，可直接实现sp3或sp2碳-氢键的活化，但是利用瞬态导向官能团来实现非活性烯烃的活化双官能化的反应还未被研究过。本研究拟以烯基醛、烯基酮或烯基胺为底物，采用瞬态导向的策略，在金属催化下与配体形成环金属化中间体物种，通过该物种再与亲电、亲核或自由基试剂反应，实现烯基的双官能化。研究内容主要分为以下三个方面：1）通过对瞬态导向基和金属催化剂的筛选，实现非活性烯烃与亲核试剂及亲电试剂三组分反应的有序进行，合成新的烷基化的醛、酮、胺衍生物。2）利用瞬态导向策略，在金属催化下，通过金属的质子解途径实现烯基的氢碳官能化和氢氮官能化。3）利用瞬态导向的策略，通过添加氧化剂或还原剂调控金属的价态变化，实现自由基引发的烯基双官能化反应，并尝试利用手性瞬态导向基实现其立体、对映选择性控制。

通过官能团转化修饰可以使来源丰富、廉价易得的烯烃、炔烃等不饱和烃转化成结构更为复杂的有机分子，具有成本低、合成步骤简单、原子经济性强等优点，为许多天然产物、生物活性分子、药物中间体及精细化工产品的合成提供了简单、经济、有效的合成思路。一般不饱和烃的双官能转化策略主要有两种：一种是在氧化催化条件下通过自由基与不饱和键的加成反应实现其双官能转化；另一种双官能化策略是通过金属催化剂对不饱和烃的催化活化，与亲核试剂或亲电试剂通过插入反应，实现不饱和烃的双官能转化。本文的研究内容主要是利用这两种策略，在辅助基团的作用下选择合适的金属或非金属催化剂来实现烯烃或炔烃等不饱和烃的官能化反应，从而实现一系列复杂环状（含碳、氮、氧等）骨架结构分子的高效构建。研究内容主要分为以下五个部分：（a）在导向辅助基团与过渡金属Pd(II)的螯合作用下对非活性烯烃的定向催化活化及官能化反应研究；（b）以吲哚基作为活化辅助基团，在Cu(II)催化下缺电子烯基与对醌甲基化物（p-QMs）或邻醌甲基化物（o-QMs）的[4+2]环加成反应；（c）以吲哚基团作为活化辅助基团，Cu(II)催化下缺电子烯基与3-羟基-3-(2-羟基芳基)吲哚啉-2-酮的[4+2]螺环化反应；（d）在Fe(III)/PhSiH3联用的温和氧化还原条件下，氢自由基参与的1,7-烯炔的自由基双环化反应；（e）光催化下芳烃与炔烃的分子间[3+2]环加成级联反应。