绿色替代羰源的开发及其在羰基化反应中的应用研究

Transition metal-catalyzed carbonylations have already become a powerful tool box in modern organic synthesis, especially for industrials. CO as a cheap, easily available C1 source, can be installed into the parent molecules via catalyst to give highly valuable carbonyl-containing chemicals and also heterocyclic compounds. Although CO-gas based carbonylations hold non-replaceable importance in industrial scale applications, the smell-less, highly flammable and toxicity limited their applications in Lab scales which heterocycle synthesis belongs to. Hence the development of green CO sources is vital. On the other hand, C-H activation reactions have been well explored and accepted as the future of organic synthesis. However, carbonylative C-H activation transformations are less explored and no systematic theory exist. Based on the above discussed reasons, we are planning to develop a serial of new and effective transition-catalyzed non-CO gas based carbonylative C-H activation transformations. In these new reactions, CO2, formic acid derivatives, alcohols, biomass and etc. will be applied as the CO sources. Medicals and natural products will also be prepared by our new procedures as well as mechanistic studies are planned.

过渡金属催化的羰基化反应将廉价、易得的一氧化碳镶嵌到反应原料中去，得到高附加值的含羰基及杂环化合物产品，已经成为现代有机合成，尤其是工业化生产过程中的重要手段。虽然一氧化碳气体在工业上有着不可替代的位置，但其无色、易燃、高毒性的特点限制了一氧化碳气体在实验室和小规模合成中的应用。而杂环化合物的合成又属于小规模合成范围，因此，开发一氧化碳气体的绿色替代来源具有重要的研究意义和应用价值。另外，碳-氢活化反应被认为是有机合成的未来，已被广泛的研究和接受，但是羰基化的碳-氢活化反应研究相对较少，缺乏系统性的理论总结与指导。基于上述多重原因，我们计划发展一系列新型，高效的过渡金属催化的基于绿色替代羰源的碳-氢活化羰基化反应，在反应中，CO2，甲酸酯，醇，生物质等将用作羰基来源。除此以外，我们计划将所发展的新型合成方法运用到已知药物和天然产物的合成中，同时还将对反应的机理进行研究和总结。

过渡金属催化的羰基化反应作为有机化学中的一类十分重要的反应在学术界和工业界有着广泛的应用，吸引了人们大量的关注。它能够将廉价、易得的一氧化碳（CO）气体直接插入到母体分子中，从而合成多种含羰基化合物和杂环产物。然而，羰基化反应中所使用的CO气体无色、易燃、高毒性，这些缺点限制了它们在实验室和精细化工中的应用。此外，基于绿色替代羰源的碳-氢键活化/羰基化反应还处在起始阶段，有着很大的发展前景。因此 ，开发CO气体的绿色替代来源并将其应用到过渡金属催化的碳-氢键活化/羰基化反应中具有非常重要的研究意义和应用价值。基于此，通过一系列实验研究，本项目取得了以下几方面成果：1）开发了一种新型羰源TFBen（benzene-1,3,5-triyl triformate），并将其成功的应用到碳-氢键活化/羰基化的反应中，完成了钯及钴催化的芳烃碳-氢键活化/羰基化合成多种杂环化合物的反应。此外，我们还进行了一系列衍生化实验，并通过该方法构建了PARP-1抑制剂C的核心片段；2）选用了合适的绿色CO替代物，如甲酸、甲酸酯、糠醛等，开展了一系列羰基化反应及杂环合成研究，并取得了较好的结果；3）同时我们还开展了Mo(CO)6，Cr(CO)6及CO气体参与的羰基化反应研究，合成了多种含羰基化合物及杂环产物。在本项目支持下，在ACS Catal., Org. Lett., Adv. Synth. Catal., J. Catal., Chem. Eur. J., J. Org. Chem.等国际著名期刊上发表研究论文40余篇。本项目的成功将进一步推动绿色替代羰源在过渡金属催化的碳-氢键活化/羰基化反应中的应用。