sp2 C-H 键活化构筑C-C键在有机合成中的应用

In this project, we focus on a series of transition-metal-catalyzed direct C-C bond formation via sp2 C-H bond activation. The main contents of this project are: 1) Metal-catalyzed direct C-C bond formation by oxidative Heck coupling of electron-rich alkenes and/or alkynes with arenes, heteroarenes, and perfluoroarenes via sp2 C-H bond activation; 2) Metal-catalyzed direct synthesis of 1,3-butadienes and polyenes by oxidative dehydrogenative coupling of unactivated alkenes with alkenes via activation of sp2 C-H bond. The targets are established for the purpose of developing some efficient, environmetally benign, sustainable organic synthetic strategies for generation of C-C bond via a variety of metal-catalyzed intermolecular and intramolecular oxidative dehydrogenative coupling reactions. In addition, we will try to apply these novel methods to preparation of a number of pharmaceuticals or natural products in an energy-efficient and green manner.

本项目将开展一系列通过金属催化活化sp2 C-H 键直接构筑C-C键的研究工作。主要研究内容为：1）催化的芳烃、杂环芳烃以及多氟芳烃sp2 C-H键活化，与富电子烯烃或炔烃经氧化Heck偶联直接构筑C-C键；2）催化的烯烃C-H键活化与烯烃氧化偶联构筑1,3-二烯及多烯类化合物。本项目的目标是：通过研究分子内以及分子间金属催化的氧化偶联反应，拟发展一系列高效的、环境友好的、可持续发展的、直接经sp2 C-H键活化构筑C-C键的有机合成方法。并在此基础上，运用这些方法节能高效、绿色低耗地合成一些药物中间体或天然产物分子。

在该基金的支持下，我们发展了一系列高效的、选择性地官能团化sp2C-H键，有效构建C-C以及C-Si键的合成方法。主要包括以下三方面内容：.（1）.高选择性地官能团化活泼以及未活化烯烃sp2C-H键，发展了一系列高效地构建C-CF3键；C-C(CN)键；C-P键等；其中，尤其值得指出的是，我们运用廉价安全低毒的无机高价碘(I2O5)，作为单电子氧化试剂，氧化相对廉价稳定的NaSO2CF3成相应的CF3自由基，实现了六大类C-CF3键的直接构筑，而且均能放大到克级生产。很大程度上改进了以往用常温下的有毒气体ICF3才能顺利实现的合成转化。.（2）.运用分子间串联反应策略，通过选择性官能团化饱和sp3C-H以及sp2C-H键，一步构建多个C-C以及C-X键，高效地合成了多种具有生物活性以及药物活性的杂环芳烃化合物如吲哚、吡咯及菲啶等。其中，尤为突出的是，首次实现了多氟代醇与杂环化合物的直接脱氢氧化偶联。多氟代醇是一类相对廉价易得、安全稳定的化工原料。长期以来，通过选择性官能团化多氟代醇，从而简洁高效地引入氟原子，是许多化学家孜孜以求的，也是该领域极具挑战性的课题。令我们十分兴奋的是，我们通过两步自由基氢提取策略，终于实现了多氟代醇，包括三氟乙醇(TFE)，六氟异丙醇等α-OH-C(sp3)-H键的选择性官能团化，高区域选择性地构建多种C-C键。在引进F原子的同时，OH的顺利保留为进一步的官能团转化提供了更多的可能。.（3）.首次实现了脱羧的C-Si键构建. 通过自由基引发，选择性切断R3Si-H键，生成相应的R3Si自由基，再与一系列α, β-不饱和羧酸发生自由基加成消除脱羧反应，简洁高效地构建烯基以及炔基硅烷。.总之，在该基金执行的四年里，我们采用过渡金属催化以及自由基化学策略，顺利地实现了一系列sp2C-H键的高效转化，开辟了多种绿色安全的C-C/C-Si键的构建新策略，在一定程度上改进了传统的合成方法。