可见光氧化还原/镍共催化的不对称还原偶联反应研究

Nickel-catalyzed asymmetric reductive cross-coupling reactions between two electrophiles provide a direct and efficient approach for the asymmetric construction of C-C bonds. However, these reactions also revealed some drawbacks such as the need for a large number of pre-activated Zn or Mn as a reductant. Therefore, it is of great value to develop new models for nickel-catalyzed asymmetric reductive cross-coupling. Recently, because of its mild, efficient, and environmental benign character, visible-light-induced photoredox catalysis has attracted wide interest of chemists, which is emerging as a new frontier in organic synthesis. The realization of nickel-catalyzed asymmetric reductive cross-coupling by using visible-light photoredox catalysis instead of pre-activated Zn or Mn is an ideal approach for asymmetric C-C bond formation. In the current project, on the basis of rational design, we will combine visible-light photoredox catalysis and nickel catalysis to develop some simple, mild, green, and efficient asymmetric reductive cross-coupling reactions. These reactions are as follows: 1) asymmetric reductive cross-coupling of aromatic electrophiles with activated halogenated alkanes; 2) asymmetric reductive cross-coupling of aromatic electrophiles with aromatic aldehydes, ketones, and imines; 3) asymmetric reductive cross-coupling of aromatic electrophiles with epoxides and aziridines. The fulfillment of this project will provide a new strategy for asymmetric C-C bond construction, which have broad application prospects.

镍催化的不对称还原偶联反应是不对称碳碳键构建的一种有效途径。然而，目前有关镍催化的不对称还原偶联反应还存在一些局限，例如反应过程需要使用大量预活化的锌或锰等金属作为还原剂。研究和开发不对称还原偶联反应的新模式，是非常值得研究的领域。最近，由于其温和高效、环境友好等优点，可见光诱导的光氧化还原催化引起了化学家们的广泛兴趣。利用可见光氧化还原催化来代替锌和锰等金属还原剂的使用将是不对称构建碳碳键的一种理想手段。本项目中，我们将结合可见光氧化还原催化和镍催化的反应原理，通过合理设计，发展一些简单温和、绿色高效的不对称还原偶联反应。这些反应主要包括：1）芳香亲电试剂与活泼卤代烷烃的不对称还原偶联反应；2）芳香亲电试剂与芳香醛、酮和亚胺的不对称还原偶联反应；3）芳香亲电试剂与环氧化物和氮杂环丙烷的不对称还原偶联反应。本项目的实现将为不对称碳碳键构建提供新策略和方法，具有广泛的应用前景。

可见光是一种丰富、廉价、清洁的可再生能源。通过利用化学合成手段，将光能转化为更有价值的化学能是一个非常有价值的研究课题。基于此，申请人利用可见光作为能源，开发了多种简单、廉价的光化学反应体系，并高效、高选择性地实现了碳-碳键和碳-杂键的构建。这些反应可以解决一些化学键在构建过程中需要使用当量的强氧化剂、苛刻的反应条件（例如高温加热等）和昂贵的过渡金属催化剂等问题。具体的研究结果如下：（1）开发了一种可见光促进的无光催化剂参与的羧酸与含氮杂环化合物的脱羧偶联反应，该反应可为结构多样性的含氮杂环化合物的构建提供一条有效的途径；（2）以便宜的有机染料孟加拉玫瑰红为光催化剂，空气中的氧气为氧源，可见光为能源，建立了在室温条件下通过可见光促进的有机硼类化合物的氧化羟基化反应来高效合成脂肪醇和苯酚类化合物的新方法；（3）联合使用可见光为能源，双核锰配合物Mn2(CO)10为催化剂，从不同的自由基前体出发，成功地实现了碳、硅和氮自由基的产生，并以此发展了一系列简单温和、绿色高效的自由基串联反应，包括：E选择性的炔烃的氢硅化和氢锗化反应，惰性烷基碘代物的原子转移自由基环化反应，非活化烯烃和炔烃的碘氟烷基化反应，脂肪胺类化合物的远程非活化C(sp3)-H键的氯化反应，烯烃的分子间和分子内的氯胺化反应，烯烃的氢胺化反应以及烯烃的碳胺化反应。此外，我们在电化学合成方面也取得了一定的研究进展，发展了一种从氢硅烷出发，利用电为清洁的可再生能源，水为氧源的硅醇合成的新方法。执行项目期间，共发表标注基金资助的SCI论文9篇。