基于金属铁或镍催化的芳基酰胺对位碳-氢键高选择性功能化反应研究

Transition-metal catalyzed direct transformation of C-H bonds with high chemo-and regio-selectivity has attracted immense interest of chemists, and has largely revolutionized the means of modern synthesis to construct fundamental feedstock chemicals. Recent progress in this field has mainly focused on using earth-abundant, first-row transition metals to replace precious transition metal catalyst. While arylamide represents one of the most important motifs in organic synthesis, its functionalization has attracted much attention. To date, numerous ortho and meta-functionalization of C-H bond using iron or nickel catalyst with amide as the directing group have been reported. However, para C-H bond of benzyl amide derivatives have rarely been studied. Therefore, the functionalization of arylamide C-H bond with non-rare metals as efficient catalysts bearing high regio-selectivity should be addressed. This project is dedicated on base metal catalyzed functionalization of arylamide, including C-X (X=B, Si) bonds formation of para C-H bond and ketone synthesis via cleavage of amide C-N bond. In short, this project will provide new ideas and scientific basis for C-H functionalization on arylamide para position; new synthetic pathway for silylation and boronation of arylamide; new synthetic strategy for synthesis of benzophenone compound by cleavage of amide bond.

高区域选择性的实现芳环碳-氢键功能化是当前金属有机催化领域关注的热点和焦点之一，而以廉价金属为催化剂实现碳-氢键活化显得尤为重要。芳基酰胺作为重要的有机合成中间体，其功能化受到了广泛关注，目前以廉价金属铁或镍为催化剂，在酰胺导向基团协助下的工作大多为邻位或间位的碳-氢键功能化，而对位高效、高选择性的碳-氢键功能化则鲜有报道。因此开发以廉价金属为催化剂，实现芳基酰胺对位的高效、高选择性的碳-氢键功能化是非常重要且必要的。本项目拟设计通过以酰胺为导向基团，廉价金属铁或镍为催化剂，实现芳基酰胺对位高选择性碳-氢键功能化。重点研究芳基酰胺对位碳-硅键、碳-硼键构建及基于酰胺键断裂的二苯甲酮类化合物的合成。该项目的研究为实现酰胺参与下对位碳-氢键功能化反应提供新的思路和科学依据；为实现芳基酰胺对位硅基化、硼化反应提供了新的合成路径；为实现基于酰胺键断裂合成二苯甲酮类化合物提供新的合成策略。

高区域选择性与原子经济性始终是有机合成领域长期面临的挑战和科学难题，因此，本项目针对芳基酰胺对位碳-氢键硅基化反应、碳-氮键断裂构建芳基醛反应及胺基-炔基点击反应功能分子合成开展了深入研究。主要研究内容包括：（1）开发了FeCl2催化的苯甲酰胺与氯硅烷的对位高选择性硅基化反应，为苯甲酰胺衍生物的合成提供了一条有效和通用的途径。该反应具有底物适用范围广、官能团兼容性高和区域选择性高等特点；（2）开发了以芳基仲酰胺为底物，苯硅烷为还原剂，在异丙基氯化镁的作用下通过碳-氮键断裂来构筑对材料化学、药物化学、有机合成化学产生重要作用的芳基醛类化合物。该反应实现了芳基仲酰胺到芳基醛的一步转化，具有原料易得、反应条件温和、操作简便及产率可观等优点；（3）通过胺基-炔基点击反应构筑了一种新颖的荧光分子骨架，合成了系列荧光化合物，制备了用于可控活性聚合的荧光引发剂及荧光聚合物，同时，设计合成了用于可逆加成断裂链转移自由基聚合（RAFT）的链转移剂，并制备了两亲性嵌段荧光共聚物，制备的聚乙二醇荧光聚合物及荧光嵌段共聚物具有良好的水溶性及荧光特性；（4）利用胺基-炔基点击反应高效合成了超支化聚酯烯胺，通过络合作用富集金属离子，在化学还原中控制成核及生长，制备了AuNPs@PEG-hb-PEEa复合体系，对硝基苯类化合物还原反应表现出优异的催化活性。通过三年的研究，取得如下主要成果：（1）申请国家发明专利5项，已获授权2项；（2）发表标注资助的SCI收录论文15篇；（3）协助培养博士研究生1人，硕士研究生2人。