刚性双齿卡宾铁催化剂的设计与合成及其在烯烃官能化反应中的应用

The reaction catalyzed by iron catalysts in organic chemistry has shown an exponential growth in the past, especially, the ligands were found to improve efficiency and selectivity of the catalyst. Recently, n-heterocyclic carbenes (NHCs) as carbon ligands have caught chemists’ attentions, the research in the field of Fe-NHCs catalysts which were applied in olefin functionalization reaction, such as hydroboration and hydrogenation of alkenes, have some preliminary progress. However, there are still some challenges to be resolved, including increase the efficiency of catalysts and selectivity of reactions further, and expand the substrate scope of reaction. For this reason, this project intends to design and synthesized a series of rigid Fe-bis(NHCs) catalysts basing on 1,8- naphthyridine, which were applied to olefins functionalization reaction, such as hydroboration, hydrosilylation, hydroformylation, hydroesterification, hydroamidation.

铁催化的有机合成反应在过去几十年中取得了巨大进展，其中配体的引入大大提高了铁催化剂的催化效率和反应选择性，卡宾-铁催化体系在有机合成中已经有了一些初步的研究进展，其中，铁催化的烯烃官能团化反应也取得了一定的进展，但是该领域仍然存在一些亟待解决的关键科学问题，尤其是在烯烃的氢化、硼氢化以及硅氢化反应领域。其中进一步提高催化剂的催化效率，增加反应的区域选择性和立体选择性，拓展底物适用范围等是有待解决的重要科学问题。基于此，本项目拟开展基于1,8-萘啶骨架的新型刚性双卡宾铁催化剂的设计与合成，并将其应用于烯烃的双官能化反应中，开发新的铁催化体系，实现烯烃的硼氢化、硅氢化反应、氢甲酰化反应、氢酯化和氢酰胺化反应。

有机硼化物是一类非常重要的有机化合物，其广泛应用于合成化学、材料化学、生命科学以及能源领域。因此，有机硼化物合成与转化非常重要。铁催化剂具备储量丰富，廉价易得，相对无毒安全，环境友好，生物兼容性好等优点，其在催化硼化领域同样有着重要的应用。本项目主要完成了以下内容：1）合成了一系列基于1，8-萘啶骨架合成配体前体，并用于芳环以及烯烃的Csp2-H键硼化反应；2）完成了铜催化的醛、酮化合物的碳硼双官能化反应，合成了一系列二级、三级烷基硼酸酯，当引入手性配体时，反应实现手性烷基硼酸酯的合成；3）完成了基于铁催化的羧酸酯的脱氧偕二硼化反应以及铁催化的酮类化物硼化反应，合成了一系列偕二硼类化合物；4）完成了钌/铁接力催化的二级醇的α-C-H键硼化反应，合成了一系列三级α-羟基频哪醇硼酸酯；5）完成了基于偕二硼化合物转化的酰胺多样性转化。