过渡金属有机小分子协同催化的C-H键活化反应研究

Functional group-assisted transition metal-catalyzed C-H activation reaction has emerged as one of the most important and powerful tool in organic synthesis for the construction of C-C and C-X bonds. Challenges by using chelation strategy in this field include: the ability of precoordination of functional groups with a metal is different, which make the utilization of the chelation strategy to some molecules such as ketones and amines defeat. In some cases the auxiliary groups need to be installed before the functionalization and removed finally, which results in the additional steps and limits the wide application of chelation strategy. Recent studies evidenced that transition metals/functional organic molecules (TM-FOM) cooperative catalysis may afford viable solutions for the above challenges. In this project, we will design and synthesize a series bifunctionalized small molecules and investigate the C-H functionalizations of ketones and amines by exploiting TM-FOM cooperative catalysis. We will design and synthesize various bidentate functional small organic molecules, and look at their cooperative properties with transition metals. We will investigate the reactivity and selectivity of the TM-FOM catalyzed C-H transformations of ketones and amines, reaction conditions, and reaction mechanisms. We will summarize the reaction characteristics and regularity, and provide the new approaches of transition-metal catalyzed C-H bond functionalizations for C-C and C-X bond formation.

官能团辅助的过渡金属催化导向碳氢键活化反应显示出优良反应活性和选择性，是碳碳键和碳杂键构筑的重要研究领域。当前导向C-H键活化反应发展应用的瓶颈主要有：有些官能团如羰基和氨基由于其自身配位性质原因不易实现官能团辅助的过渡金属催化的碳氢键活化转化；有些转化后需要导向基团的安装和卸除步骤。最近有关过渡金属和有机小分子协同催化的突破性进展为解决这些问题提供了途径。本项目拟开展过渡金属官能小分子协同催化的C-H键活化反应研究，采用不同过渡金属如Pd、Cu、 Rh、Ni、Ru、Fe等，设计合成各种双齿有机小分子，以酮和胺类化合物的C-H键官能化为目标，探索研究其与过渡金属协同催化的碳氢键活化反应的活性和选择性，深入研究过渡金属有机小分子催化的碳氢键活化反应的反应途径、反应条件和反应机理，总结其反应特点和规律，从而拓展过渡金属催化C-H键活化反应的应用范围，发展和发现过渡金属催化C-H键活化的新方法。

本项目开展了过渡金属与有机小分子协同催化的C-H键活化反应研究，采用不同过渡金属催化剂，设计合成各种有机小分子催化剂，以酮和胺类化合物的C-H键官能化为目标，探索了其与过渡金属协同催化的碳氢键活化反应的活性和选择性，研究了其反应途径、反应条件和反应机理，总结其反应特点和规律，从而拓展过渡金属催化C-H键活化反应的应用范围，发展和发现过渡金属催化C-H键活化的新方法。.一、过渡金属与有机小分子协同催化的C-H键活化反应.（一）、以芳香醛作为底物，氨基酸、氨基脲N,N-二甲基乙二胺作为瞬态导向基团，金属催化剂为Pd, Rh, Ru,Co等，.1）探索了sp2 C-H键CO2的插入反应。.2）探究与溴代炔烃偶联和苯并环氧化合物的反应 .3）探索了亚砜叶立德作为卡宾前体参与的碳氢活化反应。.4）研究了C-H键活化反应合成氟代烯烃。.3） 探索了溴代三氟乙酮参与的碳氢活化反应。.4）噁唑酮作为偶联试剂，实现芳烃邻位C-H酰胺化反应。.（二）以叔戊胺作为底物，以乙醛酸作为原位导向基团，采用钯催化原位双导向过程实现C-H键活化反应.二、过渡金属催化的C-H键活化反应.（一）、Rh催化的碳氢键官能化反应. 发展了亚胺酸酯导向合成3-氨基茚酮衍生物；吲哚-3-甲酸与烯烃反应一锅法合成双烯基取代吲哚；合成邻位烯基化酚和多芳基取代萘酚衍生物；芳香亚胺酸酯与硝基苯乙烯环合反应得到3-氨基茚骨架化合物；芳香肼与硫叶立德环合反应得到2-芳基吲哚骨架的化合物；芳基羧酸与丙二酸酯，甲醛多组分反应得到1-茚酮类化合物；烯胺与亚砜叶立德进行偶联环化反应构建异喹啉衍生物.（二） 钴催化的碳氢键官能化反应研究.发展了亚胺酸酯导向环合反应得到螺环化合物；钴/锰共催化高选择性合成2,2’-双官能团化的联苯化合物；芳烃以及烯烃的邻位酰氧化反应.（三）发展了镍催化C(sp3)-H键与端炔的选择性烯基化反应；苯甲酰胺双碳氢键活化合成二芳香醚类化合物； 镍催化苯甲酰胺惰性C-H键活化与N,N-二甲基乙酰胺反应合成α-芳基化酰胺化合物.（四）发展了其他金属催化：钌催化酰基苯胺和氮杂苯并降冰片二烯的开环反应；钯催化的氧化成环串连反应合成多取代噁唑； 锰促进的烯胺的磷酰化反应； 铜促进酰胺无痕导向的一锅法合成苯并呋喃类衍生物。