过渡金属催化下基于醇C-O键活化的C-C交叉偶联反应研究

Alcohols broadly exist in nature and are also cheaply available industrial products. Construction of C-C bonds from alcohols are more atom- and step-economical than that from alcohol derivatives and are of considerable significance in organic synthesis. We intend to study transition-metal-catalyzed C-C bond formation via C-O bond activation of alcohols. The reactions we will study involve: (1) transition-metal-catalyzed cross-coupling of alcohols with organometallic reagents such as Grignard reagents, organozinc reagents, organoboron reagents, and organoaluminum reagents; (2) transition-metal-catalyzed cross-coupling of alcohols with in situ formed (hetero)aryl anions; and (3) transition-metal-catalyzed C-H activation of (hetero)aromatic compounds and cross-coupling with alcohols. The mechanisms of these reactions will also be studied. Through the studies mentioned above, the catalytic activation and tranformation of the C-O bonds of alcohols will be well understood and cross-couplings of alcohols involving allyl alcohols, benzyl alcohols, and normal primary and secondary alcohols with various nucleophiles will be performed. The more atom-economical couplings via catalytic C-H activation of (hetero)aromatic compounds and C-O activation of alcohols will also be revealed.

醇在自然界广泛存在，许多醇也是价廉易得的工业产品。直接利用醇作为原料进行C-C键的构建，是比应用醇的衍生物更为原子和步骤经济的转化反应，对有机合成具有显著的意义。我们拟通过过渡金属催化进行醇的C-O键活化进而实现C-C键构建。拟研究的反应包括 (1) 过渡金属催化的醇与金属有机试剂如Grignard试剂、有机锌试剂、有机硼试剂和有机铝试剂的偶联；(2) 过渡金属催化的醇与原位形成的芳基或杂芳基碳亲核试剂的偶联；(3) 过渡金属催化下经由芳基或杂芳基C-H键活化与醇的偶联。同时对反应机理进行研究。通过该项研究，深入地理解醇的C-O键的催化活化和转化过程，实现苄醇、烯丙醇和普通一级和二级醇与亲核试剂的偶联。也将通过对芳香或杂芳香C-H键和醇的C-O键的催化活化，实现更加原子经济的C-H/C-O偶联。

直接利用醇进行化学转化比应用醇的衍生物更为原子和步骤经济，对有机合成具有显著的意义。基于本项目我们对普通的一级和二级醇、苄醇、烯丙醇、联烯醇通过C-O键切断的转化进行了研究，实现了如下的一系列反应：(1)用一级、二级醇以及苄醇作为烷基化/苄基化试剂对腈或酰胺alpha-位的烷基化以及R2P(O)Me (R=芳基或烷氧基)的alpha-苄基化。(2)镍催化下烯丙醇与烷基Grignard试剂的反应。通过配体的调控可以选择性地得到交叉偶联产物或烯丙醇的脱氧产物。(3)镍催化的烯丙醇与炔基锌或硅基锌试剂的交叉偶联。与炔基锌的反应合成了非共轭的烯炔类化合物，与硅基锌的反应得到烯丙基硅。(4)镍催化下烯丙醇与芳基氯或三氟甲磺酸芳基/烯基酯的还原偶联，得到芳基烯丙基化合物或非共轭二烯类化合物。(5)用烯丙醇作为烯丙基化试剂进行钌或钴催化的芳烃C-H烯丙基化。钌催化时形成芳环双烯丙基化产物，而钴催化时主要生成单烯丙基化产物。(6)2,3-联烯醇通过C-O键切断的转化。钯催化下2,3-联烯醇与二硅烷反应，在催化量Cs2CO3存在下生成2-硅基取代的1,3-二烯，在没有碱的条件下得到双硅基化产物。2-硅基取代的1,3-二烯烃也能通过铜催化下2,3-联烯醇与硅基锌试剂的反应合成。在类似的钯催化条件下2,3-联烯醇与B2Pin2反应得到2-硼取代的1,3-二烯。在钯催化剂存在下，将2,3-联烯醇用胺处理得到胺基取代的多烯烃。此外，也实现了几个醇的衍生物通过C-O键切断的转化，包括：(1)苄基2-吡啶基醚在镍催化下被iPrONa还原，得到烷基苯类化合物。该反应条件也能将芳基2-吡啶基醚还原。(2)镍催化下芳基甲酸2-吡啶基酯与甲磺酸烷基酯的还原偶联，生成烷基芳基酮。(3)镍催化下醋酸烯丙酯与烷基羧酸NHPI酯的还原偶联，生成烷基烯丙基化产物。通过这些反应，构建了C-C键、C-Si键和C-B键，提供了多种类型化合物的新合成方法。对代表性的反应进行了机理研究，为进一步理解和改进反应，实现更高效率的转化提供帮助。基于本项目的研究已经发表8篇研究论文，还有9篇论文将陆续发表。