铜催化惰性烷烃去饱和化方法研究及其在复杂分子修饰中的应用

C-H desaturation of unactivated alkanes to directly install C=C bond to inert hydrocarbon frameworks is a challenging topic in synthesis. However, methods reported for aliphatic C-H desaturation require either hash conditions or special substrates. This proposal aims at developing a novel procedure for aliphatic C-H desaturation via copper-catalysis with aryl diazonium salts as directing groups. A protocol is presented that allow for the generation of an aryl radical by reduction of a diazonium salt with copper catalysis as a SET reagent. The highly reactive aryl radical will be used to activate the neighboring aliphatic C-H bond through a [1,X]-hydrogen transfer pathway. SET process between copper catalyst and the aliphatic radical produce the carbocation intermediate. The subsequent deprotonation will form the desaturation product. Additionally, the reaction mechanism will be investigated by using deutero-substrates or radical-quenching. This method is supposed to be applied to the complex molecule’s modification.

惰性烷烃的去饱和化反应作为一种直接构建碳碳双键的方法，是非常具有挑战性的一个研究方向。目前报道的烷烃去饱和化反应大部分受限于剧烈的反应条件或者有限的底物类型。本项目拟研究铜催化芳基重氮基导向的惰性烷烃活化反应。反应经历两个关键步骤：首先经历铜催化芳基重氮盐生成芳基自由基；随后高活性的芳基基自由基和邻近的烷基发生[1,X]-氢迁移生成烷基自由基。烷基自由基经过铜催化单电子氧化再脱去质子，即可生成碳碳双键。本项目拟通过氘代实验或自由基淬灭反应，进一步详细研究反应机理；同时也发展一些高效高选择性的新型惰性烷烃去饱和化生成烯烃的反应，并将所发展的这类方法学应用到一些具有生物活性的复杂天然大分子的进一步修饰中，为复杂大分子的修饰提供简单高效的方法。

惰性烷烃的去饱和化反应作为一种直接构建碳碳双键的方法，是非常具有挑战性的研究方向，然而成功的报道并不多。为此，我们设计了铜催化芳基重氮基导向的惰性烷烃活化反应。我们希望通过高活性的芳基基自由基和邻近的烷基发生[1,X]-氢迁移生成烷基自由基。烷基自由基经过铜催化单电子氧化再脱去质子，即可实现惰性烷烃的去饱和化。不幸的是，该转化结果很差。我们推测是由于自由基迁移效率不好引起的。我们进一步调整研究思路，开展的主要工作如下：一、铜催化芳胺自由基环化反应并构建碳氯键或碳溴键的合成。以氢卤酸水溶液作为卤素来源，芳胺现场生成重氮盐，在一价铜盐催化下芳基重氮盐原位生成芳基自由基发生分子内环化卤化反应，提供一锅法高效合成多种3-卤甲基-2,3-二氢苯并呋喃及其衍生物的方法。二、银催化氧化烯醇三氟甲磺酸酯的自由基重排反应。通过此方法可以生成三氟甲基取代酮类化合物，从而实现高效高原子经济性地合成三氟甲基取代酮类化合物。三、可见光诱导下烯醇磺酸酯重排反应。该方法提供了一种简便实用的β-酮类磺酰化合物合成路线，具有原料廉价易得、步骤简单、操作方便，条件温和，底物适用范围广而且效率高等优势。四、光诱导自由基二氟烷基化串联反应。该方法可以高效地合成具有吲哚或二氢吲哚结构的四环化合物，具有操作简单、官能团容忍性好以及反应高效等优势。并且我们还将该方法应用于大量反应中，效果也是非常的好。五、自由基诱导的二氧化硫现场生成再捕获串联反应。这些初步的研究结果为我们理解自由基反应及光诱导反应打下坚实的基础，也为以后的相关工作开展提供新的机会。