基于C(sp2)-H键活化策略的不饱和碳碳键的氢羰基化反应研究

The addition of nucleophiles and carbon monoxide to carbon-carbon multiple bonds is one of the most important methods to synthesize carbonyl-containing compounds. The nucleophiles with active protons, such as alcohols, amines, (thio)phenols, and water, have been widely used in this transformation. Employing of aromatic rings as the nucleophiles remains challengeable, due to the enormous difficulties in cleaving the aromatic C-H bond. In order to circumvent this limitation, the C-H bond activation strategy is employed to achieve the direct coupling of aromatics with carbon monoxide and carbon-carbon multiple bonds, which provides a straightforward and atom-economical approach to valuable aryl ketone derivatives, and also reduces the production of toxic byproducts.

亲核试剂和一氧化碳对碳碳不饱和键的加成反应（氢羰基化反应）是合成含羰基化合物的最重要的方法之一。含有活性氢原子的亲核试剂，例如醇、酚、胺、硫醇、硫酚、水等，在该反应中获得广泛的应用。由于（杂）芳烃的C(sp2)-H键难以被活化断裂进行转化，因此其在氢羰基化反应中的应用受到极大的限制。本申请课题拟利用碳氢活化策略实现（杂）芳烃/CO/碳碳不饱和键之间的直接偶联反应。该研究工作将为芳基酮类化合物的合成提供了一条简单、直接、原子经济性的合成路线，有利于解决化工生产过程的污染问题。

绿色化是有机合成化学的发展方向。对环境友好型转化过程的探索已成为合成方法学领域核心内容之一。其中，对相对惰性的C(sp2)-H键的直接官能化反应是该研究领域的热点之一。因而我们选取碳碳不饱和键的直接官能化反应为研究对象。目前完成的工作主要集中在以下两个方面：.1．小分子插入的亲核试剂与C=C的双键的直接氧化偶联反应。.由于原料易得，且价格便宜，烯烃在化学工业转化中扮演着重要的角色。烯烃的直接官能化反应是其中的重要转化过程之一。许多重要的工业过程涉及到此类反应。在相对简单、温和的条件下，我们实现了小分子插入的（比如：异腈、炔烃和累积双烯等）芳胺和C=C双键的分子内氧化偶联反应。此类反应为我们首次报道。该方法为合成中等尺寸的含氮杂环提供一种简洁、高效、绿色的新方法。利用该方法我们合成了种类多样的具有生物活性和药用价值的喹啉类和吖庚因类化合物。.2．新型阴阳离子对催化剂的合成。.利用具有Lewis酸性的金属络合物，可以实现对富电子的C(sp2)-H键的活化。其中，配位不饱和的金属络合物是一类应用广泛的此类催化剂。相对于传统的强Lewis酸，该类催化剂具有相对温和的Lewis酸性，可以实现对底物活化，同时又具有很好的底物适应性。允许底物中含有一定的敏感性基团。但是截至目前，如何合成的此类含有配位空穴的金属络合物仍然是一个具有挑战性的工作。我们发展了一类新型的含有碱性的配位原子，比如N或者P，同时又含有弱酸性质子（源自环戊烯子单元）的配体。利用此类配体可以非常容易地制备配位饱和的金属络合物。此类配位饱和的络合物性质稳定，便于分离纯化。随后，在弱碱的辅助下，配合物会发生脱氢卤酸反应，而得到的配位饱和的金属络合物。利用此类络合物可以实现对碳碳多重键以及富电子芳烃的原子经济性的官能化反应。