无导向惰性C-H键选择性芳基化反应设计与机理研究

The C-H bond activation is a powerful synthetic technique for complex molecular construction and late-stage modification. However, unoriented substrates are difficult to achieve such reactions due to their low C(sp3)-H bond activity and poor regioselectivity. Previous work has shown that the cyclodextrin/Pd(II) complex can entrap hydrophobic molecules and catalyze the C(sp3)-H arylation of unoriented substrates in aqueous. Based on the preliminary work, this project intends to study the following contents: (1) Designing and preparing cyclodextrin/Pd(II) catalysts that can catalyze C(sp3)-H arylation of unoriented substrates. (2) Applying the catalytic system to modify adamantane, aminobicyclo[1.1.1]pentane, Lithocholic acid and cholesterol selectively. (3) Study on the mechanism of cyclodextrin/Pd(II) catalyzed C-H functionalization. This project will establish a new type of cyclodextrin/Pd(II) supramolecular catalyst library to realize the C-H bond activation of unoriented aliphatic hydrocarbons, which provides a new direction for green, efficient and highly regioselective C-H bond activation.

过渡金属催化的C-H键活化反应是复杂分子构建及后续结构修饰的有效合成技术。然而，无导向的惰性C(sp3)-H键活性低及反应选择性差，较难实现其官能团化反应。前期工作表明，环糊精/Pd(II)复合物可以包结疏水性分子，高选择性催化无导向基的底物发生C(sp3)-H键芳基化反应。本项目拟在前期工作基础上研究下述内容：(1)以金刚烷为骨架，设计制备水相环糊精/Pd(II)催化无导向C(sp3)-H芳基化反应体系，实现惰性C(sp3)-H键官能化反应；(2)应用该催化体系，通过C(sp3)-H键活化机制，选择性修饰复杂活性分子金刚烷、氨基双环[1.1.1]戊烷、胆石酸和胆固醇；(3)研究环糊精/Pd(II)催化C(sp3)-H键活化反应机制。本项目的顺利完成将开创环糊精/Pd(II)超分子催化新体系，实现无导向惰性C(sp3)-H键活化反应，为绿色、高效和高选择性的C-H键活化反应提供一个新方向。

由于其原料来源广泛、原子经济性更高、步骤简洁等优点，过渡金属催化的C-H活化反应成为复杂分子构建的有效合成策略。利用过渡金属催化的C-H活化交叉偶联方法，能够发展结构多样化的产物合成方法，为药物研发提供高效的合成手段。本项目拟发展催化新体系，实现惰性C-H键的官能化反应。本项目完成的内容包括：(1) 完成了31个环糊精/Pd(II)催化剂库的构建；（2）在温和的反应条件下，从简单的水杨醛原料出发，通过C-H键活化反应完成了2,3-未取得及2-三氟甲氧基取代色酮衍生物的合成；（3）以高烯丙醇硅醚为偶联试剂，通过氧原子的氢键作用，克服β-氟消除，完成了通过β-H消除的偕二氟高烯丙醇硅醚取代的苯甲酰胺产物构建。此外，项目负责人还结合了电催化完成[1,2,4]三唑基吡啶杂环的构建、傅克反应完成吲哚-3-（二氟甲基）甲醇的合成、设计并合成一系列二芳基杂环类似物作为新型微管蛋白聚合抑制剂的研究。相关工作在Org.Lett.、Chem. Commun.、Org. Chem. Front.等期刊上发表论文。申请发明专利6项。