过渡金属促进的C(sp3)-H/P–H氧化型交叉偶联反应研究

C(sp3)–P bonds are widely existed in many biologically active molecules, ligands, pharmaceuticals, agrochemicals, and organic functional materials. Therefore, designing novel organic phosphorus compounds and exploring efficient methods for the construction of diverse C(sp3)–P bonds are always the hot topic in organic chemistry. Recently emerged transition-metal mediated oxidative cross-coupling reaction is undoubtedly the ideal strategy for the C(sp3)–P bond formation because it could bypass the lengthy and troublesome preactivation of two substrates and allow the utilization of easily available, environmentally benign starting materials. However, the previous work on oxidative C(sp3)–H/P–H cross-coupling reactions suffered from several drawbacks, such as scarce reaction type, low efficiency, and narrow substrate scope, which limited their application scope to some extent. This project will focus on the research on transition-metal mediated oxidative cross-coupling reactions between different C(sp3)–H and P–H bonds. We will detailedly investigate the reaction mechanism via a series of experimental methods, such as in situ NMR test, in situ mass spectroscopy and isotope labeling, sum up the reaction parameters that control the chemo- and regio-selectivity, and uncover some basic laws in the processes of C(sp3)–H bond cleavage and C–P bond formation. We believe that taking this project into practice would provide new methods and ideas for the synthesis of diverse C(sp3)–P bonds, and helpful guidance for other types of carbon-heteroatom bond formations.

C(sp3)–P键广泛存在于药物、农药、反应配体及有机功能材料中，因此设计新颖的有机膦化合物，发展多样化构筑C(sp3)–P键的方法一直是有机化学的研究热点。近年来兴起的过渡金属促进的氧化型交叉偶联反应，可避免冗长的底物预活化，符合绿色化学及可持续发展的要求，是构筑C(sp3)–P键最理想的方法。然而目前已报道的氧化型C(sp3)–H/P–H交叉偶联反应存在着类型少、收率低、底物局限等诸多问题，一定程度上限制了其应用范围。本申请拟对多种不同类型的C(sp3)–H键参与的过渡金属促进的氧化型C(sp3)–H/P–H交叉偶联反应展开研究，通过原位核磁、原位质谱、同位素标记等实验手段分析反应机理，归纳反应中控制化学、区域选择性的因素，揭示C(sp3)–H键断裂、C–P键重组过程中的一些基本规律。最终，通过本项目的实施为多样化构筑C(sp3)–P键提供新的合成思路，为其他类型碳杂键的构筑提供指导。

含膦化合物由于其独特的化学及生物学性质，广泛应用于有机合成、药物化学、材料科学及配位化学中。因此高效、高选择性地构筑C-P键成为有机合成化学中最为热点的研究中心之一。除了传统的Michaelis−Arbuzov和Michaelis–Becker反应外，近年来兴起的过渡金属促进的氧化型交叉偶联反应，可避免冗长的底物预活化，符合绿色化学及可持续发展的要求，成为构筑C(sp3)–P键最理想的方法。本项目成功实现了过渡金属催化的1,3-二羰基化合物、简单酮类化合物、8-甲基喹啉类化合物中C(sp3)–H键与亚膦酸酯或二芳基膦氧中P-H键间的氧化型C(sp3)–H/P–H交叉偶联反应，为多样化构筑C(sp3)–P键提供了新的合成思路。同时通过原位核磁、原位质谱、同位素标记等实验手段分析了反应机理，归纳了反应中控制化学、区域选择性的因素，揭示了C(sp3)–H键断裂、C–P键重组过程中的一些基本规律，为其他类型碳杂键的构筑提供了指导。