过渡金属催化和可见光催化结合：活性金属卡宾中间体在有机合成中的应用

It has gained widespread attention for the merger of transition metal catalysis and photocatalysis. For the development of photocatalysis, it has become a tool to trigger the synthetic transformation of transition metal catalysis in a mild, eco-friendly and efficient way. In this project, we will utilize the diazo compounds as the starting material and realize the construction of useful organic compounds through the combination of transition metal catalysis and photocatalysis. The main contents including the following five parts: 1) sp3 C-H selective activation by merging copper catalysis and photocatalysis; 2) sp2 C-H functionalization by combination of palladium catalysis and photocatalysis; 3) the merger of copper catalysis and photocatalysis: sp C-H functionalization; 4) the merger of palladium catalysis and photocatalysis to realize the construction of indole derivatives; 5) mechanism study of the above mentioned reaction. The research of this project will provide new approaches for the modification of natural product and medicinal agents, and will pave a way for the synthesis of the structurally diverse organic compounds in an environmentally friendly manner.

过渡金属催化和可见光催化相结合已经发展成为目前热门研究领域。将可见光催化作为工具引入过渡金属催化可以很大程度上改变过渡金属催化的反应条件使其温和、高效和绿色。本项目旨在以重氮化合物为底物，通过过渡金属催化和可见光催化结合实现金属卡宾在结构有用的有机小分子中的合成应用。其主要内容包括：1）铜催化和可见光催化结合的sp3C-H选择性官能化；2）钯催化和可见光催化结合的sp2C-H官能化；3）铜催化和可见光催化结合的sp C-H官能化；4）钯催化和可见光催化结合的串联反应构建吲哚衍生物；5）探讨上述反应机理。本项目的研究将对天然产物的修饰和药物分子的改性提供一定理论指导，并对过渡金属催化和可见光催化结合实现结构有用小分子的绿色合成提供实验依据。

可见光诱导的双吸电子基重氮化合物温和条件下的活化在有机合成中并不多见，基于此本研究展开了3个方面的研究：1）以四氢呋喃和1,4-二氧六环为底物实现了铜催化和可见光催化的结合，完成了17种醚sp3C-H选择性官能化产物的合成，其中一种抗癌活性化合物(S)-(-)-紫苏醇也能通过这种策略实现其合成衍生化；2）由简单的起始原料出发，经过五步得到重氮酰胺前体化合物，随后通过可见光诱导的分子内关环反应策略实现重氮化合物的活化，以中等收率得到3-羟基-3-酰胺基氧化吲哚衍生物；3）初步以重氮丙二酸酯和吲哚为模型底物，利用可见光诱导的合成策略，在温和条件下实现2,3-二取代吲哚衍生物的合成。.吲哚和氧化吲哚衍生物作为核心骨架广泛存在于具有潜在生物活性的化合物中，因此有机合成常围绕这类化合物的合成展开研究。基于此，延续吲哚和氧化吲哚衍生物的合成衍生化开展了如下2个方面的研究：1）利用可见光诱导分子内氧化芳构化反应策略，以最高97%的收率完成了24种吲哚并[2, 3-b]喹啉衍生物的合成；2）以空气作为氧源，可见光诱导3-酯基-2-氧化吲哚的氧化羟基化合成了16种3-羟基-3-酯基-2-氧化吲哚衍生物。.除此之外，开发可见光催化模式中的新型光催化剂是该领域的研究主题之一，因此利用吡啶取代的三氮唑为二齿配体实现了一类三氮唑钌配合物的合成，并以其作为可见光催化剂用于四氢咪唑类化合物的合成。