氮杂环卡宾-铬络合物催化芳基亲电试剂还原交叉偶联反应研究

It is of scientific significance and potential application to develop novel cross-coupling reaction for the synthesis of biaryl compounds. Selectivity is the distinct problem encountered in the reductive cross-coupling of two different types of electrophiles. The reported work mostly focuses on the cross-coupling between alkylhalides and alkylhalides/arylhalides. It is more challenging for the catalytic reductive cross-coupling of two different types of aryl electrophiles owing to the difficulty in depressing the selfcoupling of the electrophiles. In particular, it remains unknown about the reductive cross-coupling of inert aryl esters with common electrophiles such as arylhalides, aryl ethers and anilines. In this proposal, we design and develop electron-rich N-heterocyclic carbene ligands and directing groups to promote Cr-catalyzed cross-coupling of inert aryl esters with common electrophiles such as arylhalides, aryl ethers and anilines by exploring catalytic strategy to selectively activate and cleave the inert carbon-oxygen bonds. Developing new reductive cross-coupling reaction of inert aryl electrophiles and overcoming the difficulties in chemical and regional selectivity will provide new entry to functional biaryl compounds.

发展新型的交叉偶联策略来制备联芳基类化合物具有重要的科学意义与应用价值。两种不同类型的亲电试剂之间的还原交叉偶联反应面临突出的选择性难题，目前已知的研究大多集中于卤代烷烃与卤代烷/芳烃间的交叉偶联反应，对于两类不同的芳基亲电试剂间的还原交叉偶联反应，由于难以抑制的自偶联反应，在催化合成上更具挑战性，尤其是惰性芳基酯类化合物与常用的亲电试剂如芳基卤、芳基醚和芳香胺的交叉偶联反应还未被开发出来。基于这一关键科学问题，本项目拟通过设计和发展富电性的氮杂环卡宾配体、配位导向基团来促进铬催化惰性芳基酯类化合物与芳基卤、芳基醚和芳香胺的交叉偶联反应，探索有效的催化合成策略选择性地活化与断裂惰性的碳-氧等化学键，开发基于惰性芳基亲电试剂之间的还原交叉偶联新反应，解决这些反应中存在的化学与区域选择性难题，实现两种不同类型的芳基亲电试剂之间的交叉偶联反应以制备功能化的联芳基类化合物。

联芳基结构广泛存在于医药、农药、材料及天然产物等重要功能化合物中，发展新型交叉偶联反应来制备联芳基化合物具有重要的研究意义与应用价值。与传统的过渡金属催化芳基亲电试剂与芳基亲核试剂交叉偶联制备联芳基化合物的方法相比，两种亲电试剂之间直接进行交叉偶联具有显著的步骤经济性和底物稳定性优势。然而，两种不同类型的芳基亲电试剂之间的还原交叉偶联反应面临突出的选择性难题，文献报道非常有限，目前已知的研究大多集中于卤代烷烃与卤代烷/芳烃之间的交叉偶联反应，对于两种不同类型的芳基亲电试剂之间的还原交叉偶联反应，由于难以抑制芳基亲电试剂的自偶联副反应，在催化合成上更具挑战性，尤其是广泛存在的惰性芳基酯类化合物与同样广泛存在的、常用的亲电试剂如芳基卤、芳基醚和芳香胺的交叉偶联反应还未被开发出来。本项目采用配体和基团导向协同作用促进铬催化的策略，选择性地活化与断裂惰性的碳-氧、碳-氮、碳-氟等化学键，解决了这些反应中存在的化学与区域选择性难题，实现了惰性芳基酯类化合物的芳基碳-氧键与芳基醚的芳基碳-氧键、芳香胺的芳基碳-氮键、氟代芳烃的芳基碳-氟键之间高活性、高选择性的交叉偶联反应制备功能化的联芳基化合物。同时，以上述铬催化断裂惰性碳-氧键、碳-氮键等发现为基础，以类似的策略实现了铬催化断裂碳-硫键、碳-磷键、氮-氧键、酯酰基碳-氧键和苄基碳-氧键/碳-氢键及其功能化反应。通过本项目的深入研究，揭示了铬催化断裂惰性碳-杂原子键的机理和反应性质，成功开发极具挑战性的两种不同类型的芳基亲电试剂的交叉偶联反应，为联芳基化合物的制备建立简捷、高效、高选择性的新方法，为惰性碳-杂原子键的活化和功能化提供新途径。项目迄今发表论文9篇，其中J. Am. Chem. Soc. (3篇)，Chem. Commun. (1篇)，Org. Lett. (3篇)，Organometallics (1篇)，Synthesis (1篇)，另有1篇投稿Nature Synthesis，现正按审稿人意见修稿。申请中国发明专利1项。培养博士生3人，硕士生4人。