可见光促进的1,5-氢迁移在镍或铜催化构键碳碳键反应中的应用

The direct functionalization of carbon-hydrogen bonds, a hot topic in current research, provides one of the most desirable synthetic strategy for building carbon-carbon bonds. This project focuses on visible-light-promoted 1,5-hydrogen atom transfer of amide or alcohol derivatives to produce the alkyl carbon radicals, which can be applied as key intermediates for the nickel or copper catalyzed cross-coupling reactions. Thus, various functionalization of the δ-C(sp3)-H bond is achieved, including arylation, acylation, alkylation and cyanation. The newly developed methodology is the combination of visible-light-promoted 1,5-hydrogen atom transfer and transition metal cross-coupling with the advantages of mild conditions, good selectivity and high atom economy. It is hoped that through the implementation of this project, the synergistic effect between photocatalyst and nickel or copper catalyst will be well developed, and the controlled C(sp3)-H functionalization will provide a new route for the functionalization of long-range C-H bonds which also offer some revelation and reference for the development of new highly selective reactions of organic synthesis.

直接的碳氢键官能团化是构建碳碳键最理想的合成策略之一，也是国内外化学界一直研究关注的热点和难点。本项目着重于开展将可见光促进的1，5-氢迁移所形成的烷基碳自由基作为关键中间体，应用到过渡金属镍或铜催化交叉偶联反应中，从而实现酰胺或醇类衍生物δ-C(sp3)-H键的多种官能团化，包括芳基化、酰基化、烷基化及氰基化等。该类反应是将可见光促进的1,5-氢迁移与过渡金属偶联相结合，具有条件温和、反应定向、原子经济性好等优点。希望通过本项目的实施，研究光催化剂和镍或铜催化剂的协同作用，选择性地修饰惰性C(sp3)-H键，为远程碳氢键官能团化提供新路径，也为进一步研究和发展高选择性的有机合成新反应提供一定的借鉴和启示。

可见光促进的有机合成反应研究在过去十多年备受关注，取得了迅速的进展。然而实现位点选择性的碳氢键官能团化反应仍然是有机化学领域的重要挑战之一。在国家自然科学青年基金（21801220）的资助下，过去的三年时间中我们开展了可见光促进的C(sp3)-H键选择性官能团化反应研究，概括如下。 我们发展了铜和可见光相结合的催化体系，通过改变添加剂，可以有效调控醇类化合物C(sp3)-H键的断裂，实现了氧邻位或远程选择性碳碳键构建。我们发展了钌和可见光相结合的催化体系，实现了酰胺类化合物分子内碳碳键去饱和化及分子间烯基化反应。这是目前少有能在温和条件下促进碳碳键去饱和化催化体系之一。此外，在不对称构建膦手性化合物方面，我们发展了镍催化苯基膦氢与不饱和双键底物的加成反应，首次实现了高效构建了手性仲膦化合物。