末端炔烃交叉偶联反应的精密控制及机理研究

Alkynyl compounds have been widely used in organic synthesis, bio-medicine and functional materials. The transition metal catalyzed cross-coupling reactions of terminal alkynes are often used as effective methods to construct these compounds. However, they often suffer from low atom economy and low selectivity due to the homo-coupling of terminal alkynes, which is becoming an obstacle for the application of these methods, and the designing and developing efficient catalytic systems for homo-coupling of terminal alkyne is also limited. On the basis of the extensive literature survey and preliminary study, this proposal will be conducted to achieve the high selectivity of cross-coupling reactions of alkynes by modulation of the catalytic system and reaction conditions. The chemical properties of the structure and oxidation state of the central metals will be investigated systematically. The catalytic mechanism will be revealed by sub-step controlling the reaction and isotope labeling. The structures of the reaction intermediates are characterized by NMR analysis and X-ray single crystal diffraction. Implementation of this project, high atom economical and selective catalytic systems for the preparation of alkynyl compounds will be developed, and a general method of precise control of the cross-coupling reaction of alkyne will also be provided. This research will break the consensus on the Glaser-Hay reaction that it limits to homo-coupling. Hence, this proposal has important scientific value and practical significance.

炔基化合物在有机合成、生物医药以及功能材料中有着广泛的应用，过渡金属催化末端炔烃交叉偶联反应是合成炔基化合物的非常有效的手段，但在此类反应中末端炔烃易发生自偶联反应，由此导致末端炔烃交叉偶联反应的原子经济性和选择性较低，制约了该类反应的设计、开发和应用。基于大量文献调查和前期研究的发现，本项目拟通过合成特定结构的金属催化剂，应用于末端炔烃交叉偶联反应。研究催化剂的金属中心成键方式、氧化状态、配体结构类型对末端炔烃交叉偶联反应的影响，探索构-效关系，捕捉和分离反应中间体，揭示其催化作用机制。继而开发末端炔烃交叉偶联反应的新型金属催化剂，抑制炔烃自偶联反应的发生，实现对反应的精密控制，力争突破对末端炔烃的交叉偶联反应研究的传统思维，建立炔基化合物高选择性、高原子经济性的合成新方法。本项目的成功实施具有重要的科学意义和应用价值。

含炔基化合物在有机合成、生物医药以及功能材料中有着广泛的应用，末端炔烃交叉偶联反应是合成炔基化合物非常有效的手段。但在此类反应中末端炔烃易发生自偶联反应，由此导致末端炔烃交叉偶联反应的原子经济性和选择性较低，制约了该类反应的设计、开发和应用。本项目主要围绕末端炔烃交叉偶联反应和转化反应开展研究工作，按照既定研究计划推进研究工作，开展了铜催化不同末端炔烃间选择性交叉偶联反应、末端炔烃高区域和高化学选择性的1,1-双官能团化反应、由末端炔烃合成二取代内部炔烃的简单、普适性的新方法和炔烃环化反应等方面的研究，并对相关反应的精密控制和机理进行了研究、探讨。上述研究建立和发展了系列末端炔烃高选择性、高原子经济性交叉偶联和转化的新方法，初步建立了炔烃转化反应的新体系，为炔烃偶联和转化提供了新思路。上述研究在一定程度上解决了传统炔烃化学遗留多年的一些挑战性难题，拓展了现代炔烃化学反应类型。研究成果在国内外产生了一定的学术影响，得到了国内外的化学家、学术机构和媒体的高度评价和积极引用。一篇论文成果作为国内突出的研究成果在《Science Foundation in China》上宣传报道；两篇论文成果在《有机化学》亮点介绍；4个反应作为重要的、有价值的有机反应被国际有机化学门户网站遴选收录（https://www.organic-chemistry.org）。.本项目超额完成了拟定的任务目标，在国际知名刊物J. Am. Chem. Soc. (2), Org. Lett. (5), Chem. Commun. (1), Adv. Synth. Catal. (1), J. Org. Chem. (2), Org Biomol Chem. (1), Tetrahedron Lett. (2), Tetrahedron (1), Chin. J. Org. Chem. (1)等上发表了16篇SCI学术研究论文，其中含高水平国际期刊（SCI Top 期刊）论文11篇；已经申请中国发明专利14件，授权4件。