可见光诱导的有机染料与镍协同催化sp3碳还原交叉偶联反应的研究

Visible-light-photoredox catalysis has been recognized as a powerful technique to facilitate activation of organic molecules, enabling achievement of a wide variety of new chemical reactions. The combination of photoredox catalysis and nickel catalysis has show even greater potential in promoting the cross-coupling reactions, owing to the advantages of low energy barrier, mild reaction condition and high selectivity. However, among sp3 carbon coupling reactions, the most methods need employ the expensive and highly toxic Ru、Ir complexes as visible-light photoredox catalysis. Moreover, the choice of the substrate of sp3 carbon coupling partners is also rather limited. Given current situation, this project aims to exploit visible-light-induced organic dye- and nickel-cocatalyzed sp3 carbon reductive cross-coupling reactions of alkyl halides reacting with various electrophiles. This strategy will develop a new way to directly construct C(sp3)–C(sp2) and C(sp3)–C(sp3) bonds under mild conditions, and lay the foundation for the application of the dual catalytic systems in the organic synthesis, pharmaceutical synthesis and structural modification of natural product.

可见光催化反应已经成为了有机合成化学的重要工具之一，在该领域中，可见光氧化还原与镍协同催化的偶联反应由于具有反应能垒低、条件温和及选择性高等优点近年来得到人们广泛关注。然而，对于sp3碳的交叉偶联反应多数报道需要使用价格昂贵、有毒的Ru、Ir吡啶络合物为光催化剂以及烷基偶联组分存在普适性差等问题，在一定程度上限制了其应用。鉴于以上问题，本项目拟利用绿色、经济的有机染料为光敏剂，在光氧化还原与镍协同催化下，实现烷基卤代物与多种碳亲电试剂的还原交叉偶联反应，发展温和条件下构建C(sp3)–C(sp2)、C(sp3)–C(sp3)键的新方法。该项目系列研究成果将扩宽可见光诱导的有机染料与镍协同催化sp3碳的偶联反应，为其在有机合成、药物合成以及天然产物修饰上的应用奠定了基础。

可见光氧化还原催化反应已经成为了有机合成化学的重要工具之一，由于可见光氧化还原催化的偶联反应具有反应能垒低、条件温和及选择性高等优点近年来得到人们广泛关注。本项目拟在可见光条件下，以有机染料和金属催化的烷基卤代物与多种碳试剂的偶联反应。经过三年的研究，该项目在可见光催化下，以有机染料、D-A荧光分子光敏剂，实现了氟烷基试剂与不饱和烃的加成及偶联反应，发展了温和条件下构建C(sp3)–C(sp2)键的新方法。在国家自然科学基金的资助下，基本实现了项目预期的主要研究内容，进一步对该项目研究内容进行扩展，并取得了较好的研究结果。具体研究成果如下：.1. 在可见光催化的条件下，以D-A荧光分子或有机染料为光敏剂，卤代氟烷基试剂为sp3碳源，实现氟烷基自由基对不饱和烃的加成及环化反应，成功发展了C(sp3)键-C(sp2)键的构建新方法，为氟烷化反应方法学的研究提供了高效、温和的途径。并在可见光催化研究基础上，进一步研究了碳自由基、硫自由基的加成及环合反应，丰富了可见光反应的研究。.2. 在可见光氧化还原催化氟烷基化的基础上，发展了铜催化的不同类型的氟烷基试剂与亚甲基环丙烷、邻烯基芳基异腈的自由基串联环合反应，合成了碳环及稠杂环化合物，建立了一系列含氟环状化合物的高效构筑新方法。.3. 在Chem. Commun.、Adv. Catal. Synth.、Org. Chem. Front.、J. Org. Chem.、Eur. J. Org. Chem.、Tetrahedron Letters等国际知名杂志发表 SCI 论文8篇。培养硕士研究生5名。项目团队主要成员参加全国有机化学学术会议2次。