末端炔烃间高选择性交叉偶联反应及其应用研究

Unsymmetrical 1,3-conjugated diynes are an important class of starting materials in organic chemical industry, which have important applications in the synthesis of natural products, functional materials and heterocyclic compounds. The cross-coupling between different terminal alkynes is considered as the most direct and ideal method to construct these compounds. However, highly selective synthesis of the unsymmetrical 1,3-conjugated diynes has been not realized because the homocoupling products are predominately formed under the metal-catalyzed conditions. Over the past 50 years, a breakthrough has not been achieved, and it still remains a big challenge in synthetic chemistry.. On the basis of our previous research and extensive literature survey, this proposal aims to prepare a new type of metal catalysts, which have the units of discrete anions and cations. Investigations of the reactivity and selectivity of the catalysts will be conducted according to their metal centers, bond length and departure ability of the anions, structure of the cations and their electronic effects, etc. After extensive investigations of structure-function relationship and the reaction conditions, the two different alkynes will be “discriminated” by the anions and cations, respectively. Thus simple and direct methods for highly selective preparation of unsymmetrical 1,3-conjugated diynes, unsymmetrical polyynes, and natural products will be achieved. Based on the achievements, one-pot synthesis of heterocyclic compounds from different terminal alkynes via cascade reaction will also be explored. Implementation of this project will provide new catalytic systems for highly selective transformation of terminal alkynes to organic chemicals. Therefore, it has important scientific value and practical significance.

不对称1,3-二炔类化合物是一类重要的有机化工原料，其在天然产物、功能材料以及杂环化合物的合成中有着重要应用。通过末端炔烃间的高选择性交叉偶联是制备此类化合物最为直接、理想的方法，但在反应过程中自偶联产物居多，不能有效控制其选择性合成。这一直是炔烃交叉偶联反应的难点，半个世纪来，尚未有实质性的突破。基于大量文献调查和前期研究的启发，本项目拟针对末端炔烃的反应活性和配位性能的对应关系，设计合成含特殊阴阳离子结构的新型催化剂，研究不同金属中心、阴离子键长、阴离子离去能力、阳离子结构、阳离子电子效应对反应选择性和活性的影响，通过反应条件的优化和构效关系的探索，获得对两种不同末端炔烃同时高选择性识别的催化剂体系，实现不对称1,3-二炔、多炔和天然产物等简单、高效的合成，进而通过串联反应开展一锅法合成杂环化合物，最终建立末端炔烃高选择性转化为有机化工产品的新方法，其成功实施具有重要的应用价值。

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。通过炔烃选择性偶联、环化是制备此类化合物最为直接、理想的方法，但在反应过程中易发生自偶联，反应选择性不易有效控制，这一直是炔烃选择性转化反应合成功能化合物的难点。. 本项目主要围绕末端炔烃交叉偶联、环化反应和相关功能（杂环）化合物的合成开展研究工作。按照既定研究计划推进研究工作，开展了铜催化末端炔烃选择性偶联-环化反应、炔醇化合物的重排反应、末端炔烃偶联-加成反应、炔基膦化合物选择性加成-环化反应研究，并对反应的精密控制及机理研究进行了研究探讨。此外基于功能（杂环）化合物的合成，还开展了3-喹唑啉酮、（非）芳香杂环、含C-P键化合物、（硫）酯化合物的合成研究。. 上述研究建立和发展了系列炔烃高选择性交叉偶联和环化反应的新方法，为炔烃选择性转化和杂环化合物的合成提供了新思路，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、学术机构和媒体的积极评价和引用。其中，一篇第一标注的研究成果发表在化学顶级期刊Journal of the American Chemical Society上，随后被遴选为国内突出研究成果，在国家自然科学基金委的英文刊物《Science Foundation in China》上进行宣传报道[Science Foundation in China, 2019, 27 (1), 27]。. 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. (1), Org. Lett. (4), Chem. Commun. (1), Adv. Synth. Catal. (1), J. Org. Chem. (3), New J. Chem. (1), Appl Organomet Chem. (1), Tetrahedron Lett. (1)等上发表了13篇研究论文，其中含高水平国际期刊（SCI Top 期刊）论文10篇；已经申请中国发明专利11件，其中授权3件。