导向基团介导的金属卡宾的高选择性分子间C-H插入反应研究

The catalytic intermolecular C-H insertion reaction of diazo compound is one of the great challenges in directly C-C formation.The applications of selective intermolecular C-H insertion with diazo compounds in organic synthesis are still rare probably due to the competed reactions and poor regioselectivities. We will explore on the selective intermolecular C-H insertion of metal carbene with the help of directing-group. The existing directing-group can be used to chelate the metal catalyst and position it for selective C-H insertion. Precoordination can greatly improved the regioselevtivity and reactivity.By exploring on the structure of diazo compounds and the substrates,the nature of directiong-groups and catalysts, we will develop a high-selective,high-reactive and widely used intermolecular C-H insertion. This kind of reactions on the synthesis of chiral compounds will also be explored by adding chiral catalysts or chiral directing group.

金属催化剂促进的重氮化合物分子间C-H插入反应是构建C-C键的重要方法，然而由于存在竞争性副反应和区域选择性问题，多数情况下该类反应不能获得好的收率和区域选择性，因此限制了其在有机合成中的应用。我们拟采用引入定位基团的方法，通过其与过渡金属催化剂的配位，引导重氮化合物分解后形成的金属卡宾对底物中特定的C-H键发生插入反应，显著提高反应的区域选择性和化学收率。通过对重氮化合物结构、定位基团的性质、催化剂的性质以及底物结构的深入研究，发展高效、广谱、具有高度区域选择性的分子间C-H插入反应。此外，也计划采用手性催化剂或手性定位基团，进一步控制反应的对映选择性，发展有效的不对称C-H插入新方法。

本项目最初拟在研究金属催化剂促进的重氮化合物分子间C-H 插入反应。重氮化合物的分子间C-H插入反应，因其区域选择性差从而使其不具有合成价值。我们的策略是在底物中引入定位基团，通过其与过渡金属催化剂的配位，引导重氮化合物分解后形成的金属卡宾对底物中特定的C-H 键发生插入反应，从而提高反应的区域选择性和化学选择性。我们系统的对重氮化合物、定位基团、催化剂以及添加剂进行了研究，发现该反应的确可以发生，但收率较低，在我们进一步优化条件时，有多篇文章分别在J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.上发表。.鉴于此，结合本人博士后时期的工作（Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 4671）和依托单位鄢明教授的工作，我们发展了一系列KOtBu促进的自由基反应。我们最初采用KOtBu/DMF诱导产生(CH3)2NCO˙自由基，生成的自由基拔除叔胺α位碳上一个氢，形成的碳自由基进一步与烯烃、炔烃、酮等发生加成反应，高效地制备了一系列含氮多环杂环化合物（Chem. Commun., 2013, 49, 10974；J. Org. Chem. 2014, 79, 8557）。2015年，Taillefer小组工作通过计算进一步验证了我们的机理（Angew. Chem. 2015, 127, 10733）。我们研究还发现，DMSO或者THF做溶剂时，二芳基甲基化合物、酰肼化合物等也可以被活化，进而与烯烃、炔烃发生反应（Tetrahedron, 2015, 71, 9073）；氘代-DMSO做溶剂时，反应还可以在芳烃苄位、叔胺α位等发生氘代反应，得到一系列氘代化合物（Tetrahedron 2015, 71, 1425），为氘代药物的合成提供方法学基础。.因此，在过去的三年中，在国家自然科学基金的资助下，我们主要发展了一类有机催化的自由基反应，该反应可以高效、高选择性地构建多种C-C键和C-N键，解决了这类反应需要采用昂贵的过渡金属和毒性较大的金属锡催化的弊端，因此具有重要的研究价值；该类方法对各种杂环化合物的合成也具有重要的应用价值。