水相中铑催化的双C-H键活化直接脱氢偶联形成C(芳基)-C(芳基)键的反应研究

The upsurge of green chemistry prompts intensive development of atom economy and environment-friendly methods, and a large number of highly efficient and selective reaction systems was developed. The molecular structures bearing C(Ar)-C(Ar) bond are widely present in natural products, pharmaceuticals, pesticides, dyes and chiral catalysts, so the formation of C(Ar)-C(Ar) bond is among the most important research fields in organic synthesis. However, conventional methods need the use of prefunctionalized starting materials, thus the reaction efficiency is compromised and it conflicts with the principles of green chemistry. In this context, a C(Ar)-C(Ar) bond formation in water via cross dehydrogenative coupling (CDC) reaction of two C–H bonds would be more interesting in terms of synthetic efficiency and environmental friendliness. Therefore, it is more consistent with the requirements of the development of green chemistry as well. Until now there has been no report of transition-metal-catalyzed CDC reactions of aromatic compounds to form the C(Ar)–C(Ar) bond in water. In this project, in accordance with the concept of green chemistry, the direct construction of C(Ar)–C(Ar) bond by dehydrogenative coupling reaction in water catalyzed by rhodium via dual C–H bond activation will be studied, which will shorten synthetic steps, reduce the generation of byproduct, improve efficiency and selectivity. Once this project is successfully implemented, it could be expected that an alternative, greener as well as more efficient method will be built up for the formation of C(Ar)-C(Ar) and it also could advance the development of green chemistry in this field.

绿色化学的兴起推动了原子经济性和环境友好型化学反应的发展，大量高效高选择性的反应体系被开发出来。C(Ar)-C(Ar)键广泛存在于天然产物、医药、农药、染料和手性催化剂中，因此C(Ar)-C(Ar)键的生成反应是有机合成中一个重要的研究领域。传统方法需将起始原料预先官能化，降低了反应效率，不符合绿色化学的要求。而水相中双C-H键活化直接脱氢交叉偶联(CDC)生成C(Ar)-C(Ar)键，具有更高的原子经济性和环境友好，更符合绿色化学发展的要求。目前，尚无水相中过渡金属催化的CDC反应生成C(Ar)-C(Ar)键的报道。本课题就是要以绿色化学为宗旨，以缩短合成路线，减少副产物，提高合成效率和选择性为目的，发展一种水相中铑催化的双C-H键活化直接脱氢偶联形成C(Ar)-C(Ar)键的新方法。课题的实施，将为C(Ar)-C(Ar)键生成反应提供一条绿色、高效的新途径，推动绿色化学在该领域的发展。

绿色化学的兴起推动了原子经济性和环境友好型化学反应的发展，大量高效高选择性的反应体系被开发出来。联芳烃单元广泛存在于天然产物、医药、农药、染料和手性催化剂中，因此，联芳烃(C(Ar)-C(Ar)键)的生成反应是有机合成中一个重要的研究领域。传统的形成C(Ar)-C(Ar)键的方法主要有Suzuki, Negishi, Stille, Hiyama, Kumada等反应。传统的方法必须使用预先功能化的起始原料，因此，基于C-H 键活化生成C(Ar)-C(Ar)键的反应越来越受到人们的关注。然而这种方法也需要C(Ar)-H键与功能化的耦合子反应才能实现C(Ar)-C(Ar)键的生成。 因此，通过两分子C-H键脱氢偶联(CDC)生成C(Ar)-C(Ar)键的方法成为了研究的焦点。这种新的C(Ar)-C(Ar)键生成反应不需要使用预先功能化的原料，故可选用更加简单、经济的底物，简化合成路线，降低成本，提高反应的原子经济效率，同时减少伴随产物的生成，降低对环境的影响，大大提高合成效率。.1）研究了水相中铑催化剂对C(Ar)-H键的活化。研究表明，芳香羧酸各位置的H均可以在铑的存在下发生重氢交换反应，特别是邻位的交换率更高，这表明铑催化剂在水相中对芳环各位置的C-H键均有一定的活化作用，特别是对羧基邻位的活化作用更强。.2）研究了水相中铑催化的芳烃自偶联反应。重点研究了羧基导向的芳烃自偶联反应，优化了反应条件，高效率的实现了水相中铑催化的芳香羧酸的自偶联反应。.3）研究了水相中铑催化的芳烃间CDC反应。重点研究了羧基导向的芳烃CDC反应，优化了反应条件，高效率的实现了水相中铑催化的芳香羧酸的CDC反应。另外，发展了一种铑催化的以空气为终端氧化剂的羧基导向的芳香羧酸直接芳基化反应。.4）拓展研究了多个金属催化或无金属存在条件下的芳烃直接官能团化反应以及其他C-C键生成反应。包括水相中炔烃的偶联反应，芳烃/甲基酮的直接碘化反应，芳烃的直接三氟甲基化反应，以及其它类型的新反应，发展了多种环境友好的有机合成新方法。. 总之，该课题发展了一些列环境友好的有机合成新方法，具有重要的社会价值和理论意义。