过渡金属催化的C-H活化反应：从底物设计到多环吲哚的高效构建

The development of highly efficient and selective C-H activation reaction via rational utilization of directing groups is still an attractive but challenging task in modern organic synthesis. Considering the poor selectivity involving heterocyclics, low utilization of directing group and limited application to polycyclic indole synthesis, we will try to search for more efficient catalytic systems for the synthesis of polycyclic indoles from readily available materials, including: 1)intramolecular C-H activation/amination for construction of indolo[3,2-b]indoles and imidazo[1,2-a]indoles; 2)C-H olefination /cyclization cascade for construction of oxazino[4,3-a]indoles and pyridazino[4,5-b]indoles; 3)C-H activation using an internal oxidant for construction of pyrido[4,3-b]indol-1-ones and carbolines; 4)mechanistic studies on the above reactions and preliminary studies on biological activity and photoelectric properties. Hopefully, the execution of this project will also provide some experimental support for the efficient synthesis of other biologically active and important heterocycles.

寻找合适的催化体系，合理利用导向基团，发展高效、高选择性的C-H活化反应是现代有机合成化学中富有挑战性的研究课题。本项目旨在提高杂环化合物C-H活化反应中的选择性，合理利用导向基团高效构建多环吲哚化合物。其主要内容包括：1）利用分子内的C-H活化/胺化反应构建双吲哚和咪唑骈吲哚衍生物；2）利用串联的C-H烯化/环化反应构建噁嗪骈吲哚和吲哚骈哒嗪化合物；3）发展C-H活化自氧化反应合成吲哚骈嘧啶酮和咔啉类化合物；4）探讨上述反应的机理，并以此为关键步骤合成一系列结构多样的多环吲哚，初步研究其生物活性和光电性能。该项目的实施为快速构建具有潜在应用价值的功能杂环化合物提供一定的理论指导和工作基础，并且对发展原子经济性、绿色的合成方法学提供一定实验依据。

过渡金属催化的C-H活化反应因具有高原子经济性、高合成效率而备受人们的关注，已经成为一种具有广泛应用前景的合成方法。吲哚是一类重要的含氮生物碱，特别是多环吲哚衍生物，广泛存在于许多具有生物活性的天然产物和药物分子中。因此，利用C-H活化策略对吲哚骨架的进行结构修饰，构建多环吲哚化合物具有重要的研究意义。. 本项目主要围绕吲哚的高效、高选择性C-H活化反应构建多环吲哚化合物为目标。主要研究内容包括：（1）利用嘧啶作为导向基团，发展吲哚选择性的C-H活化反应：①铑催化N-嘧啶吲哚与芳基硼酸的C-H芳化反应，并合成了外排泵抑制剂INF55；②铑催化N-嘧啶吲哚与乙烯基三氟硼酸钾的C-H烯化反应，并合成了咔唑化合物；③铑催化N-嘧啶吲哚与重氮化合物的连续C2和C7位的C-H烷基化反应。（2）利用C-H活化反应作为关键步骤，构建多环吲哚化合物：①铑催化的吲哚甲酰胺衍生物与末端的炔烃发生的C-H活化/环化反应，并构建了吲哚骈嘧啶酮衍生物；②发展了乙酸酮促进的及分子内的C-H 胺化反应，并构建了咪唑骈吲哚衍生物。（3）无金属参与的二乙酸碘苯与吲哚化合物转化反应：①无金属参与条件下N-嘧啶吲哚与二乙酸碘苯的C-O键形成反应；②无金属参与条件下，3-取代吲哚与二乙酸碘苯的氧化反应，并构建了氧化吲哚化合物。. 在本项目的资助下，在Eur. J. Org. Chem.; Tetrahedron Lett.; Chin. J. Org. Chem.; Chin. J. Chem.; Catalysts; Chem. J. Chinese Universities; 等国内外重要学术期刊共发表学术论文13篇，申请发明专利2项，参与相关学术会议4次，邀请国外专家学者交流讲学2次，培养硕士研究生3人。并已计划在项目结题后（2017年6月）赴加拿大韦仕墩大学进行访学。