利用内氧化策略研究过渡金属催化的串联反应

Cascade reaction provides an efficient and economic way for the synthesis of complex molecules. Meanwhile, the diversity of transition metal catalyzed reactions gives much space for the development of cascade reactions. To meet the demand of green chemistry, cascade reactions should avoid the use of stoichiometric external oxidants and harsh reaction conditions. In recent years, the strategy of using internal oxidant in C-H functionalization has attracted increasing attention. The use of the internal oxidant, which usually contains the N-heteroatom bond, can obviate the troubles arousing from the external oxidants, simplify the catalytic system and lead to improved reactivity. Considering the diverse reactivity of transition metal, this proposal plans to further expand the usage scope of internal oxidant by employing different initiation methods and reaction modes. Aimed at the development of distinctive cascade reactions, we wish to take full advantage of the internal oxidant, which acts as both reagent and oxidant to regenerate the catalyst. These cascade reactions will offer rather green route for the synthesis of complex molecules efficiently and also provide opportunity to further understand how the internal oxidant take effect.

串联反应为复杂分子的合成提供了经济高效的途径，而过渡金属催化反应的多样性为发展串联反应提供了丰富的空间。符合绿色化学要求的串联反应应尽量避免使用外加氧化剂和剧烈反应条件。近年来内氧化策略在C-H活化领域受到越来越多的关注。内氧化剂（通常含氮杂原子键）的使用可以使C-H活化反应避免外加氧化剂，简化反应体系，提高反应活性。本申请计划结合过渡金属反应的多样性，采用不同的启动方式、反应模式，进一步扩大内氧化策略的运用范围。充分利用内氧化剂的特点，使其一方面充当反应底物一方面能维持催化剂循环，在温和条件下发展一些无需外加氧化剂的有特色的串联反应。这些串联反应将为高效构建复杂分子骨架提供相对绿色的合成方法，同时为进一步理解内氧化剂的作用机制提供机会。

本项目主要利用内氧化策略，以羟基酰胺衍生物为底物，利用N-O键的断裂充当内氧化剂和氮源，结合不同的启动方式、反应模式，研究过渡金属催化的串联反应。通过总结和研究N-O 键与过渡金属的作用规律，实现多种官能团的可控有序转化,一步构建多根化学键。主要工作包括：以N-苯氧基乙酰胺为底物，通过C-H键活化为启动方式，实现了与炔丙基碳酸酯的串联环化、与N-烷氧基乙烯酰胺的碳胺化、与alpha-重氮基环己烯酮的串联反应；以羟基酰胺衍生物为底物，通过亲核金属化启动方式，实现了邻炔基苯胺/酚的串联环化/亲电胺化反应。此外，发展了数个廉价金属催化的反应，为其利用内氧化策略做准备。这些工作从简单易得的原料出发，发展条件温和、体系简单、原子经济性高、无需外加氧化剂的串联反应，为高效构建复杂分子骨架提供相对绿色的合成方法。