过渡金属催化下若干碳氮、碳磷π键配位导向的碳氢键官能化反应

The development of methods for the functionalization of relatively unreactive C-H bonds in order to discover fundamentally new routes to synthesize valuable organic products is one of the major challenges of modern chemistry. The directing group in starting material plays a key role in this transformation. Generally, it is considered that the Lewis basic groups with coordination properties involve n, π and ? types, in which n-type ligands have been widely used as directing groups in the high selective direct C-H bond functionalization reactions, while there are few reports of π-type ligands used for these purposes. In this research project, the transition metal-catalyzed C-H functionalization reactions directed by π-type coordinating groups, such as cyano and P-ylide groups will be studied. The compounds or complexes of the transition metals such as Pd, Ru, Rh and Pt will be used to catalyze the C-H functionalization reactions. The activations of sp2C―H bonds on aromatic rings and the sp3C―H bonds on alkyl groups will be studied. The introduced groups may be aromatic group, alkenyl group, alkoxyl group, trifluoromethyl group, amino group, halogen, atc. Through systematical studies to the various reaction parameters such as catalyst, solvent, ligand, acidity, oxidant, reaction temperature and reaction time, the optimized reaction conditions will be established. By implementing this research project, we expect to get some new convenient methods for the syntheses of the polyfunctional compounds and use these methods in organic synthesis.

开发新的碳氢键活化方法以实现复杂化合物的合成是现代化学研究领域极富挑战性的课题之一，反应物中导向基团对反应的活性和选择性有关键性的作用。近年来，n型配位基团作为导向基团在选择性碳氢键官能化反应以及复杂有机化合物合成中备受关注，并已表现出巨大的应用价值。可以预期，π型配体在导向碳氢键官能化反应中应该同样具有很大的发展潜力。本项目拟研究过渡金属催化下碳―氮、碳―磷π键配位基团如氰基、磷叶立德等导向的碳氢键官能化反应。过渡金属催化剂可以是钯、钌、铑、铂等金属的化合物或配合物，被活化的碳氢键包括芳环上的sp2C―H键和烷基上的sp3C―H键，所导入的官能团包括芳基、烯基、烷氧基、三氟甲基、氨基、卤素等。通过对催化剂、溶剂、介质酸碱性、配体、氧化剂、反应温度、反应时间、反应气氛等反应条件的系统探究，获得实现这些反应的途径，由此建立若干合成多官能团化合物的新方法，并用于较复杂化合物的合成。

本项目围绕研究计划开展工作，分别采用氰基、亚硝基、吡啶基、重氮基、酚羟基等π型或n型配位基团作为导向基团，在钯、铑等过渡金属催化下实现了系列碳氢键的官能团化，成功地将惰性碳氢键转化为碳-碳、碳-氧、碳-硫、碳-氮、碳-卤素等多种化学键，通过对催化剂、溶剂、介质酸碱性、配体、氧化剂、反应温度、反应时间、反应气氛等反应条件的系统探究，获得了实现这些反应的最佳途径，由此建立了若干合成多官能团的功能有机化合物的新方法。特别是将化学惰性的有机分子甲苯、烷烃以及廉价易得的无机分子二氧化氮等直接用于有机合成原料，为有机合成的绿色化提供了新的途径。近年来，国内外大量研究表明，在适当条件下将惰性化学键活化进行自由基反应，特别是引发自由基途径的串联反应是构建复杂有机分子的良好方式。为此，作为惰性化学键活化的研究的进一步拓展，我们又在自由基串联反应方面进行了一系列探索，特别是在一些具有生物活性的功能化的环状化合物如异喹啉二酮、香豆素、咪唑并喹啉等杂环分子的构建及官能化修饰方面开展了研究。提出的一些新方法用于药物分子中间体的合成，获得了满意结果。