温和/绿色体系下氧化导向基促进的C-H键官能团化反应新策略

Recently, teh direct C-H bond functionalization is teh hot spot in teh field of organic synthetic chemistry. However, C–H activation usually requires harsh reaction conditions and noble metal catalysts, owing to teh high dissociation energy of C-H bond. As a consequence, teh C-H bond transformations under teh mild conditions become a challenging and difficult task. Based on teh unique reactive features of teh oxidative directing group, teh subject would systematically study on developing a mild and green reaction system utilizing teh “N-O” bond to act as a directing group and internal oxidant. We will develop teh cobalt salts catalyze decarboxylation-domino reaction of C-H bond to construct phenols in a step promoted by teh oxidative directing group. A new methodology to achieve teh C2-selective C-H bond functionalization of indoles in a green reaction conditions consisted of water solvent and room temperature will also be proposed in teh project. Moreover, teh rapid syntheses of heteroaryl-substituted imido[1,6-a]indol or imidazo[1,5-a]indol utilizing cheap cobalt salts will be under research. It will lay teh groundwork for C-H bond transformations catalyzed by cheap matal salts in mild reaction conditions through teh fulfillment of teh subject and provide simple, efficient and environmental friendly strategies for teh synthesis of functional phenols and indole derivatives.

C-H键的官能团化是当前有机合成化学领域的研究热点。由于C-H键的解离能较高，活化碳氢键往往需要苛刻的反应条件与昂贵的金属催化剂，因此C-H键的温和转化反应是一个极具挑战性的难题。本课题以氧化导向基团的独特的反应性能为主线，利用“N-O”键的导向能力与内氧化的特性，系统地开展基于温和、绿色反应体系下C-H键官能团化反应研究。我们拟开展廉价金属钴催化下C-H键脱羧串联反应研究，一步构建官能团化的酚类化合物；在水相，室温的绿色反应体系下研究吲哚2位C-H键官能团化反应；并在钴盐的催化下研究吲哚并环化合物的简便合成新策略。本项目的实施，将对实现廉价金属催化下的C-H键的温和转化奠定一定的基础，为合成功能化酚类化合物与吲哚类药物提供简洁高效和环境友好的新策略。

本项目主要侧重于温和/绿色体系下氧化性导向基促进的碳氢键的官能团化反应。一直以来温和绿色下的化学反应一直是化学家的“梦想反应”，这些反应需满足绿色化学的要求：廉价金属（或无金属）催化，水相反应，条件温和，尽量少添加剂，步骤简短，操作简单，后处理方便，产率优良等特点。但是满足上述条件的反应屈指可数。在项目的资助下，我们以氧化性导向基促进的C-H键的官能团化反应为突破口，进行了一系列系统的研究，1）探究了银盐促进的吲哚的去芳构化与烯烃的环化反应，生成高附加值分子-吲哚啉酮类化合物，反应结束之后银盐可高效回收，降低反应成本，反应采取“一锅法”，操作简便，产率优良；2）探究了苯氧酰胺与炔酸的C-H键的环化反应，室温条件下即可生成3-苯并呋喃酮类化合物，反应无需无水无氧操作，产率优良，底物普适性广；3）探究了吲哚类氧酰胺与内炔的反应，在水相条件下即可以高产率得到四取代的烯烃化合物，反应条件温和，绿色廉价，以一系列的控制实验探究了反应机制，提出了合理的反应机理；4）探究了无金属催化N-甲氧基苯甲酰胺环化反应构建季碳异吲哚啉酮，此方法可以以良好的收率生成四氢吡喃或四氢喹啉类化合物。该反应具有催化剂价格便宜、操作简单、底物范围广、原子经济性100%、区域选择性优良等特点；5）探究了电催化的分子内异噁唑烷并异喹啉化合物的合成，此方法在未分隔的电解池中反应，以95%乙醇作为绿色溶剂，可以很容易地从各种含CONHOR基团的杂环酰胺中获得异喹啉酮。此方法以无痕的电子为绿色氧化剂；6）探究了电化学下炔烃和磺酰肼的区域选择性反应构建四取代烯烃,该方案不需要过渡金属催化剂或化学计量量的化学氧化剂，绿色经济，高效环保，符合可持续发展的理念; 7)探究了高价碘促进了环庚三烯和环丙烷的合成，该方法条件温和，操作简单，反应时间可缩短在1-3分钟；8）在项目的资助下还探究了其他的温和体系下的转化反应。