廉价金属催化异腈联接的C-H/X-H氧化偶联反应研究

As an efficient and atom-economical method, transition metal-catalyzed oxidative coupling reaction has been widely applied in modern organic synthesis. Derived from oxidative coupling reaction, the oxidative isocyanide insertion is also one of the most effective methods in the synthesis of nitrogen-containing compounds. The catalyst in relevant studies has been mainly focused on palladium, rhodium and other precious metals. Therefore, the exploration of catalyst like nickel, iron, copper and other cheap metal in oxidative isocyande insertion reaction has great potential. Based on the research experience on both isocyanide insertion and nickel catalysis, the applicant plans to develop cheap metal system in oxidative coupling involving two simple nucleophiles with isocyanides as the C1 connector.The innovation lies in breaking single carbon-carbon bonding formation of traditional oxidative coupling and transforming into the formation of multiple bond in one step. We plan to conduct the experiments consisting of intramolecular cyclization, intermolecular coupling and radical oxidation to construct a series of imine and nitrogen heterocyclic compounds with potential bioactivity. Furthermore, we will investigate the reaction mechanism preliminarily. We strive to achieve a highly simple and efficient synthesis route towards the synthesis of nitrogen compounds under mild reaction conditions.

过渡金属催化的氧化偶联反应作为原子经济性合成反应中一种高效手段，在现代有机合成中有广泛的应用。在此基础上发展的氧化异腈插入也是合成含氮化合物最有效的方法之一。然而有关该领域的研究主要集中在钯、铑等贵金属催化。因而发展镍、铁、铜等廉价金属催化异腈参与的氧化偶联反应具有巨大的研究空间。本项目以申请人在异腈插入和镍催化反应方面的研究为基础，旨在研究使用廉价金属镍、铁、铜等作为催化剂，异腈作为C1连接子插入到两个简单的亲核试剂C-H、X-H之间的氧化偶联反应。其创新之处在于突破了传统氧化偶联的单一碳-碳成键而转变为一步多键的形成。我们拟分别从分子内成环、分子间偶联和自由基型氧化三个方面进行探索构建一系列具有潜在生物活性的亚胺和含氮杂环化合物。在此基础上，利用在线红外及核磁等手段对廉价金属催化异腈参与的氧化偶联反应的机理进行初步探索。力图在反应条件温和的简单体系中实现目标产物的高效转化。

过渡金属催化的氧化偶联反应作为原子经济性合成反应中一种高效手段，在现代有机合成中有广泛的应用。在此基础上发展的氧化异腈插入也是合成含氮化合物最有效的方法之一。然而有关该领域的研究其最主要的催化剂均为钯、铑等贵金属。因而，发展镍、钴、铜等廉价金属催化异腈参与的氧化偶联反应具有重大的理论和现实意义。本项目在成功开发了镍盐和钴盐催化下的8-氨基喹啉取代的苯甲酰胺与叔丁基异腈分子内C-H/X-H氧化偶联反应来构建亚胺异吲哚酮的新方法的基础上，又进一步发展了：.（1）无金属催化8-氨基喹啉环N邻位的酰胺化反应的新方法。同位素标记实验表明异腈充当酰胺源。.（2）廉价金属镍盐催化异腈参与的Csp3-H/X-H氧化偶联反应构建亚胺环戊酰胺类化合物的新方法。并利用EPR、XANES、ESI-MS、KIE多种实验手段探究反应机理。这是为数不多验证三价镍中间体的工作之一。.（3）金属镍盐及无金属催化条件下的8-氨基喹啉环上的氧化C-H键卤化反应。机理研究表明涉及到单电子转移等自由基机理。.（4）过渡金属催化下邻炔基芳基异硫氰酸酯参与的串联环化反应合成苯并噻嗪类衍生物的新方法。该方法具有反应条件温和，操作简单、底物范围广等特点。. 本项目发展廉价金属镍、钴、铜等替代传统的贵金属钯、铑催化异腈作为C1连接子插入到两个简单的亲核试剂C-H/X-H之间的氧化偶联反应，突破了传统氧化偶联的单一碳碳成键而转变为一步多键的形成，创建了一种高效、绿色合成亚胺及含氮杂环化合物的新方法。利用异腈可以在常压下参与反应，反应位点多样化等优点替代传统的CO作为C1源，合成一系列结构新颖的亚胺化合物，该目标产物还可进一步水解得到相应的羰基化合物，进一步丰富氧化羰基化的反应。本项目开发合成的几种含氮小分子骨架化合物的新方法，为一些重要有机化合物的立体选择合成提供方便的新方法，极大地丰富有机合成方法学的范畴。本项目合成制备的几种含氮小分子骨架化合物，可能具有潜在的重要的生物活性，为药物的先导化合物合成提供可能的来源。