缩醛C-H键氧化活化的交叉偶联反应研究

A cross-dehydrogenative-coupling (CDC) reaction has been established as a highly effective and selective tool in organic synthesis, without the need for prefunctionalization and with reduced environmental pollution. It represents a new direction to develop green synthetic chemistry and provides a new strategy to study current organic synthetic chemistry. Our project aims at systematic exploration of new CDC reactions based on C-H bond activation of acetals. Emphasis will be laid on investigation of the CDC reactions of acyclic or cyclic acetals with a series of nucleophiles respectively using 2,3-dichloro-5,6-dicyano- p-benzoquinone (DDQ), dioxygen(O2)/air， peroxides, and N-bromo(chloro)succinimide (NBS or NCS) as oxidant in the presence of Cu or Fe salts. Based on these results, the CDC reactions of actals will be applied in two transformations, that is, N-alkylation of N-based nucleophiles, and oriented monoprotection/oxidative Claisen-type condensation of 1,3-diketones. Our project will open up new opportunities for acetals in green organic synthesis, enrich theories on acetal chemistry, and as well develop the application of C-H bond activation in new bond construction.

交叉脱氢偶联反应是高效高选择性的有机合成反应，无须对原料进行预官能团化，降低了整个环境污染，代表着绿色合成化学发展的一个新方向，为新一代有机合成化学的研究提供了一种新的思路。本项目旨在对缩醛C-H键氧化活化诱发的系列新的交叉偶联反应进行研究。重点研究以铜盐、铁盐为催化剂，以2,3-二氯-5,6-二氰基对苯醌（DDQ）、氧气（或空气）、过氧化物和N-溴（氯）丁二酰亚胺（NBS或NCS）为氧化剂，非环状缩醛和环状缩醛与各类亲核试剂之间的脱氢偶联行为。在此基础上，进一步探索缩醛脱氢偶联反应的两个应用，包括对N-基亲核试剂的烷基化以及1,3-二酮的羰基定向保护和氧化Claisen缩合制备方法。本项目的成功实施将为缩醛作为分子模块在绿色有机合成领域开辟新的用途，丰富缩醛化学理论，并拓展C-H键活化在构建新化学键方面的应用。

基于C-H键活化策略的交叉脱氢偶联是高效高选择性的有机合成反应，代表着绿色化学发展的一个新方向。本项目首先研究了2,3-二氯-5,6-二氰基对苯醌（DDQ）对缩醛的C-H键活化诱导与羧酸之间偶联形成二羧酸酯；在研究DDQ促进缩醛与甲基酮和活泼亚甲基的偶联时，发现了一个新的反应，即DDQ与这些羰基化合物能形成2,3-二氰基呋喃骨架。通过系统的研究发现：DDQ与酮酯在室温下反应得到2,3-二氰基呋喃甲酸酯；DDQ与氰基酮在室温下反应得到2,3,4-三氰基呋喃杂环，且发现该类化合物具有较强的荧光属性；DDQ与取代甲基酮在1,2-二氯乙烷为溶剂100°C下以中等收率获得2,3-二氰基呋喃杂环，且同样具有较强的荧光属性；最后，将此方法推广到具有类似1,3-二羰基属性的4-羟基香豆素衍生物，在室温下高收率制备得到呋喃[3,2-c]香豆素，且方法能拓展到N-取代-呋喃并喹啉骨架的制备。此外，在探索缩醛与硫化合物的偶联过程中，发现以铜盐为催化剂能有效促进硫代酰胺的相关转化，其中包括硫代酰胺脱硫制备酰胺，二聚制备N-酰基脒及与胺反应制备N，N-二取代脒等。这些研究工作拓展了非金属催化C-H活化的相关内容，发展了缩醛作为酰氧乙基化合成子的方法，建立了快速一步构建多取代呋喃杂环的平台技术。