基于不饱和烃为金属有机替代试剂在铜催化的碳碳键偶联反应中的研究

Organometallic reagents have found wide applications in natural products synthesis, pharmaceutical industry, polymer and material sciences, etc, owing to their rich reaction types and high effectiveness in bond constructions. However, several drawbacks of tranditional organometallic reagents, such as the requirement for multi-step preparation, poor functional group compatibility and difficulty in storage, limited their further applications. Thus, development of novel organometallic reagents or its equivalents has attracted much attention. This proposal aims to realize the cross-coupling reactions employing in-situ formed alkyl- or vinyl copper intermediates, which were used instead of pre-prepared.organometallic reagents and derived from the highly efficient hydrocupration reaction of unsaturated hydrocarbons (such as: alkenes, alkynes, allenes, cyclopropenes and methylenecyclopropanes), to react with various sp, sp2 and sp3-hybridized electrophiles ( such as: alkyl halides, alkyl ester, vinyl/aryl halides and alpha,beta-unsaturated compounds, as well as CO2). This strategy provides a novel methodology for the high chemo-, regio- and enantioselective formation C(sp2)–C(sp2)、C(sp2)–C(sp3) and C(sp3)–C(sp3) bonds and will lay the foundation for the development of a general method with unsaturated hydrocarbons as classical pre-prepared organometallic reagents surrogates with high atom- and step-economy and good functional group tolerance.

金属有机试剂反应类型丰富、成键方式高效，在天然产物、药物、高分子及材料等重要化合物的合成中应用广泛。然而，传统金属有机试剂存在制备步骤繁琐、官能团兼容性差及不易储存等问题，在一定程度上限制其广泛应用。因此，发展新型的金属有机试剂及其替代试剂备受关注。本项目拟利用不饱和烃（例如:烯烃、炔烃、联烯、环丙烯及亚甲基环丙烷等）的高效氢铜化反应，现场生成烷基或烯基铜中间体的策略替代预先制备的金属有机试剂，实现与各种杂化的碳亲电体（例如：烷基酯/卤化物、烯基/芳基卤化物、alpha,beta-不饱和化合物以及CO2等）的交叉偶联反应，从而发展具有高度化学、区域以及对映选择性的sp2–sp2、sp2–sp3、sp3–sp3碳碳键构建的新方法。为最终将不饱和烃发展成为传统预先制备的金属有机试剂的高效等效体或替代试剂，并具有高度步骤经济性和优良官能团兼容性的普适性方法奠定基础。

金属有机试剂是有机化学中最为重要的试剂之一，基于金属有机试剂的转化已发展为有机合成反应的里程碑。然而，传统金属有机试剂存在制备步骤繁琐、官能团兼容性差及不易储存等问题，在一定程度上限制其广泛应用。我们利用CuH催化剂与不饱和烃现场生成的催化量的金属有机试剂替代传统反应中需化学计量的金属有机试剂的策略，实现了系列转化：利用炔烃替代烯基金属试剂并实现与烯丙基亲电体间SN2’烯丙基化反应，通过配体调控实现了SN2型的反应，合成了系列手性1,4-二烯类化合物；利用联烯类化合物替代烯丙基金属试剂并实现其与烯丙基亲电体间SN2’烯丙基化反应，合成了系列手性1,5-二烯类化合物；利用烯烃替代烷基金属试剂，实现与多氟芳烃的脱氟氢芳化反应；实现了1,3-二烯替代烯丙基金属试剂与酮的不对称加成反应，合成了系列含季碳中心的烯丙基醇类化合物；利用配体调控，发展了一种普适性的弱Michael体系的极性翻转的氢胺化反应。另外，我们还通过向体系中引入Bpin基团，合成了系列含硼手性化合物：实现了1,1-二芳基乙烯的不对称氢硼化反应；烯基硅烷的去对称化的氢硼化反应，合成了系列手性硅化合物。以上工作为把不饱和烃发展为金属有机替代试剂的方法学奠定了基础。