烯烃间交叉偶联合成1,3-丁二烯的研究

1,3-butadiene represents an important structural motif in organic chemistry, thus developing practical and efficient method toward the butadiene synthesis is highly desired. So far, prefunctionalized substrates such as halogenated alkenes or/and organometallics are required in most of the synthetic methods, with the production of many by-products. In consideration of green chemistry and synthetic efficiency, direct cross-coupling of simple alkenes not only shorten the reaction steps, but also obviate the production of quantities of waste from the source.. Till now, most of the reports are on Pd-catalyzed direct cross-coupling between terminal alkenes, and several examples are about vinylic neighbouring functional group directed cross-coupling of alkenes. In consideration of the shortages of the reported methods, three projects are proposed to expand and enrich the content of direct cross-coupling of alkenes: 1) for neighbouring functional group directed cross-coupling of alkenes, new functional groups will be explored which exhibit both good directing properties and chemical transformations; 2) developing remote functional group directed cross-coupling of alkenes, which will expand the substrate scope greatly; 3) developing small organic molecule-catalyzed cross-coupling reaction of alkenes to meet the requirement of metal-free conditions.

1,3-丁二烯衍生物是一类非常重要的有机化合物，因此发展高效实用的合成方法显得尤为重要。目前，合成1,3-丁二烯的主要方法都用到了卤代底物和金属有机试剂，因此存在副产物多和底物需要预先活化的问题。基于绿色化学以及合成效率的考虑，通过简单烯烃间的直接偶联构造1,3-丁二烯的方法不仅缩短了反应步骤，而且能从源头上杜绝大量废物的产生。. 迄今为止，关于钯催化下末端烯烃的直接偶联的报导最多，其次还有若干烯烃邻位官能团导向下的烯烃偶联。为进一步拓展和丰富烯烃偶联的方法学内容，申请者提出如下三方面的工作计划：1） 进一步发展烯烃邻位官能团导向下的偶联反应，官能团需满足导向性和化学转化性俱佳的要求；2）发展烯烃远程官能团导向下的偶联反应，这将大大拓宽底物的范围；3）面向无金属催化的要求，发展有机小分子催化的烯烃偶联反应，这将解决有毒有害的重金属污染和过渡金属催化剂的高成本问题。

1,3-丁二烯衍生物是一类非常重要的有机化合物，因此发展高效实用的1,3-丁二烯的合成方法显得尤为重要。基于绿色化学以及合成原子经济性的考虑，通过未活化简单烯烃间直接的氧化偶联来合成共轭二烯的方法当属最佳选择。但是关于烯烃间直接交叉偶联反应的报导并不多，且存在诸多问题：如需要当量氧化剂，催化剂昂贵和底物范围窄等。. 本项目将着眼于解决目前烯烃偶联方法学存在的问题与不足，完善并进一步丰富1,3-丁二烯的合成方法学内容。发展的偶联反应主要包括：1）钌催化下的烯烃的烯基化反应，得到末端为甲基的共轭二烯，烯基化试剂采用廉价的丙烯酸酯，实现了无外加氧化剂的偶联；2）利用氧化型导向基，实现了缺电子烯烃的直接偶联，不需要任何外加的氧化剂；3）实现了Weinreb酰胺导向下的缺电子烯烃间的偶联，大大拓展了共轭二烯的应用范围；4）采用烯烃或者炔烃作为偶联试剂，高效实现了烯基胺甲酸酯的烯基化反应，得到Z,Z和Z,E构型的共轭二烯；5）实现了酰胺导向下的烯烃和炔烃的直接偶联反应，得到Z,Z构型的共轭二烯，不需要任何氧化剂；6）发展了铑催化下烯烃间的级联反应，可实现“一锅法”合成五元环内酯的合成，原料简单易得，合成效率高。. 在青年基金的资助下，我们发表了11篇SCI论文，其中一区论文6篇，申请发明专利1项，培养硕士研究生5名，其中2名已经毕业，还参加了多人次的国内学术会议。