过渡金属催化的烯烃C-H键活化和官能化反应的研究及在天然产物合成中的应用

Transition-metal catalyzed unreactive C-H bond activation and functionalization has become one of the most important tools in modern organic synthesis. Based on our previous research results on the study of oxidative cross-coupling raection and direct functionalization of alkenyl C-H bond, this project will include the following work: detecting its detailed mechanism of the direct oxidative cross-coupling reaction between olefins; developing new efficient catalytic systems applying for the oxidative cross-coupling between olefins, enlarging the scope of the olefin substrates, developing new type reactions of the alkenyl C-H bond direct functionalization. In addition, we will study the transition-metal catalyzed intramolecular tandem C(sp2)-H/C(sp3)-H bond activation for achieving the new C(sp2)-C(sp3) bond formation. The developed new methods for the oxidative cross-coupling between unreactive olefins will be applied to the synthesis of important fragments of some natural products.We believe that the research of the current project will benefit the study of the direct alkenyl C-H bond functionalization and provide a new and efficient pathway.

过渡金属催化的不活泼的C-H键的活化及官能化反应是现代有机合成方法中的重要手段之一。在本项目中我们将在前期对烯烃C-H键氧化偶联反应以及官能团化反应研究的基础上进一步开展如下几方面的研究工作：探究烯烃间氧化偶联反应的详细反应机理；开发新的催化体系来提高烯烃间氧化交叉偶联反应的效率；拓展烯烃反应底物的适应范围；解决偶联反应产物的区域选择性问题；开发过渡金属催化的烯烃C-H键直接官能化新类型的反应。另外，在对过渡金属催化的烯烃C-H键活化研究的基础上，进而研究分子内烯烃C(sp2)-H/C(sp3)-H键串联活化后的偶联反应，实现分子内C(sp2)-C(sp3)键的形成。最后，将把以上开发的新方法应用于天然产物分子的重要片断的合成中。以上研究工作将为烯烃C-H键直接官能化反应的研究提供新的、有效的方法。

功能化烯烃分子是工业大宗化工产品的基础原料之一，并且也是有机合成反应中一类非常重要的合成中间体。因此，发展简洁、高效、绿色的合成方法用于制备多取代功能烯烃产物是有机合成研究领域的热点方向之一。为了合成此类产物，传统方法需要对反应底物进行预官能团化反应，比如首先制备卤代烯烃或者乙烯基金属试剂等。但这些方法，无论从原子经济性角度还是环境保护方面都有一定的制约性，因此发展更为直接、简单的合成方法就尤为重要。基于此研究背景，我们在本课题中采用过渡金属比如铑、钯、或者钌等作为催化剂直接活化烯烃碳氢键，顺式生成的乙烯基金属试剂再与其它的试剂比如丙烯酸酯、有机硼酸、芳香烃、炔烃等发生偶联反应，从而合成新官能化的烯烃产物。这一合成策略避免了传统合成方法预官能团化反应步骤，可以大大提高合成效率。.我们先后完成了烯烃氧化炔基化反应、酯基化反应、分子内芳基化等反应；并实现了分子间缺电子烯烃的氧化交叉偶联反应；以及弱配位基团导向的立体选择性烯烃间氧化偶联交叉反应；同时还完成了首例分子内烯烃氧化交叉偶联反应。以上研究陆续发表在JACS、ACIE、OL、CC等国际前沿水平专业杂志上。这些研究为烯烃官能团化反应提供了新的合成工具，同时为过渡金属催化碳氢键氧化偶联反应提供了新的研究方向和研究思路。