基于C–H键直接高效高选择性转化构筑有机光电功能分子的化学基础

The design and synthesis of conjugated organic molecules are one of the most important research contents of organic chemistry, have vast significance for the research of molecular materials and devices, and are a souce of foundation and innovation. Based on the accumulation of our previous research, this proposal will in depth investigate the selective C–H bond activation at different positions of important (hetero)aromatic and fused ring skeletons, and establish the theoretical basis of programmed C–H bond activation. Centering around the construction and post-modification of (hetero) aromatic and polycyclic skeletons with important functions, the propject aims to offer a solid chemical basis for the efficient construction of organic photoelectric functional molecules through the development of highly efficient and selective transformations of C–H bonds. On the basis of these studies, we will realize the forge of a large number of synthetically challenging extended π conjugated structures, especially those novel frameworks whose retrosynthetic disconnections are not possible without the employment of C–H activation tactics. Furthermore, we will explore their applications in organic photoelectric materials such as organic photovoltaic, electroluminescence, field effect transistor, biosensing and piezochromism, and strive to create "STAR" conjugate molecules. The realization of this project will show infinite charm of C–H bond activation, promote the process of the construction of organic photoelectric functional molecules based on C–H bond activation tactics, and finally boost the development of the organic optoelectronic materials.

有机共轭分子的设计合成是有机化学的重要研究内容之一，对分子材料和器件的研究具有重要意义，是该领域的基础和创新源泉。基于我们的研究积累，本项目拟深入研究重要的（杂）芳环和稠环骨架的不同位置C–H键的选择性活化，建立C–H键的程序式活化理论基础；围绕具有重要功能的（杂）芳环和稠环骨架的构建和后修饰，发展基于C–H键活化的直接高效高选择性转化途径，为有机光电功能分子的高效构建提供坚实的化学基础。在此基础上，实现若干具有合成挑战性的拓展π共轭结构的构建，特别是不借助C–H键活化策略难以进行逆合成切断的新型共轭骨架的合成，开发它们在有机光伏、电致发光、场效应晶体管、生物传感、压致变色等有机光电材料领域的应用，力争创制“明星”功能分子，展现出C–H键活化的魅力，从而推动利用C–H键活化策略构筑有机光电功能分子的进程，促进有机光电材料领域的发展。

有机共轭分子的设计合成是有机化学的重要研究内容，是分子材料和器件研究领域的基础和创新源泉。本课题主要致力于发展基于C–H键直接高效、高选择性转化反应构筑共轭分子的新方法，为有机光电功能分子的高效构建提供化学基础。同时，基于新反应、新策略，发展新型共轭结构，力争创制具有优异光电功能性质的分子，开发它们在有机光电材料领域的应用。项目执行期间，本课题重点发展了一系列的高效、高选择性的过渡金属催化的（杂）芳环之间的C–H/C–H交叉氧化偶联反应以及基于（杂）芳环C–H键活化的成环反应，包括：(1) 首次提出了“利用杂环电子特性差异”实现（杂）芳环之间的C–H/C–H交叉氧化偶联的策略（即电子差异原则），成功抑制了底物的自偶联反应，高区域和化学选择性地得到两个（杂）芳环的交叉偶联产物。(2) 利用“螯合导向策略”，发展了一系列的（杂）芳环之间的氧化交叉偶联反应。并进一步提出了“双螯合导向策略”，同时实现了反应中两个芳烃偶联底物的区域和化学选择性控制，为具有非对称结构的2,2’-双官能化的联芳烃化合物的高效构筑提供了新方法。(3) 发展了“螯合导向作用构筑稠杂环策略”，大大缩短了稠杂环的合成路线，为有机光电材料分子的快速筛选提供新的途径。(4) 利用（杂）芳环C–H键与炔烃的环化反应，构筑了一系列具有更大共轭体系的多环稠合骨架，并成功用于具有优良光物理特性的新型杂芳环荧光骨架库的构建。与此同时，(5) 利用这些高效高选择性转化反应构筑了有机光电功能材料结构单元库，获得了若干具有自主知识产权和优异光电性能的光电转化材料及器件。这些发展的新策略与新方法，为新型有机光电功能分子的设计合成提供了重要的化学基础，受到了国内外同行的广泛关注, 并形成了具有特色和优势的重要研究方向。共发表学术论文165篇，其中Chem. Rev.、Energy Environ. Sci.、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 和Adv. Funct. Mater.等具有重要影响力的学术期刊论文56篇；参与编写英文专著1部，申请中国发明专利13项，授权9项。