基于氮中心自由基胺化反应研究

Amines are ubiquitous in both naturally occurring and man-made compounds which demonstrate high levels of biological activity. The construction of C-N bond directly from C-H bond especially from both C-H bond and N-H bond, which offer potentially highly atom economical synthesis of amines with minimal environmental impact, is an ongoing challenge for the synthetic chemists. Based on our previous works of C-H bond amination reactions, this project will investigate the conditions for stabilizing nitrogen-centered radicals, realize the efficient formation of nitrogen-centered radical and metal-stabilized nitrogen-centered radical starting from N-H bonds under mild conditions via the choice of nitrogen sources and catalytic system, then realize the direct amination of aromatic C-H bonds, benzylic C-H bonds, C-H bonds of carbonyl carbon in aldehydes, and C-H bonds in a-position of ketones. Based on understanding the reaction mechanism through the reaction kinetics, stoichiometric reaction and the theoretical calculation, realize the aminative difunctiionalization of alkenes. Lay the foundation for developing a general method for the construction of C-N bonds based on amino radical ultimately.

胺类化合物在具有生物活性的天然产物及人工合成的化合物中随处可见，发展符合原子经济性和绿色化学要求的直接从C-H键构建C-N键的方法，特别是从C-H键和N-H键出发直接构建C-N键是符合当代有机化学发展方向、极富挑战性的研究课题。本项目将以深入理解课题组前期开发的不同类型底物胺化基本反应类型为切入点，充分考虑各种影响氮中心自由基稳定性因素，通过氮源以及催化体系的筛选，实现温和条件下源自N-H键的氮中心自由基及金属稳定的氮中心自由基的高效生成，继而发展芳烃及杂芳烃芳环C-H及苄位C-H、醛羰基C-H以及酮а位C-H与N-H键的直接胺化反应, 通过反应动力学、计量反应、以及理论计算等方法理解反应机制，进一步实现含N-H键氮源与烯烃的胺化双官能化反应，为最终发展基于氮中心自由基的普适性胺化反应奠定基础。

含氮有机化合物广泛地存在于天然产物以及人工合成的化合物中，与人类日常生活密切相关。因此，高效、高选择性地构建C-N键一直是有机合成化学中非常重要的研究领域。相对于应用非常广泛的亲核和亲电胺化反应，自由基胺化反应还远未被开发，因为在这类反应中，高活性的氮自由基物种多是在常见的自由基引发剂作用下产生，反应的选择性差，难以避免的氢原子攫取，歧化等副反应大大限制了基于氮中心自由基构建C-N键方法的广泛应用。基于本项目资助,我们在C-N键新方法的不断探索中,取得了具有原创性的系列研究成果，提出“温和条件下产生金属配位氮自由基”策略，发展了不饱和键的胺氟化、胺氧化以及氧化胺化反应；炔烃的胺芳化及胺化多官能团化反应,芳烃C-H及酮alpha位C-H与N-H键的自由基胺化反应。此外，本项目还进行了基于环丙烯胺化反应的初步研究工作。同时，我们对发展C-N键新方法这个非常有前景的研究领域进行了综述。基于本项目的资助，共发表标注本项目资助号的SCI检索论文21篇，其中包括Chem. Soc. Rev. （1 篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Nat. Commun.（1 篇）、Angew. Chem.（3篇）。