过渡金属催化苄基氯及其衍生物芳环C–H键的烷基化反应研究

Alkylation of aromatic C-H bond is an important method for the preparation of aromatic derivatives. The control of organic reaction selectivity is one of important strategies to achieve efficient organic synthesis with high atom economy. In this project, the reaction pathway of the transition-metal-catalyzed nucleophilic substitution reactions between benzyl chlorides and carbanions will be controled by choosing different substrates, ligands, and reaction conditions to produce alkylated aromatics. The regioselectivity and enantioselectivity of the nucleophilic substitution reaction of benzyl chlorides with nucleophiles will be controled by introducing chiral ligands. By the implementation of this project, simple and new methods will be provided for synthesis of alkylated aromatics. The reaction mechanism will be researched by experimental studies and theoretical calculations of quantum chemistry to further explore the reaction pattern of π-allyl transition-metal intermediates related to aromatic rings.

芳环C–H键的烷基化，是一类重要的制备芳香衍生物的方法；调控有机反应的选择性，是实现高效、原子经济性有机合成的重要策略之一。本项目拟通过反应底物、配体和反应条件等的控制，调控过渡金属催化的苄基氯及其衍生物与碳负离子的亲核取代反应选择性，使其选择性地发生在苄基氯及其衍生物的芳环上，从而确立新的芳烃烷基化方法。通过手性配体的引入，对苄基氯及其衍生物与碳负离子的亲核取代反应区域选择性和对映选择性，同时实现控制。通过本项目的实施，为芳烃烷基化提供简便新方法；通过实验和量子化学理论计算，研究反应机理，进一步揭示涉及芳环的π-烯丙基过渡金属中间体的反应规律。

以π-苄基钯为活性中间体，并利用配体调控苯乙腈亲核取代反应的区域选择性，确立了二芳酮化合物的新合成方法。使用大体积配体时，得到4-位酰基化的产物，而使用小体积配体时，得到2-位酰基化产物。该反应对甲基、叔丁基、甲氧基、芳基、卤素（氟、氯和溴）等官能团具有很好的兼容性。含有供电子基的苯乙腈对反应有利，反应产物二芳酮的收率在28%–86%之间。反应条件温和、通过配体可以调控反应的区域选择性是该方法最重要的特点。反应机理的研究表明该酰基化反应经历了亲核取代/脱芳构化–分子内氢迁移–氧气氧化的历程。.开发了一种新颖的钯催化酮的α-芳基化反应。在钯催化剂的存在下，氯甲基萘及其衍生物与含α-氢酮的亲核取代反应，选择性地发生在芳环的对位，生成α-芳基酮，最高收率达到83%。通过成功分离反应中间体，推测这种钯催化酮的新型α-芳基化反应，经历了π-苄基钯中间体的亲核取代–脱芳构化反应、1,5-氢迁移的芳构化反应。研究结果表明，脂肪酮和芳香酮均适用于该类型反应；芳香酮的芳环上连有供电子基时，有利于目标反应的进行。.研究了铜、银、布朗斯特酸协同催化下，芳基烯烃的直接碳-羟基化反应。在优化的反应条件下能够顺利进行，生成50%‒88%收率的碳-羟基化反应产物。Cl、Br、乙酰基和ClCH2等易于转换的官能团，能够完整保留在产物分子结构中。这是第一例铜、银、布朗斯特酸协同催化下，烯烃的直接区域选择性碳-羟基化反应。本项目还研究了铜、银、布朗斯特酸协同催化的芳基烯烃、烯丙醇和腈的三组分反应。结果表明，各种烯丙醇与芳基烯烃均可应用于该类新型三组分反应，可获得56%‒88%收率的碳-氨基化反应产物．这是第一例应用简单易得的烯丙醇和腈对烯烃进行的碳-氨基化反应。