自由胺基导向的有机脂肪胺C(sp3)-H键羰基化等反应

Owing to the importance of amines in organic synthesis and the general applications of C-H activation, the development for the synthesis and derivatization of amines through C-H activation is of great significance. However, there still have some limitations in this field, such as: 1) Various protecting groups should be needed among most reactions; 2) In case of using NH2 as directing group, there are few reports about C(sp3)-H activation, most of which are about C(sp2)-H activation. Considering the importance of transition-metal catalyzed C-H carbonylation involving CO, this project set out to study carbonylation and other functionalizations (such as arylation, alkenylation, halogenate and so on) of C(sp3)-H bond in primary aliphatic amines by using NH2 as directing group. This project would improve the potential applications of C-H activation by expanding the feasibility of C-H functionalization from C(sp2)-H to C(sp3)-H without the attachment of anauxiliary to amines additional.

鉴于有机胺在有机合成中的重要性以及碳氢活化的普遍性，通过碳氢活化的途径实现有机胺的合成及衍生化具有重要的意义。然而，目前该领域还存在很多局限性，比如：1）大部分反应都需要使用保护的氨基作为导向基团；2）若使用非保护的胺基（NH2）作为导向基团，大部分的报道是关于C(sp2)-H键活化，鲜有C(sp3)-H键官能团化的报道。考虑到一氧化碳参与的过渡金属催化的C-H键羰基化反应的重要性，本方案拟通过使用非保护的自由胺基（NH2）作为导向基团，通过碳氢活化的途径实现一级脂肪胺C(sp3)-H键的插羰基环化反应和其他官能团化反应（例如芳基化、烯基化和卤化等）。该方案的成功实施将省去胺基的上保护和脱保护步骤，并将该类反应由C(sp2)-H键活化扩展到C(sp3)-H键活化，从而能够节省合成步骤，极大的提高了C-H键活化反应的应用潜力。

有机胺在有机合成和医药应用中具有重要的意义。本方案通过碳氢活化的途径实现有机胺的合成及衍生化，我们使用非保护的自由胺基（NH2）作为导向基团，通过碳氢活化的途径实现一级脂肪胺sp2C–H键和的插羰基环化、芳基化和烯基化反应以及sp3C–H键的芳基化反应：.（1）使用氨基为导向基团，以铑作为催化剂，实现sp2C–H键二氧化碳插入的羰基化反应，合成一系列内酰胺化合物。该工作发表于Organic Letters 2019, 21, 3663。 .（2）使用氨基为导向基团，以钯为催化剂，以碘代芳基为芳基化试剂，实现sp2C–H键的芳基化反应，该工作发表于Organic Letters 2019, 21, 4224。.（3）在以上基础上，实现sp3C–H键的芳基化反应，并应用于药物分子Dobutamine的高效合成上。这部分的工作以预印版的形式发表于chemrxiv（DOI: 10.26434/chemrxiv.11301017.v1）.（4）最后，我们使用氨基为导向基团，以钯为催化剂，实现sp2C–H的烯基化反应。该工作发表于Journal of Organic Chemistry 2019, 84, 13003。 . 同时，我们在以上的研究基础上，还研究光催化二氧化碳参与的羧基化反应以及磷自由基参与的反应，进而得到一系列新型的自由基反应，相关工作陆续发表在CCS Chemistry， Journal of the American Chemical Society, Organic Letters和Chinese Chemical Letters等杂志上。