过渡金属催化碳氢键活化/去芳构化的协同反应策略研究

This project will mainly focus on the simultaneous activation of C-H bond and disruption of aromatic system in some aromatic derivatives. We plan to utilize transition-metal-catalysis as a key tool to improve the reaction efficiency and selectivities, and establish a series of unprecedented synthetic methods based on the C-H activation/dearomatization strategy. The project generally includes two aspects: a) studies on [Ru(II), Rh(III), or Pd(II)]-catalyzed cooperative C-H activation/dearomatization spirocyclizations under oxidative reaction conditions; 2) studies on Pd(0)-catalyzed cooperative C-H activation/dearomatization spirocyclizations under non-oxidative reaction conditions. The project will be carried out by optimizing the substrate, catalyst, additive, and other parameters to promote the desired spirocyclizations under oxidative or non-oxidative reaction conditions. Subsequently, we will try to explore the reaction mechanism, summarize the general principle, and establish a theoretical model. Finally, we anticipate that our work might provide some valuable experimental data for the development of C-H activation/dearomatization reaction strategy, enrich the research of transition-metal-catalysis, and stimulate the future progress for the field of organic synthesis.

本项目主要针对芳香化物，瞄准同时活化惰性碳氢键并打破稳定芳环芳香性的科学问题，拟采用过渡金属催化为核心手段，兼顾反应效率的提高与选择性的控制，发展一批基于碳氢键活化/去芳构化协同反应策略的有机合成新方法，实现一些传统方法很难促成的化学转换。该研究计划主要包括两方面：一）在氧化条件下的高价态金属【钌(II)，铑(III)，钯(II)】催化的碳氢键活化/去芳构化的螺环化反应探索研究；二）在非氧化件下的钯(0)催化的碳氢键活化/去芳构化的螺环化反应探索研究。在项目的实施过程中，我们将通过对底物、催化剂、添加剂、及其它反应影响因素的系统调控，力争在氧化与非氧化条件都能实现所期望的螺环化转化，探究其反应机理，总结普适性规律，建立理论模型，为碳氢键活化/去芳构化的协同反应策略在有机合成中的实际应用提供可靠的实验依据，丰富过渡金属催化化学的研究内容，并为有机合成方法学的发展注入新鲜血液。

2013年，我们小组报道了首例过渡金属催化的碳氢键活化/去芳构化的协同反应（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17306）。【《过渡金属催化碳氢键活化/去芳构化的协同反应策略研究》（21672169）】的国家自然科学基金委面上项目，其主要任务是运用这一全新的反应策略，开发一系列有机合成新方法。该项目的研究成果概括如下：1）发展了碳氢键活化/芳环去芳构化的三组分[2+2+1]螺环化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 2767）；2）建立了碳氢键亲电胺化/芳环去芳构化的多米诺反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14257）；3）构建了间位碳氢键烷基化/去芳构化的螺环化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5151）；4）开发了C(sp3)-H碳氢键活化/芳环去芳构化的双组分[4+1]螺环化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1474）；5）实现了远位碳氢键活化/芳环去芳构化的双组分[2+2+1]螺环化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 653）。截止目前，项目主持人作为通讯作者，已将部分成果以研究论文的形式公开发表于下列化学类权威期刊，包括Angew. Chem. Int. Ed. (5篇)，ACS Catal.(1篇)，Org. Lett. (4篇)，Org. Chem. Front. (1篇)。总之，围绕计划发展的化学反应，我们对底物，催化剂，添加剂，及其它影响因素进行了系统调控，在氧化与非氧化条件都实现了所期望的螺环化反应。同时探究了催化作用机理，总结了普适性规律，最终克服了该研究领域此前所存在的反应类型单一，底物范围受限，选择性差等问题，为碳氢键活化/去芳构化的协同反应策略在有机合成中的实际应用提供了可靠的实验依据。