磷自由基启动的不饱和键的选择性双官能团化反应研究

This project is composed of four parts: 1. Explore the difunctionalization of the terminal alkene initiated by phosphorus-centered radical, including phosphonohalogenation, phosphonoxidation, phosphonotrifluorination, phosphonoformylation, phosphonoazidation, phosphononitration and phosphonocyanation. Furthermore, investigate the regioselectivity of these reactions and develop new synthetic methods for synthesis of different kinds of difunctional compounds; 2. Explore the difunctionalization of the internal alkene initiated by phosphorus-centered radical, then, investigate the chemo-, regio-selectivities of these reactions, and study the steric and electronic effects of substituents in alkene on the difunctionalization; 3. Explore the difunctionalization of the terminal alkyne initiated by phosphorus-centered radical. In addition, investigate the regioselectivity of these reactions and develop new approches for synthesis of phosphonohalogenated alkene, phosphonoxygenated alkene, phosphonotrifluorinated alkene, phosphonoformylated alkene, phosphonoazidated alkene, phosphononitrified alkene and phosphonocyanated alkene; 4. Explore the difunctionalization of the internal alkyne initiated by phosphorus-centered radical. Furthermore, investigate the chemo-, regio- and stereo-selectivities of these reactions, and probe the steric and electronic effects of substituents in alkyne on the difunctionalization, develop new ways for synthesis of different kinds of substituted phosphonylated alkenes.

本项目研究内容包括：（1）探索膦自由基启动的末端烯烃双官能团化反应，包括卤代、氧代、三氟甲基、甲酰基、叠氮、硝基和氰基膦酸酯（膦酰）化等反应。探索这类反应的区域选择性，开发合成各类含双官能团产物的新合成方法；（2）探索膦自由基启动的非末端烯烃双官能团化反应，探索这类反应的化学选择性和区域选择性，探索取代基的立体效应和电子效应对双官能团化反应的影响；（3）探索膦自由基启动的末端炔烃双（多）官能团化反应，探索这类反应的区域选择性，开发各类烯基双官能团化产物的新合成方法，包括卤代、氧代、三氟甲基、甲酰基、叠氮、硝基和氰基烯基膦酸酯（膦酰化产物）的合成；（4）探索膦自由基启动的非末端炔烃双（多）官能团化反应，探索这类反应的化学选择性、区域选择性和立体选择性，探索取代基的立体效应和电子效应对双官能团化和多官能团化反应的影响，开发合成各类取代烯基膦酸酯（膦酰化产物）的新合成方法。

自由基形成方法多样、活性高但可控；自由基反应温和、高效、选择性丰富多样。因此，自由基合成方法学在学术研究和工业生产中的应用越来越广。本项目系统研究了磷自由基启动的烯烃、炔烃的双官能团化反应。此外，研究了硫自由基启动的烯烃、炔烃的双官能团化反应、杂芳烃Csp2-H键的直接官能团化反应、自由基交叉偶联反应及亚硝基自由基启动的C-N成键反应等。通过本项目的研究开发了一系列高效的合成新方法，合成了大量各种类型的重要化合物。本项目研究成果包括: 1、研究了磷自由基启动的末端烯烃的双官能团化反应，包括膦酰化-肟化、膦酰化-硫氰化、膦酰化-氰化、膦酰化-胺化、膦酰化-氧化、膦酰化-羟基化、膦酰化-氧乙酰化等，成功开发了各类膦酰基烷基双官能团化产物的新合成方法；此外，还进行了硫自由基启动的末端烯烃的双官能团化反应，包括硫化-羟基化、硫氰化-羰基化等。2、研究了磷自由基启动的非末端烯烃的官能团化反应，包括肉桂酸衍生物的脱羧膦酰化-羰基化、烯酰胺的膦酰化、硝基烯的膦酰化等官能团化反应，合成了一系列含有膦酰基的产物。3、研究了磷自由基启动的末端炔烃的双官能团化反应，包括膦酰化-硫氰化、膦酰化-氯化、膦酰化-环化、三氟甲基化-膦酰化等，成功开发了各类膦酰基烯基双官能团化产物的新合成方法；此外，还进行了硫自由基启动的末端炔烃的硫化-醛基化及末端炔烃的双吲哚化反应。4、研究了磷自由基启动的非末端炔烃的膦酰化-环化反应，开发了二氢（杂）萘衍生物的新合成方法。5、研究了杂芳烃Csp2-H键的直接官能团化反应，开发了膦酰化吲哚、5-甲基嘧啶酮、3-甲基吡啶酮、3-酯基吲哚和5-酯基嘧啶酮衍生物的新合成方法。6、研究了自由基的交叉偶联反应，包括1,3-二羰基化合物与亚磷酸三烷基酯、有机过氧化物、甲酰胺、卤化钠等之间的交叉偶联反应；还研究了苄醇与二芳基氧膦、醛腙与二芳基氧膦、酰肼与胺、烷氧基酰肼与胺、芳基磺酰肼与硫酚/硫醇等之间的交叉偶联反应，开发了各种类型化合物的新合成方法。7、研究了亚硝基自由基启动的C-N成键反应，开发了硝基吲哚、亚硝基吲哚、色酮肟和茚酮肟的简洁高效合成新方法。本项目的成果对于有机化学理论、有机合成新方法的发展具有重要的意义。本项目中开发的各种新方法可用于药物、阻燃材料、光电材料、配体、过氧化物、萃取剂、精细化学品等的科学研究和工业生产中。