通过催化脱氢偶联实现芳香杂环直接烷基化的方法学研究

Nowadays, the catalytic dehydrogenative cross-coupling for the direct alkylation of heteroarenes with high atom economy has emerged as an attractive and challenging aera due to the fact that this methodology has great theoretical and potential practical significance. Though delectable achievements have been made in this field in recent years, there are some limitations still remained needing further studies. Base on our previous experience and the literatures from home and aboard, we designed a series of catalytic dehydrogenative cross-couplings between sp2 C-H bonds of aromatic heterocycles and various sp3 C-H bonds. The efficient catalysts and clean oxidants will be utilized to improve the efficiency and practicallity of the transformation. Meanwhile, the regio- and stereoselectivity of the catalytic dehydrogenative cross-coupling intend to be explored to provide an acess to potential biology active and useful heterocycle molecules. This project not only develope this methodology for the alkylation of heteroarenes in theory but also expect to improving their value in practice to contribute to the sustainable chemisty industry.

通过催化脱氢偶联的方式实现芳香杂环直接烷基化，符合原子经济性的要求，具有重要的理论意义以及潜在的应用前景，是当今最富有竞争力和挑战性的研究领域之一。近年来，芳香杂环与sp3 C-H 键的催化脱氢偶联的研究已有可喜的进展，但仍存在一定的局限性，有待深入研究。本项目拟在国内外同行工作的基础上，结合项目小组的研究基础，设计一系列过渡金属催化的芳香杂环化合物 sp2 C-H 键与不同位置 sp3 C-H 键的脱氢偶联反应。本项目将寻找、设计高效的金属催化剂、利用绿色清洁的氧化剂，发展高效、实用的芳香杂环烷基化的方法学。同时探索区域选择性和立体选择性的反应，构建具有潜在生理活性或应用价值的杂环分子。期望本项目不但可以从理论上丰富、发展芳香杂环烷基化的方法学，而且期待其具有实际应用价值，为化学工业的可持续发展做贡献。

本项目首先研究了芳香杂环与碳-氢键的氧化偶联反应，在经过系统地探索后采取了将其中一种反应物转化为被氧化的中间体从而实现串联反应的方式完成项目。于是本项目先后发展了五种对芳香杂环或者富电子芳环官能团化的方法学。首先实现了在氯化铜催化下，以叔丁醇锂/1,10啡罗啉为碱对1,3-唑类杂环进行碘化的方法，反应的底物适用性良好。随后利用NBS为溴化试剂，通过5-位，7-位取代基的调整实现了黄酮类化合物的选择性溴化。第三个工作是利用磺酰肼作为硫醚化试剂，在碘的催化下构建4位硫醚化吡唑酮，对甲苯磺酸对反应起了至关重要的作用。在水相中也实现该转化，同时通过串联反应发展了合成磺酰化吡唑酮的方法。第四个工作是利用磺酰肼为硫醚化试剂，发展了碘催化的简洁、高效的方法构建硫醚化的苯并呋喃，既可以对苯并呋喃直接进行硫醚化，也可以通过亲电环化的方法构建。第五个工作是发展了富电子芳环的硫醚化反应，苯甲醚衍生物，苯酚衍生物，萘及其衍生物都可以通过这个方法进行硫醚化。这些方法学的发展一方面为实现相应化合物脱氢偶联奠定良好的基础，另一方面也是对相应芳香环系的官能团化方法的有效补充。