[(p-Cymene)RuCl2]2催化的C-H键直接官能团化反应及机理研究

Transition metal catalyzed direct C-H bond functionalization reaction is an important way to develop modern organic synthesis methods and a hot research topic in the field of organic synthesis. [(p-Cymene)RuCl2]2 catalyzed direct C-H bond functionalization reactions were less explored and showed good catalytic ability. This project aims to study [(p-Cymene)RuCl2]2 catalyzed direct C-H bond functionalization reactions comprehensively, such as oxidative coupling reactions of C-H bond with alkynes or alkenes, nucleophilic addition reactions of C-H bond to unsaturated organic molecules, and dehydrogenative cross-coupling reactions et al., which will develop new [(p-Cymene)RuCl2]2 catalyzed direct C-H bond functionalization reaction system and discover a few environment-friendly organic synthesis reactions which could be conducted under mild reaction condition using cheap raw material with high reactivity and high selectivity. We will further study the reaction mechanism by isolation and identification of the structures of the reaction intermediates in the stoichiometric reactions of substrates and [(p-Cymene)RuCl2]2.

过渡金属催化的C-H键直接官能团化反应是发展现代有机合成方法的一个重要手段，也是当前有机合成研究的一个热点。关于[(p-Cymene)RuCl2]2催化的C-H键直接官能团化反应的研究还比较少，近两年表现出较好的可研究性，因此具有广阔的研究空间。本项目拟在之前工作的基础上，深入系统地研究[(p-Cymene)RuCl2]2催化的C-H键直接官能团化反应，如催化C-H键与炔烃和烯烃的氧化偶联反应，C-H键与不饱和有机小分子的亲核加成反应，脱氢交叉偶联反应等，发展和发现[(p-Cymene)RuCl2]2催化的C-H键直接官能团化反应的新体系，探索出若干个具有高反应性、高选择性、反应条件温和、原料廉价易得和环境友好的过渡金属催化有机合成反应的新方法；并通过合适的底物与[(p-Cymene)RuCl2]2的计量比反应，分离鉴定相关反应中间体的结构，研究反应机理。

在传统合成策略基础上发展起来的过渡金属催化碳氢键直接官能团化反应，可以从简单易得的原料出发以高原子经济性和反应步骤经济性合成结构复杂的化合物，更加符合绿色化学和现代有机合成化学的要求。本项目较为系统地研究了金属钌化合物催化的碳氢键直接官能团化反应，即通过金属参与的碳氢键活化并与烯烃、炔烃和叠氮化合物等不饱和有机小分子发生加成、氧化偶联和氧化环化等反应，合成某些药物分子和天然产物的核心骨架结构或对其结构进行高效的衍生化，包括：金属钌化合物催化区域选择性的分子内烯烃氢氨甲酰化反应，两类新的钌催化分子间烯烃氢酯化反应体系，金属钌化合物参与的含N-杂环卡宾环金属化合物的合成及与炔烃的氧化环化反应，金属钌化合物催化芳基咪唑盐与炔烃的环化反应，金属钌化合物催化的C(sp3)-H活化反应，芳基磺胺邻位碳氢键的氧化烯基化反应以及各种底物的碳氢键活化及与不同炔烃氧化环化反应等方面。通过该项目的研究，发展和发现了新的钌催化碳氢键直接官能团化反应，进一步丰富了金属钌化合物催化的碳氢键活化的反应体系；同时利用对反应中间体的分离，KIE和H-D交换实验等多种实验手段对于一些典型反应的机理进行了较为深入的研究，为发现新的金属催化碳氢键直接官能团化反应体系提供一些理论依据。研究成果在J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Org. Lett., Chem. Comm., Adv. Synth. Catal., J. Org. Chem.和Organometallics等国际期刊上累计发表论文11篇；撰写英文学术专著两章；授权中国发明专利1项；在国内学术会议上应邀作分组报告1次。