Pd(0)-催化的烷基卤代烃形成反应研究

In sharp contrast to the well-documented oxidative addition of C-X to metal center, the reverse process, the reductive elimination of C-Pd(II)-X, has been regarded as less likely to form organic halides.On the basis of the reductive elimination of Alkyl-Pd(II)-X, this project aims at developing some new Pd(0) catalysis. With the use of the reductive elimination of Alkyl-Pd(II)-X as a key step of catalytic cycle, we have designed three different reaction types, which include the reactions with the use of organic halides as starting materials, the reactions with the use of non-halogenated compounds as starting materials and the reactions involved alkynes.Through the researchs on the above-mentioned reactions, we anticipate to solve the following problems. One is the precise mechanism related to Alkyl-Pd(II)-I. The other is to realized more challenging reductive elimination of Alkyl-Pd(II)-Br and Alkyl-Pd(II)-Cl. With the combination of Pd(0)-catalyzed formation of alkyl iodides and Pd(0)-catalyzed radical process, this project also want to develop some novel Pd(0)-catalyzed domino reactions. This project would like to provide some mechanistic conslusions on the reductive elimination of Alkyl-Pd(II)-X and to develop a series of Pd(0)-catalyzed reations for the alkyl halides synthesis.

相对于研究非常成熟的卤代烃和过渡金属之间的氧化加成，碳卤的还原消除反应直到近几年才有报道。本申请项目就是基于Alkyl-Pd(II)-X的还原消除反应展开研究。 利用Alkyl-Pd(II)-X还原消除反应作为催化循环的一个关键步骤，分别设计了三类不同的反应：1）以卤代烃为原料的反应；2）以非卤代烃为原料的反应设计；3）有叁键参与的反应。希望通过这些反应的研究，解决以下问题：1）Alkyl-Pd(II)-X的还原消除反应机理；2）实现更具挑战性的Alkyl-Pd(II)-Br和Alkyl-Pd(II)-Cl的还原消除反应。 基于Pd(0)-催化的烷基碘化物的形成和Pd(0)-引发的自由基过程，本项目还想发展此两类反应串联的新型Pd(0)-催化体系。 本项目旨在研究Alkyl-Pd(II)-X还原消除的一些基本科学问题，并发展系列Pd(0)催化烷基卤代烃形成新方法。

本项目成功发展出两类新颖的金属催化体系：一是Pd(0)-催化的经Alkyl-Pd(0)-X还原消除实现的烷基碳-卤键形成反应；二是Fe(II)-催化烯丙基卤代烃的卤原子转移自由基环化反应。.1. Alkyl-Pd(0)-X还原消除：Alkyl-Pd(0)-X的还原消除是一个长期悬而未决的金属有机基元反应。由于主要受反应动力学的控制，Alkyl-Pd(0)-Br和Alkyl-Pd(0)-Cl的还原消除更具挑战。.本项目基于γ,δ-不饱和羧酸肟脂底物，发展出Pd(OAc)2/P(4-F-C6H4)3催化体系，在外加NaI的条件下，顺利实现了烷基碳-碘的形成。更有意义的是，如果以LiBr或者LiCl为卤源，则可以分别形成烷基碳-溴键和烷基碳-氯键。这些反应的成功归功于贫电子膦配体的使用，其大大降低了中心金属的电荷密度，促使其发生Alkyl-Pd(0)-X的还原消除。通过氘代实验揭示出Alkyl-Pd(0)-X的还原消除是一个立体专一过程。.发展出Pd(OAc)2/DPPF催化体系，实现了不饱和胺甲酰氯的分子内烯烃碳碘化反应。大过量大位阻DPPF配体有效造成了中心金属的配体拥挤，从而促使Alkyl-Pd(0)-I的还原消除。这是反应得以成功的关键。.这些研究结果加深了对Alkyl-Pd(0)-X还原消除基元反应的认识，并有望有助于设计、发展新的Pd-催化化学。.2. Fe(II)-催化的原子转移自由基环化：虽然金属催化的活化卤代烃的原子转移自由基环化反应得到了广泛深入的研究，但是，烯丙基卤代烃的原子转移自由基环化反应并没有报道。主要原因是金属催化非常容易与烯丙基卤代烃发生两电子的氧化加成过程，而不是单电子的自由基反应。.本项目利用DPPF做催化剂，成功实现了烯丙基卤代烃的原子转移自由基环化反应。通过自由基Clock等机理研究，充分证明了DPPF可以高效的均裂烯丙基卤代烃，从而形成烯丙基自由基。该反应另外一个特点是非常广泛的底物适用范围。.这些研究结果解决了原子转移自由基环化反应的烯丙基卤代烃难题，为此类反应提供全新的研究思路。所发展的DPPF催化体系相信可以推动烷基卤代烃合成的发展。