高价钯诱导的碳正离子重排反应机理及相关方法学研究

High-valent palladium-promoted carbo-cation rearangement and its application to methodology research has been neglected by researchers for a long time. The mechanism details of such rearrangement is a puzzling scientific problem which is to be uncovered. Further design of new methodologies based on such basic reactions is also a challenging task. Based on the previous work, following experiments will be carried out for the study of above two problems. On the one hand, mechanism research will be focused. Relative stable Pd(IV) complex will by prepared to reveal the reactivity and kinetic data. On the other, two different methodologies are designed based on different reaction mechanisms: 1) high-valent palladium catalyzed [1, 2]-shift reaction/geminal di-functionalization cascade; 2) directed C-H activation, high-valent palladium promoted benzyne formation and di-functionalization cascade. These two innovative methodologies will afford a variety of structural different products which is highly important for the application in organic chemistry.

高价钯络合物的alpha碳正离子重排反应一直以来缺乏研究者的关注和应用，是该领域的一个全新的研究方向。该重排反应的发生机理是一个尚未完全揭示的基本科学问题。另外，根据该基本反应设计新型的反应方法学也是一个具有重要的应用价值挑战性课题。本项目以之前的工作为基础，一方面，着手反应的机理研究，以合成出关键的四价钯中间体为目标，揭示其反应行为及动力学数据；另一方面，基于两种不同的反应机理，开展方法学研究：1.高价钯催化[1，2]-迁移/同碳双官能团化串联反应。2. 定位基团导向的C-H活化/高价钯诱导芳炔形成/双官能团化串联反应，可以实现邻位双取代芳香环或并环产物。该方法学设计创新性强，产物结构多样，应用价值高且对于开辟新型钯催化反应领域具有重要的意义。

高价钯络合物的alpha碳正离子诱导的[1, 2]-迁移反应一直以来缺乏研究者的关注和应用，是该领域的一个前沿的研究方向。该重排反应的发生机理是一个尚未完全揭示的基本科学问题。我们积极对关键钯络合物中间体的制备进行了探索，对钯化合物的反应活性和路径有了深刻的认识。另一方面，根据该基本反应设计新型的反应方法学也是一个具有重要的应用价值挑战性课题。在本项目的实施过程中，我们从该反应的原理出发，依次进行了分子间反应，张力环反应，扩环反应，手性诱导等模型反应的设计和探索，最终成功发现两种Boc保护邻氨基苯乙烯结构底物可以实现钯催化烯烃活化/[1,2]迁移反应。该反应可以以中等至较好的收率制备出多种不同取代的1, 3-氧氮杂卓类产物。该类结构广泛存在于多种抗抑郁，抗惊厥，抗HIV病毒感染等药物及除草剂、杀虫剂中，使该方法学具备一定的应用前景。此外，在研究过程中，我们意外发现了一例α, β-不饱和丙烯酰胺甲酸酯的立体选择性亲电氟环化反应，可以实现氟代2, 4-噁唑烷二酮类骨架分子的合成，该骨架结构广泛存在各类药物分子中，用于杀菌、消炎和抗惊厥等作用。还发现一例银催化芳基醛底物的同系化反应，可以实现alpha缩醛-芳基酯中间体的合成，该中间体易于进行多种反应转化，以实现许多重要合成中间体的制备。