镍催化的惰性芳基碳氟键、碳氧键和碳氮键亲电试剂的羰基化反应研究

Transition-metal-catalyzed carbonylation reaction is one of the most efficient methods towards the synthesis of carbonyl compounds and has been widely utilized in both laboratory and industry. During the past four decades, although the range of electrophiles used in carbonylation has been extended, it is still limited to active carbon-halogen, carbon-oxygen and carbon-nitrogen bond electrophiles. The carbonylation of inactive aromatic carbon-fluorine, carbon-oxygen and carbon-nitrogen bond electrophiles still remains a great challenge. Based on the research experience on both carbonylation and nickel catalysis, the applicant plans to develop the catalytic system achieving the nickel-catalyzed carbonylation of inactive aromatic carbon-fluorine, carbon-oxygen and carbon-nitrogen bond electrophiles. This project aims to establish a new method to synthesize carbonyl compounds from widely and commercially available industry chemicals under mild conditions and apply this new bond formation mode in the efficient and green synthesis of important natural compounds or medicine molecules. On the basis of the developed methodology, the applicant will study the reaction mechanism in depth by several tools such as NMR, React IR experiments and DFT calculation.

过渡金属催化的羰基化反应是合成羰基化合物最有效的方法之一，在科研和工业上有广泛的应用。在过去的四十年中，虽然羰基化反应的亲电试剂范围有所扩大，其仍然局限于含有活泼碳卤键、碳氧键和碳氮键的亲电试剂。惰性芳基碳氟键、碳氧键和碳氮键亲电试剂参与的羰基化反应仍然是当前研究的挑战性难题。本项目以申请人在羰基化反应和镍催化体系方面的工作经历为工作基础，以发展镍催化的惰性芳基碳氟键、碳氧键和碳氮键亲电试剂的羰基化反应为工作目标，旨在建立温和条件下利用来源广泛的化工原料合成各类羰基化合物的新方法，将这一新型成键模式应用于重要的天然产物或药物分子的高效和绿色合成中。在此基础上，采用核磁、在线红外和DFT理论计算等手段深入研究反应机理。

惰性化学键活化反应研究，不仅有助于化学家了解化学键断裂与形成的本质，发展高效的合成方法，还能为化学工业提供廉价易得的原料，促进资源的高效利用和环境保护。本项目在开展镍催化的惰性芳基化学键亲电试剂的羰基化反应研究工作的过程中，发展并实现了一系列惰性芳基化学键活化转化反应：（1）镍催化的惰性芳基碳氟键碳氢键交叉偶联反应；（2）镍催化的惰性芳基碳氧键脱羧交叉偶联反应；（3）芳基腈与苯并噁唑的芳基化反应；（4）三氟化硼乙醚催化的杂芳烃碳氢键硼化反应。本项目相关工作促进了对惰性化学键反应性的认识，实现了一些新颖的惰性化学键活化转化反应，高效制备了重要的联芳烃化合物与有机硼化合物。在本项目的资助下，已在国内外权威化学期刊上发表学术论文5篇；在该项目实施过程中，共培养硕士研究生4名。总体而言，本项目研究工作进展顺利，基本达到了预期目标。