电催化酰胺化合物的远程C-H官能团化新反应研究

C-H functionalization reaction is one of the most basic reaction in organic synthesis. And functionalization reaction of remote C-H bonds is a fundamental challenge in current synthetic organic chemistry. Most of the C-H bonds have high bond energy and the selectively functionalization of them are difficult. However, these existing methods suffered from the high production cost, limited substrate scope, poor atom economy, low yield and poor selectivity. This research project aims to investigate electrocatalytic functionalization of the remote C-H bonds in Amides. We attempt to explore the reaction mechanism from various aspects, which will provide theoretical guidelines for future research and application scope. This work will focus on: (1) functionalization reaction of the remote C(sp2)-H and C(sp3)-H bonds via mild, green, highly efficient and selective strategies in the dissertation research；(2) application of the synthetic methods to construct nature products and pharmaceutically active frameworks.

碳-氢（C-H）键官能团化反应是有机合成化学中最基本的反应类型之一，其中远程C-H键官能团化反应是一项极具挑战性的研究课题。由于大多数C-H键的键能很高，且难以实现选择性官能团化。而大部分已报道的C-H官能团化方法存在反应成本高、底物范围窄、原子经济性不好、产率低及选择性差等问题。本项目拟开展有机电催化酰胺化合物的远程C-H官能团化反应研究，进一步发展有机合成方法学。在本研究中，拟将通过多种手段，探索反应机理，从而为未来的科学研究及应用提供扎实的理论指导。本项目研究集中在以下方面：（1）发展反应条件温和、绿色、高效、高选择性的有机电化学方法实现酰胺化合物的远程C(sp2)-H和C(sp3)-H官能团化反应研究；（2）将该合成方法和技术应用于一些天然产物和药物活性分子及其骨架的合成。

本项目基于自由基策略，分别开展了酰胺化合物、炔烃、炔酸、烯炔化合物与几类自由基前体试剂反应，实现含氮杂环化合物的合成。含不饱和键的炔、炔酸和烯炔化合物与酰胺类化合物都是有机合成中重要的反应底物，且反应合成的氮杂环化合物是自然界中非常重要的一类有机杂环化合物，基于其研究无论在理论上还是在实践中都具有十分重要的意义。在本项目中，开展符合理想的且环境友好的绿色合成方法学，合成一系列重要的含氮杂三元、五元和七元化合物。在本项目的几项研究中，主要集中开展了无金属催化，廉价金属催化和光催化的反应体系，简洁高效且高选择性的实现了含氮杂环化合物的合成。我们发现苯亚磺酸钠在亚硝酸叔丁酯的作用下易生成磺酰基自由基，然后与炔烃反应能够高效地通过自由基加成反应和环化过程合成氮杂三元化合物。利用该方法，我们进一步地运用到炔酸和烯炔化合物中，分别合成含氮杂三元环和七元环化合物。我们也开展了在光催化反应体系下，溴代羰基化合物首先产生烷基自由基中间体，与官能团化的酰胺化合物反应合成含酰胺基团的七元氮杂环化合物，这为后续开展光催化反应提供了理论指导和技术支持。此外，我们将这些绿色合成方法和技术应用于一些天然产物和药物活性分子及其骨架的修饰。本项目解决了一些符合绿色化学的含氮化合物合成技术和几类不饱和烃类化合物在自由基策略下的高选择性官能团化反应的技术难题。总之，这些研究结果拓宽了含不饱和碳碳键化合物参与自由基反应的应用范围，为合成某些具有特殊功效的化合物提供了新方法。