过渡金属催化酚酯的活化及芳基碳-杂键的形成

Aryl carbon-heteroatom bonds are ubiquitous in numerous fields of chemistry, such as commonly encountered in natural products, pharmaceuticals and functional organic materials. So the formation of aryl carbon-heteroatom bonds is the very important field in the transition metal-catalyzed coupling reaction. The project investigates the transition-metal catalyzed formation of aryl carbon-heteroatom (N, P, F) bonds by the activation of the inert aryl C-O bond. Phenols are naturally abundant or can be readily prepared from other easily accessed aromatic species. Nevertheless, utilization of these materials as arylation agent in the transition metal-catalyzed coupling reaction is often not simple. Firstly, due to a higher C-O bond strength relative to C-Cl, the oxidative addition of aryl C-O bond is difficult. Next the rate of reductive elimination, the important step of the formation carbon-heteroatom bonds, is affected distinctly by the character of leaving group. We will investigate the factors which affect the process of reductive elimination of the intermediate; then develop the effective catalyst system for the formation of various aryl carbon-heteroatom bonds; furthermore, explore the Ni-catalyzed formation of carbon- fluorine bond. These investigations will provide the applicable, versatile and reliable synthetic methodology for natural product synthesis, medicinal chemistry and materials science.

由于芳基碳-杂键广泛地存在具有生物活性的天然产物、药物分子及有机功能材料分子中，芳基碳-杂键的形成是过渡金属催化偶联反应研究的重要方向。本项目研究内容是过渡金属催化通过活化惰性芳基碳-氧键来构建芳基碳-杂（氮、磷、氟）键。相对与卤代芳烃作为芳基化试剂，酚类化合物具有易得、结构多样性等优点。但其芳基碳-氧键的解离能相对碳-卤键较高，其发生氧化加成比较困能；并且由于含氧原子的离去基团的配位性及离去能力等性质的不同于卤素，会导致在芳基碳-杂键形成的关键步骤-还原消除反应的速度发生很大的变化。我们将对所研究反应体系中还原消除过程进行详细研究；然后根据金属（钯、镍）的不同性质，分别建立形成各类芳基碳-杂（氮、磷）键有效的催化体系；同时在镍催化芳基碳-氟键形成中进行一些探索性研究。为药物分子及具有特殊性能有机材料分子的合成提供更具有实际应用价的合成方法。

由于碳-杂键广泛地存在具有生物活性的天然产物、药物分子及有机功能材料分子中，芳基碳-杂键的形成以及杂环化合物的合成是有机化学研究的重要方向。本项目主要研究通过过渡金属催化活化惰性芳基碳-氧键以及碳-卤键来构建芳基碳-杂（氮、磷、氟）键。酚类化合物具有易得、结构多样性等优点, 但其芳基碳-氧键的解离能较高不容易活化。我们以大位阻、富电子的MOP型单膦配体及钯实现了惰性甲磺酸酚酯以及氯苯的活化，与无毒、廉价及易于操作的黄血盐做为氰基源反应发展一个高效合成芳基腈的合成方法。以简单、易得的催化体系—PdCl2(dppf)CH2Cl2及环辛二烯活化咪唑磺酸酚酯与磷试剂反应来构建芳基碳磷键，发展一个高效合成芳基膦化合物的合成方法，并成功将这一合成方法应用到药物中间体的合成中。并研究通过调节催化体系中溶剂以及碱等比较廉价、易得的组分来提高催化体系在芳基碳-杂键的反应活性，来发展更具有应用前景的合成方法，并将其应用到发光二级管中空穴传输材料的重要中间体的合成。在研究含氮杂环化合物的合成时，发展通过催化硅氢反应来实现选择性还原酰亚胺化合物可以高效的合成不同的含氮杂环化合物。以简单催化剂Zn(OAc)2•2H2O及KOH以及廉价的硅氢PMHS等实现了环状酰亚胺类化合物高选择性的还原，发展了高效、高选择性合成ω-羟基内酰胺以及内酰胺的合成方法，并将其应用到天然产物Crispine A以及生物碱的合成中。此外还研究发展廉价、简单的催化体系催化金属有机试剂对α,β-不饱和羰基化合物的1，4 -加成来构建新的碳-碳键等反应。这些研究为一些具有生物活性的药物分子及具有特殊性能有机材料分子的合成提供更具有实际应用价值的合成方法。