芳香化合物的直接碳磷键构筑反应研究

Organophosphorus compounds, especially aromatic phosphorus reagents, demonstrate great applications in organic synthesis, materials chemistry, medicine and photoelectric research. Traditional synthetic routes mainly belong to nucleophilic attack between arylmetallic reagent with phosphorus halides, or the reaction of phosphorus nucleophiles with electron-deficient aromatic ring, as well as the radical-type reaction of aryl halides with phosphorus reagents. The disadvantages of these methods are harsh condition and the poor functional group tolerance. Recently, transition-metal-catalyzed C-P bond coupling reactions, which involve palladium, copper, nickel and other transition metal catalyst, have partially solved the problem for the synthesis of aryl phosphorus compounds. However, they still have their own limitations, such as the cost of expensive catalysts and ligands, unsatisfied reaction selectivity or substrate scope, and so on. Considering about the importance and synthetic challenges of aryl phosphorus reagents, the project will focus on the development of a universal synthetic strategy of these compounds under mild conditions. Our research plans to use gold, iron and other metal to activate the aromatic ring, followed by the reaction with electrophilic phosphorus reagents, aiming to achieve the direct C-H functionalization to form C-P bond. Besides, we design the hypervalent iodine reagents oxidation strategy to synthesize aromatic phosphorus reagents through single-electron-transfer process. Moreover, we tend to explore other functional group transformations process to realize the selective construction of C-P bond.

有机磷化合物，特别是芳香磷试剂，在有机合成、材料化学、医药、光电材料等领域具有重要的应用价值。传统的合成方法主要是通过芳基金属试剂与磷卤化合物的亲核进攻，或者是磷亲核试剂与贫电子芳香环的亲核进攻，以及芳基卤化物和磷试剂的自由基反应。这些方法的局限是条件较为苛刻，官能团的耐受性较差。近年来发展的钯、铜、镍等过渡金属催化的碳磷键偶联反应的方法，从某种程度上部分解决了芳基磷的合成问题，但是仍然具有各自的局限，例如催化剂或者配体较为昂贵，反应的选择性和底物适用性不够理想等。鉴于芳基磷试剂的重要性和合成挑战，本项目着眼于发展该类化合物在温和条件下的普适性合成方法。项目计划采用金、铁等金属活化芳香环，去和亲电的磷试剂反应，实现芳香环碳氢键直接转化为碳磷键；以及采用高价碘试剂氧化的策略，通过单电子转移的过程从惰性芳环直接合成芳基磷；并且探索其他官能团转化过程来构筑碳磷键。

芳香化合物的选择性官能团转化和引入过程，可以用来高效地制备具有特定官能团的芳香分子，在有机合成中具有重要的价值。特别地，芳基锡试剂和芳香膦化合物是重要的合成中间体以及功能化分子，在有机合成、材料化学、医药、光电材料等领域具有重要的应用价值。它们传统的合成方法主要涉及到芳基金属试剂的亲核取代反应，或者过渡金属催化的交叉偶联反应等。这些过程往往条件较为苛刻，或者需要用到昂贵的催化剂以及配体，官能团容忍性较差等。为了解决这些问题，本项目着力于探索官能化的芳香化合物的合成方法，发展并且报道了五种芳香化合物的官能团转化过程。我们课题组取得的主要创新性研究结果如下：1) 钯催化的芳香亚磺酸钠与联锡的氧化偶联反应；2) 可见光催化下无光敏剂的芳香偶氮砜的锡化反应；3) 可见光催化下无光敏剂的芳香偶氮砜的碳磷键构筑反应；4) 钯催化的芳香亚磺酸钠和硝基苯的直接还原偶联反应；5) 无过渡金属参与的硫醇的三氟甲硫基化和二氟甲硫基化反应。这些合成方法学的建立，一方面为实现芳基锡、芳基膦酸酯、芳基磺酰胺等化合物的高效制备提供了新颖的合成途径，另一方面也探索了在可见光催化的条件下构建芳基碳杂原子键的可能性，为进一步拓展温和条件下芳香碳杂原子键的形成过程奠定了基础。