可见光促进几类C(sp3)-H键的胺化反应研究

Nitrogen-containing compounds constitute essential motifs of natural products, pharmaceutical agents, agrochemicals and material science. In most cases, C-N bonds were constructed by transition-metal-catalysed cross-coupling reaction between halogenated hydrocarbons and aminating agents. However, it suffered from certain drawbacks such as requiring pre-activation of substrates and yielding amounts of side-products. Therefore, developing simple, mild and environment-friendly amination methods has always been hot research area in organic synthesis. In our previous research, we have realized the direct aryl C(sp2)-H amination with N-H bonds enabled by visible-light. Based on the achieved work, this project plans to construct C(sp3)-N bonds by directly using C(sp3)-H bonds, especially the alkyl ones, as the carbon source with various amino reagents in visible-light-mediated ways under benign conditions, with emphasis on the coupling with aliphatic and/or aromatic amine. Meanwhile, it's anticipated to employ dual catalysis to achieve chiral synthesis of C(sp3)-N bonds. The success of this project will be an important development to the field of visible-light-mediated C-H bonds amination.

含氮化合物是很多天然产物、医药试剂、农药和光电功能材料以及高分子材料的重要结构单元。构筑C-N键的方法大多基于过渡金属催化卤代烃与胺化试剂的偶联。但是，这类方法存在反应底物需预活化、反应副产物较多等弊端。因此，探索操作简单、条件温和且环保的胺化方法一直都是有机合成领域的热点研究方向。可见光驱动的化学反应具有温和高效等特点，符合绿色化学理念。在前期研究中，我们实现了几例可见光驱动芳香类C(sp2)-H键与N-H键的偶联胺化反应。本项目拟以现有研究工作为基础，通过安全环保、绿色高效的可见光诱导途径，直接利用几类C(sp3)-H键尤其是目前较难实现的烷基类C-H键作为碳源，与各种胺化试剂在温和条件下构筑C(sp3)-N键，其中与脂肪胺、芳香胺的偶联反应是重点研究内容；利用双催化体系，实现手性C(sp3)-N键的合成。该项目的顺利实施将是可见光驱动C-H键胺化领域的重要拓展及补充。

含氮化合物是很多天然产物、医药试剂、农药和光电功能材料以及高分子材料的重要结构单元，如何便捷高效地以C-H键直接构建C-N键是有机合成领域的重点研究目标之一。可见光驱动的化学反应具有温和高效等特点，符合绿色化学理念。本项目以可见光诱导为手段，通过基于单电子氧化还原的自由基偶联或自由基加成等策略，研究了各类C-H键的直接胺化反应：利用N-乙酰氧基邻苯二甲酰亚胺衍生物作为氨基自由基前体，实现了氧化还原中性的光诱导叔胺α位C-H键的胺化反应，避免额外添加氧化淬灭剂；利用N-酰胺吡啶盐作为氮自由基前体，在光催化剂作用下通过N-N键断裂生成氮自由基，并与炔烃发生自由基加成、环化串联反应，生成异喹啉酮衍生物；利用可见光催化剂和Lewis酸双催化体系，实现了重氮乙酸乙酯这类受体型重氮烷与苯胺衍生物或氮杂芳烃的N-烷基化反应，反应不同于常规的卡宾插入机理，而是基于PCET过程的自由基偶联。通过以上工作的开展，进一步拓展了现有可见光诱导C-H键胺化反应类型以及C-N键成键机理，丰富了可见光诱导C-H键直接胺化领域的可利用氮源，将适用于可见光诱导合成C-N键的胺化试剂范围拓展到更常见的（氮杂）芳香胺等，发展了简捷、高效合成含氮化合物的有机光化学新途径。