铜催化芳卤键和偕二卤代烷组合多亲电体系的偶联串联反应

On the basis of our research experience in the field of cascade organic synthesis initiated by copper-catalyzed coupling transformation and related synthesis, the present project focuses on designing new cascade reactions by employing the multi-electrophilic systems consist of halogenated aryls and gem-dihaloalkanes. In detail of the tactic, during making use of the basic copper-catalyzed C-C/C-heteroatom coupling, the activation and transformation of the easily available, stable and special gem-dihaloalkane electrophiles are simultaneously utilized to design a series of new cascade organic reactions for the synthesis of diverse organic products such as polycyclic dihydronapthalene, benzothiazine, quinoxaline, polycyclic indole, O,S/N,S-based eight membered heterocycles etc. These research results are expected to disclose the new reaction models of the latent gem-dihaloalkanes such as dichloromethane in organic synthesis. Meanwhile, beyond the traditional designing strategy using well documented electrophilic aryl-halo/vinyl-halo and single halogenated alkane units, the present project innovatively raised up new pathway by utilizing gem-dihaloalkanes as the reaction partners of halogenated aryls, which is expected to reveal more flexible and diverse reaction models and the structures of synthesized products. The research results will enrich the chemical space of both copper-catalyzed coupling and gem-dihaloalkanes, and pave the way for even broader application of these coupling transformations in organic synthesis.

在申请者对铜催化偶联的串联反应以及相关合成研究的基础上，本项目拟对基于芳基碳-卤键和偕二卤代烷组合的多亲电体系中的偶联串联反应进行系统研究。具体而言，即在铜催化的碳-碳/碳-杂偶联的基础上，同步利用偕二卤代烷这类常见且稳定的特殊碳-卤亲电体系的活化转化，设计一系列新型的串联有机反应，实现多种不同的有机化合物如二氢萘多环化合物、苯并噻嗪、喹喔啉、多环吲哚、氧硫/氧氮八元杂环等的多样性合成，并通过这些反应的建立揭示惰性偕二卤代烷化合物如二氯甲烷等在有机合成中的新应用模式。另一方面，本项目在传统的利用含芳卤/烯卤和一卤代烷等作为亲电体系设计反应的基础上，首次提出以偕二卤代烷作为芳卤底物的共同反应物这一新的设计思路，可望实现更加灵活、多样的反应设计途径和有机产物的合成，丰富铜催化的偶联反应和二卤代烷化学的研究内容，为更广泛地利用这类偶联反应进行有机合成奠定良好基础。

项目研究依托申请内容，主要围绕基于偕二卤代烷和其它碳-卤键和芳基碳-卤组合多亲电体系的串联有机反应展开，同时在经典碳-卤键交叉偶联转化的基础上，将串联反应扩展至碳-氢键活化模式下的串联有机反应。研究工作取得系列结果，主要体现在三个方面：(a)基于偕二卤代烷以及其它相关碳-卤键和芳基卤代物多亲电体系的串联有机合成方法；(b)导向片段原位接入模式下的步骤经济性串联碳-氢活化反应方法；(c)其它在研究过程中发现和完成的相关的研究工作。课题研究的结果首先揭示了采用多碳-卤键亲电体系设计基于过渡金属催化的交叉偶联串联反应这一策略的可行性；其次通过扩展，实现了一系列基于导向底物原位接入的多组分碳-氢活化反应，在经典分步导向基团接入/碳-氢活化反应的模式上大大提高了这些合成反应的步骤经济性。此外，研究所建立的无保护碳-氢活化反应、无金属条件下的环化反应合成杂侧链取代的1,2,3-三氮唑和脱羧酰胺化反应等也为相关的合成领域的研究提供新的内容。研究结果发表SCI科研论文21篇，申请发明专利1项。研究结果为课题组后续相关研究的展开奠定了良好的基础。