季铵盐催化醛基C-H键与sp2 C-H键的氧化偶联反应研究

Acyl-C(sp2) fragments are the core structures of many naturally occurring compounds and pharmaceuticals, and the construction of such substructure via oxidative coupling of aldehyde C-H bond and sp2 C-H bond would provide an alternative strategy for the syntheses of bioactive and pharmaceutical molecules in an economical and environment-friendly way. Besides, quaternary ammonium salt has been successfully applied in direct catalytic esterification and amidation of aldehyde C-H bond because of its abundance, high efficiency and low toxicity. Thus, it is of great value to develop the quaternary ammonium salt-catalyzed oxidative couplings between aldehyde C-H bond and sp2 C-H bond. Based on the quaternary ammonium salt-catalyzed C-H bond activation strategies developed by our group, we will proceed the following researches in this project: (1) quaternary ammonium salt-catalyzed intramolecular (selective) oxidative coupling reactions between aldehyde C-H bond and sp2 C-H bond; (2) quaternary ammonium salt-catalyzed intermolecular oxidative coupling reactions between aldehyde C-H bond and sp2 C-H bond; (3) utilization of the above oxidative coupling strategies for the syntheses of bioactive and pharmaceutical molecules (or their analogues) with acyl-C(sp2) fragments. Through the implementation of this project, some environment-friendly, efficient and practical methods will be developed for the construction of acyl-C(sp2) fragments, and the corresponding mechanisms will be explored as well.

C(sp2)-酰基片段广泛存在于天然产物及药物分子中，基于醛基C-H键与sp2 C-H键的氧化偶联策略为合成含有C(sp2)-酰基片段的药物及生物活性分子提供了一条可行的经济、环保的新途径；此外，季铵盐催化剂凭借其简便、高效、环保等优点已成功应用于醛基C-H键的直接酯化及酰胺化。因此，开展对季铵盐催化醛基C-H键与sp2 C-H键的氧化偶联反应研究具有重要意义。该项目在本课题组发展的季铵盐催化C-H键活化策略的基础上，拟从事以下三方面的研究工作：(1) 季铵盐催化分子内醛基C-H键与sp2 C-H键的(选择性)氧化偶联; (2) 季铵盐催化分子间醛基C-H键与sp2 C-H键的氧化偶联; (3) 利用发展的氧化偶联方法合成含有C(sp2)-酰基片段的药物与生物活性分子及其类似物。通过对这三方面的研究，力图发展出高效、环保和实用的构建C(sp2)-酰基片段的新方法，并弄清相关反应机理。

C(sp2)-酰基片段是一类重要的功能基，广泛存在于生物活性和药物活性分子中，开展方便、有效和实用的sp2 C-酰基片段构建方法研究具有重要意义。本项目围绕醛基C-H键与sp2 C-H键的直接氧化偶联展开研究，取得了如下成果：. (1) 建立了以季铵盐(或类似的单电子转移试剂)为催化剂以及过氧化物为脱氢试剂 (选择性地)实现分子内或分子间醛基C-H键与sp2 C-H键的氧化偶联新方法，发展了新颖、高效和实用的合成色酮、查耳酮、吲哚并吲哚酮、吲哚酮并苯并咪唑、吖啶酮衍生物的新方法。采用该方法合成的化合物类型共5类、合计100多个化合物；. (2) 对反应机理进行了深入研究。研究结果表明，这些偶联策略均是通过单电子转移过程实现相应的脱氢氧化偶联。基于机理研究的成果，成功将这类偶联反应策略初步拓展到更难实现的N-H键及惰性溶剂小分子C-H的脱氢偶联反应中，发展了新颖、高效和实用的合成3-芳硫基吲哚、吲哚并苯并咪唑、3-氰甲基咪唑并吡啶衍生物的新方法。采用该策略合成的化合物类型共3类、合计60多个化合物；. (3) 总共合成的化合物类型共8类、合计160多个具有潜在生物活性和药物活性的化合物，这为药物筛选提供了有用的合成途径和多样性的分子结构。. (4) 利用该基金正式发表的学术论文5篇，其中Org. Lett. (1篇)、Adv. Synth. Catal. (1篇)、J. Org. Chem. (1篇)、RSC. Adv. (2篇)。