新型DPP-胍基双功能可见光催化剂的设计、合成及其在碳氢活化反应中的研究

Visible-light photoredox catalysis has recently been showed as one of the powerful and green techniques to utilized solar energy for effective synthesis of fine chemicals. Continuing with our efforts to environmentally benign research, this project will focus on developing metal free visible-light photocatalysts with DPP-Guanidine backbones. Two types of catalysts (DPP-Guanidine and DPP-Guanidinium) will be explored and evaluated for their activities in C-H activation reaction, which is a new class of green reactions. We will also investigate the mechanisms of the catalysts in the reactions, using DFT at the B3LYP level. We believe this fundamental work will incubate new research projects and industrial applications in the near future for visible light photocatalyst.

可见光催化反应是将太阳光能直接应用于有机合成的一种方法，属于绿色有机化学领域当前的热点研究之一。本项目将合成含DPP-胍基骨架且结构可调节的系列衍生物，以此构建DPP-胍基碱型及DPP-胍基相转移型可见光催化剂库。我们将对该类型催化剂在碳氢活化反应中的应用做一个系统的研究，制备一些列具有生物意义的天然产物及药物中间体。并且，我们将研究催化剂在相关反应中的作用机理，明确双功能可见光催化剂与反应底物相互作用的科学规律。通过本课题的开展，将对可见光催化剂的设计与合成以及可见光有机反应类型的拓展起到积极的推动作用，为可见光催化剂在工业应用上的研究奠定基础。

太阳能是一种清洁型可再生资源，对太阳能的利用也因此正在受到产研界的普遍关注。目前，多种使用太阳能的方法与手段如光伏产业、光合作用等正被致力于开发与利用。在有机化学领域中，利用太阳光的有机光化学则备受重视。作为绿色化学的重要分支，可见光催化反应是有机合成利用太阳能的有效手段，然而，当前光敏化有机催化剂的数量少、催化效能低，大大制约了可见光催化反应的发展。. 本项目基于分子水平结构的设计，经过大量实验的筛选，开发了一系列具有推拉电子效应的二氰吡嗪可见光催化剂（DPZ），并研究了其在交叉脱氢耦合反应（CDC）、氧化反应、氧化羟基化反应、还原脱卤反应中的应用，其展现了高效的催化效能；通过对DPZ催化剂分子轨道能级的研究与分析，解析了DPZ催化进程的作用机理。. 与之同时，在可见光条件下，使用DPZ作为可见光催化剂，项目成功的发展了一类在操作简便的有氧条件下THIQs参与的与亲电试剂的自由基加成反应。更重要的是，我们发现仅通过改变反应溶剂、温度及添加剂，就能够控制活泼的自由基反应途径，高产率地生成四类具有重要生物活性的含氮杂环化合物。. 本项目工作开辟了一类新型可见光催化剂系统，合成了系列高难度化合物，对光催化剂反应的研究起到了推动作用。