过渡金属催化的硫代酰胺与卤代物及其类似物的偶联反应的研究、发展和应用

Thioamides are important compounds with many applications in organic synthesis, catalysis, coordination chemistry, material science, biochemistry, and medicinal chemistry. Thus development of new thioamide-related reaction is highly desirable. Transion-metal catalyzed C-coupling of thiomides with hydrocarbon hylides and related compounds, which are a class of readily available electrophiles, should be a significant transformation. However, the reaction is rarely investigated. This proposal will focus on transition-metal-catalyzed C-coupling of thioamides with hydrocarbon hylides and related compounds. The proposed research includes development of various metal catalyst systems for the coupling, development of asymmetric coupling, investigation of substrate scope, mechanistic studies, and corresponding applications. Our primary results indicate that the proposal is reasonable and its feasibility has been guaranteed. The proposed research is practically important because it would develop a new reaction for thioamides, improve the synthetic potential of thioamides, and also provide a new and efficient method for the preparation of complicated thioamides. And the proposed research is also theoretically significant because it would provide useful information for thiomides serving as nucleophiles in transition-metal-catalyzed coupling reactions.

硫代酰胺是一类在合成、催化、配位化学、材料化学以及生物医药等多方面都有应用的重要化合物，探索它的新反应具有重要意义。硫代酰胺的α-碳具有亲核性，卤代物及其类似物是一类重要的亲电试剂, 它们之间的催化偶联应该是一个很重要的反应，可是这一反应过程几乎没有探索过。本项目将致力于硫代酰胺与卤代物及其类似物之间的催化偶联反应的研究，包括：发展不同的金属催化体系，发展不对称的方法，拓展底物范围，机理研究，和相应的合成应用。我们的初步的实验结果说明该反应是可行的，项目的可行性已得到了保证。该项目的实施将为硫代酰胺化合物提供一种新的反应途径,拓展它们在合成中的应用范围，还为制备复杂的硫代酰胺化合物提供一种新的、高效的合成方法，具有实用价值。硫代酰胺化合物在偶联反应中的应用很少被人们研究过，也没有得到人们的重视,本项目的实施将助于了解硫代酰胺的这一反应特性，丰富有机化学内容，具有理论意义

硫代酰胺是一类在合成、催化、配位化学、材料化学以及生物医药等多方面都有应用的重要化合物，探索它的新反应具有重要意义。硫代酰胺的α-碳具有亲核性，卤代物及其类似物是一类重要的亲电试剂, 它们之间的催化偶联应该是一个很重要的反应，本项目致力于该反应的研究，取得了如下研究结果：（1）以5 mol% Pd 为催化剂，第一次实现了硫代酰胺的α-芳基化反应，芳基溴和芳基碘都能与硫代酰胺发生α-芳基化，以52-71%收率生成各种取代的硫代酰胺。（2）以5 mol% Pd 为催化剂，第一次实现了硫代酰胺的α-烯丙基化反应，该反应收率高（64-95%），条件温和，是制备α-烯丙基取代的硫代酰胺化合物的一种有效方法。（3）以Pd-BINAP络合物为催化剂，第一次实现了硫代酰胺的α-位不对称烯丙基化反应，生成一系列手性α-取代的硫代酰胺化合物， ee值为：74-91%，dr值为：72/28-80/20，收率：34-93%，为手性α-取代硫代酰胺化合物的制备提供了一种有效方法。（4）对反应的机理也进行了研究：在硫代酰胺的α-芳基化中，催化剂Pd（0）插入芳基卤代物的C-X键生成Pd（II）物种，Pd（II）物种与硫代酰胺发生转金属化、还原消除，生成α-芳基化的硫代酰胺产物。在硫代酰胺的α-烯丙基反应中，催化剂Pd（0）先与烯丙基化试剂反应生成Pd（II）烯丙基正离子，硫代酰胺负离子进攻Pd（II）烯丙基碳正离子，生成α-烯丙基取代的硫代酰胺化合物。该研究为硫代酰胺化合物提供了新反应途径,拓展了它在合成中的应用，还为制备复杂的硫代酰胺化合物提供新的合成方法，也有助于了解硫代酰胺作为碳亲核试剂在偶联反应中的特性,具有理论意义。.同时，我们还发展了Aminative Umpolung的策略合成胺类化合物的方法：将亲电的醛转化成α-胺基负离子，再与亲电试剂反应，高效地合成了各种胺类化合物。该过程同时构建了新的C-C和C-N键，并且原料简单易得,反应收率高，区域选择性好，条件温和，具有很好的合成和实用价值。.另外，我们还实现了基于维生素B6的仿生催化不对称转氨化。通过模拟含有维生素B6的生物酶，发展了多种手性吡哆醛/吡哆胺催化剂，第一次实现了吡哆醛/吡哆胺催化的α-酮酸的不对称转氨化，在温和条件下以较好的收率和对映选择性得到一系列的天然和非天然氨基酸，实现了吡哆醛/吡哆胺在不对称催化中的应用。