硼催化胺的分子间负氢迁移反应研究

The C-H bond functionalization of amines is an important research area. Most of the current methods require transition metal catalysts, organometallic reagents and oxidants. It is of great significance to develop a green method that is non-metal and non-oxidant. Deriving from frustrated Lewis pair chemistry, this project will utilize boron/nitrogen cooperation and electrophilic borane’s hydride acceptor property, and study the reactivity and application of hydride transfer between amine and borane. The resulting iminium cation and hydroborate anion will be further subjected to reactions with α,β-unsaturated compounds and electron-rich arenes or heteroarenes to forge C-C bonds which are the most abundant and most ubiquitous in organic compounds. The preliminary work shows that mediated by stoichiometric boron reagent it is feasible to couple tertiary amines with α,β-unsaturated compounds. On this basis, in the project we will perform comprehensive research on boron-catalyzed cross-coupling of amines and α,β-unsaturated compounds via intermolecular hydride transfer and boron-catalyzed cross-dehydrogenative coupling of amines with electron-rich arenes and heteroarenes, specifically including study of the catalytic cycle of boron reagent, the applicability of potential biologically active aza-heterocycles, and the reaction mechanism. This project aims to develop a new method which is non-metallic, redox neutral, sustainable and atom economic for amine α-C-H bond functionalization.

胺的碳氢键官能团化是重要的研究领域，目前的方法大多需要过渡金属催化剂、有机金属试剂以及氧化剂，开发一种非金属无氧化剂的绿色方法具有重要意义。本项目通过受阻Lewis酸碱对理论的衍生，利用硼/氮的协同相互作用和亲电性硼烷负氢载体的性质，对氮/硼分子间负氢迁移进行研究和应用，利用所生成的亚胺盐正离子和硼氢负离子，通过与α,β-不饱和化合物以及富电子芳烃、杂芳烃等反应，以构建有机物中最重要也是最广泛存在的碳碳键。前期工作表明当量硼试剂介导的胺与α,β-不饱和化合物的偶联是可行的，在此基础上本项目将对硼催化胺与α,β-不饱和化合物负氢转移偶联、硼催化胺与富电子芳烃、杂芳烃交叉脱氢偶联两个体系进行详细研究，包括研究硼试剂的催化循环、具有潜在生物活性的氮杂环类底物的适用性和反应机理等方面。项目的开展将为胺α位碳氢键官能团化提供一条非金属、氧化还原中性、绿色可持续以及原子经济性的途径。

本项目主要对硼参与的C-H官能团化反应进行研究，着重发展非金属催化或无金属参与的绿色高效C-H官能团化反应。.首先，分子内的负氢迁移是C-H官能团化的重要途径之一，可以高效合成多种活性分子的骨架结构，具有氧化还原中性，原子经济性等优点。该领域中最典型、报道最多的是[1,5]-负氢迁移关环，[1,4]-负氢迁移关环的研究报道相对较少，目前只有少数几例并且都是使用金属催化。本项目首次实现了硼催化胺的分子内[1,4]-负氢迁移关环反应，条件温和，底物适用范围广，具有较为重要的意义。.其次，烯烃的氢芳基化反应是芳烃衍生化，构建复杂芳烃最直接高效的途径之一。目前硼催化主要集中在苯乙烯类以及α, β-不饱和烯烃等中性或贫电子烯烃类底物。本项目将底物成功拓展到富电子烯烃，实现了首例硼催化富电子烯烃的氢芳基化反应，在复杂芳烃、杂芳烃等化合物的合成方面具有重要的应用前景。.最后，实现了N/B受阻路易斯酸碱对体系对炔烃的多官能团化反应。1,2-迁移是有机合成中的一个研究热点，目前的研究大部分都集中在烯基物种上，已报道的方法中都需要使用有机金属试剂或过渡金属催化剂。本项目首次一锅法高效实现了无金属条件下炔基物种的1,2-迁移反应，与已报道的方法相比，具有更为良好的原子经济性和步骤经济性。..