过渡金属催化含氧导向基辅助下芳烃经碳氢官能化实现C-C和C-N偶联

【摘要】：近十多年来,过渡金属催化的C-H键活化反应被认为是构建C-C、C-X(X=杂原子)键的有效方法之一。尤其是导向基策略的应用,高区域选择性的实现了定向碳氢键活化。其中最常见的定位基通常是一些具有较好配位能力的含氮基团,包括含氮杂环,偶氮类、脂肪胺类和亚胺肟醚类。而对于一些含氧导向基,如羰基、羧基、羧酸酯基、羟基等基团,虽然在很多天然产物或药物分子中广泛存在,但是由于氧原子与过渡金属的弱配位作用,使得它们与过渡金属所形成的环金属中间体不太稳定,限制了它们在C-H键活化领域的应用。因此,开发含氧导向基辅助的C-H官能化具有重要的研究价值。本文主要研究了羰基和酰胺基导向的芳基底物与重氮化合物、炔丙基碳酸酯及胺化试剂的偶联反应,成功构建了一系列C-C键和C-N键,取得成果如下:1、Ru(Ⅱ)和Rh(Ⅲ)催化二硫缩烯酮与α-重氮酮经C-H键活化发生化学多样性偶联反应。通过使用不同的催化剂,实现了二硫缩烯酮与重氮化合物的化学多样性偶联反应。Ru(II)催化的C-H键活化发生在烯基位置,通过与两分子α-重氮酮酯的偶联反应,成功构建了呋喃环。而Rh(III)催化的C-H官能化则发生在烯基和芳基邻位的碳氢键上,通过与偶联组分的[4+2]环加成反应合成了一系列萘酮类化合物。C-H键活化的可调谐选择性可在新型催化体系的开发中得到应用。2、Ag(Ⅰ)催化二硫缩烯酮与炔丙基碳酸酯的亲核加成及傅克烷基化反应。在Ag(Ⅰ)催化下,实现了二硫缩烯酮与炔丙基碳酸酯的偶联反应,以中等到良好的收率合成了一系列多取代茚环。机理研究表明,反应主要经过了分子间的亲核加成及分子内的傅克烷基化过程。该反应条件简单,易于操作且具有良好的底物适用性。此外,在标准条件下,我们还合成了醋酸孕烯酮的衍生物。3、Rh(Ⅲ)催化芳烃与氨茴内酐的胺化环化反应—弱配位酰胺辅助的C-H键活化。在[Cp*Rh(MeCN)_3](SbF_6)_2催化下,首次以三级酰胺做定位基,氨茴内酐做胺化试剂,实现了吡咯烷苯甲酰胺和N-取代异喹啉酮的C-H胺化反应,并通过底物控制反应的选择性,得到一系列双官能化的胺化产物或进一步环化的吖啶类化合物。此外,反应具有较好的区域选择性和官能团兼容性。4、Cu(Ⅰ)催化芳基硼酸与苯并呋咱-1-氧化物的胺化反应。在CuCl/Phen的催化下,实现了芳基硼酸与苯并呋咱-1-氧化物的C-H胺化反应,以较高的效率合成了一系列双官能化的邻硝基苯胺,最高收率可达99%。该反应在温和及氧化还原中性条件下进行,具有广泛的底物普适性和良好的官能团兼容性。此外,产物还可以通过进一步的衍生化反应转化为其他杂环类化合物。