导向的过渡金属催化不活泼C(sp~3)-H键氧化反应研究进展

近年来,过渡金属催化不活泼C(sp3)—H键氧化反应取得重要进展.该领域的研究主要集中在过渡金属催化甲烷选择性氧化,以及过渡金属催化导向基团螯合甲基氧化方面,这些研究成果实现了许多传统氧化方法不能完成的高效选择性转化.重点概述导向基团(肟、噁唑啉、吡啶、酰胺、羧酸、羟基)对促进过渡金属催化氧化C(sp3)—H键的影响,底物的乙酰氧基化、羟基化、羰基化、酯化反应以及催化反应体系和相关机制.     

氧化偶联反应的最新研究进展

近年来,过渡金属催化的氧化偶联反应已成为有机合成化学中构建碳—碳键以及各类碳—杂键的重要方法.主要综述了我们研究小组在氧化偶联领域,尤其是第三代氧化偶联反应方面所取得的研究进展,介绍了各类反应的特点、优势及在合成中的应用.     

醇-胺直接脱氢及氧化脱氢偶联酰胺化反应

醇-胺(氨)直接脱氢及氧化脱氢偶联生成酰胺具有原子经济性高和对环境友好等优点,因而受到广泛关注。研究发现,一些过渡金属钌及铑配合物、负载金及银纳米粒子、氧化锰分子筛(OMS-2)以及基于铜、铁化合物的催化体系在醇-胺(氨)直接脱氢或氧化脱氢偶联生成酰胺反应中显示出优良的催化性能。本文首先介绍了PNN-钌、NHC-钌配合物、铑配合物以及负载银原子簇催化的醇-胺(氨)直接脱氢偶联生成酰胺反应的研究进展,然后对负载纳米金粒子、氧化锰分子筛(OMS-2)以及基于铜、铁化合物的催化体系催化的不同氧化剂,包括分子氧、叔丁基过氧化氢以及分子碘氧化的氧化酰胺化反应进行了总结。对各催化剂或催化体系的适用范围和优缺点进行了分析,阐述了主要催化剂或催化体系的催化机理。此外,还对无过渡金属参与的醇-胺氧化酰胺化反应体系进行概述。最后,在总结现有成果的基础上指出了该领域的发展方向。     

N-氟代苯磺酰亚胺参与的过渡金属催化C-H氟化和胺化的研究进展

众多胺类及含氟化合物具有重要的生理活性,在医药领域均具有不可替代的作用.过渡金属催化的C-H胺化及氟化反应因其高反应效率及原子经济性,受到了合成化学家的关注,为生物碱类天然产物及含氟分子的合成提供了便利.N-氟代双苯磺酰胺(NFSI)兼有氟原子及含氮官能团,可以在过渡金属催化下参与多种类型的有机反应,实现C-H键的氟化或胺化.因此,探索NFSI参与的C-H键直接氟化或胺化反应具有重要意义.综述了近十年NFSI参与的C-H活化构建C-N键和C-F键方法的研究进展,围绕各类方法的反应机理和应用范围进行阐述,同时对该领域的局限性和发展前景进行总结和展望.     

通过电化学脱氢N—N偶联合成四取代肼化合物（英文）

通过电氧化二级芳胺合成了一系列四取代肼化合物.该电合成反应采用简单的装置如单室电解槽和恒电流电解,且无需过渡金属催化剂和氧化试剂,并可放大至克级规模.     

电氧化促进的钯催化的芳烃C(sp2)—H键氯代反应

芳香族卤代物是非常重要的合成砌块, 卤化反应是有机合成中最基本也是最重要的反应之一. 本工作利用2-(吡啶基)异丙基胺(PIP胺)作为双齿导向基团, 以LiCl作为卤素来源, 通过电化学阳极氧化的策略成功实现了钯催化的芳烃邻位C(sp ²)—H键的氯代反应. 此反应条件官能团耐受性强, 底物适用范围广, 同时能兼容噻吩等杂芳环类底物, 为合成(杂)芳基氯代物提供了一种简洁高效的方法. 该反应可以安全的放大到克级制备, 显示了潜在的工业应用前景. 通过连续的邻位碳氢键溴代和氯代反应还能得到高度复杂的2,5,6-三取代的苯甲酰胺类化合物.     

多相 MnOx氮掺杂碳材料催化氮杂环侧链 Csp3-H的氧化反应

sp3杂化的碳氢键氧化成酮是有机合成中一个重要方法.相应的酮产物被广泛应用在医药和天然产物合成中.目前已经开发出多种衍生于含 N杂环酮的药物化合物和具有生物活性的天然产物,例如阿普米定、苯吡胺、氯苯吡胺、曲普利啶、多西拉敏等.传统的含 N杂环侧链氧化生成酮的方法使用化学计量的强氧化剂(如高锰酸钾),不可避免地产生众多的副产物.近年来,均相的过渡金属催化剂被广泛应用于含 N杂环侧链氧化生成酮的反应中.但是 N杂环和过渡金属配位导致催化剂失活,选择性降低.金属的残留也使后处理过程变得繁琐.均相催化剂还存在难以回收利用的缺点.使用多相催化剂可以解决上述问题,因而具有重大的研究意义.目前为止,还很少有文献报道多相催化剂催化含 N杂环侧链氧化生成酮的方法.本文使用硝酸锰和菲啰啉的络合物在氮气氛围中高温焙烧,制备了一系列新型 MnOx-N@C材料.首次应用于 C–H氧化成酮的领域中.以2-苄基吡啶为模板底物,使用叔丁基过氧化氢为氧化剂,我们研究了 MnOx-N@C材料的催化活性.研究发现,在600oC焙烧得到的 MnOx-N@C材料具有最高的催化活性.实验得到最佳的反应条件：0.5 mmol底物,3当量的叔丁基过氧化氢,1 mg MnOx-N@C (600oC)材料. ICP结果表明,1 mg MnOx-N@C (600oC)材料中含有的锰相对于0.5 mmol底物的摩尔分数为0.79 mol%,说明该材料具有很高的催化活性.我们进一步研究了 MnOx-N@C (600oC)材料适用的底物范围,发现它可以催化2,3-环戊烯并吡啶类化合物、苄基吡啶类化合物发生氧化反应生成相应的酮;当反应底物中存在其他可以被氧化的碳氢键时,该材料表现出很高的选择性,可见其具有广泛的底物范围和优异的选择性.对于克级以上规模的底物量, MnOx-N@C仍能表现出很高的催化活性,表明其在有机合成中具有很好的实用性;连续使用6次后,该催化剂依然表现出很高的催化活性.表征结果表明, MnOx-N@C (600oC)材料中 MnOx粒子大小为1.71–6.56 nm;样品中存在 C–N, C=N和吡咯型的 N; Mn的化学态有+2,+3和+4.     

Ugi反应的研究新进展

Ugi反应是组合合成中所用的一个重要反应.本文从以下三方面综述了近年来Ugi反应的研究及应用进展:(1)醛(酮)、胺、酸、异腈等各组分的变化,尤其是异腈结构的变化及双官能团化合物的应用;(2)多于四组分的Ugi反应;(3)某些天然产物及类药物物质合成中Ugi反应的应用.     

水促进的三组分PBM反应合成三级胺

首次报道了甲醛衍生的胺缩醛和芳基硼酸在水的促进下,可以在没有催化剂的条件下高效的合成三级胺.在此基础上建立了一种利用多聚甲醛,二级胺和芳基或杂环硼酸合成三级胺的高效合成方法.此反应条件温和,操作简单,具有很好的底物适应性,目标产物的收率最高可达93%.     

多相MnO_x氮掺杂碳材料催化氮杂环侧链C_(sp3)-H的氧化反应（英文）

sp~3杂化的碳氢键氧化成酮是有机合成中一个重要方法.相应的酮产物被广泛应用在医药和天然产物合成中.目前已经开发出多种衍生于含N杂环酮的药物化合物和具有生物活性的天然产物,例如阿普米定、苯吡胺、氯苯吡胺、曲普利啶、多西拉敏等.传统的含N杂环侧链氧化生成酮的方法使用化学计量的强氧化剂(如高锰酸钾),不可避免地产生众多的副产物.近年来,均相的过渡金属催化剂被广泛应用于含N杂环侧链氧化生成酮的反应中.但是N杂环和过渡金属配位导致催化剂失活,选择性降低.金属的残留也使后处理过程变得繁琐.均相催化剂还存在难以回收利用的缺点.使用多相催化剂可以解决上述问题,因而具有重大的研究意义.目前为止,还很少有文献报道多相催化剂催化含N杂环侧链氧化生成酮的方法.本文使用硝酸锰和菲啰啉的络合物在氮气氛围中高温焙烧,制备了一系列新型MnO_x-N@C材料.首次应用于C–H氧化成酮的领域中.以2-苄基吡啶为模板底物,使用叔丁基过氧化氢为氧化剂,我们研究了MnO_x-N@C材料的催化活性.研究发现,在600oC焙烧得到的MnO_x-N@C材料具有最高的催化活性.实验得到最佳的反应条件:0.5mmol底物,3当量的叔丁基过氧化氢,1mgMnO_x-N@C(600oC)材料.ICP结果表明,1mgMnO_x-N@C(600oC)材料中含有的锰相对于0.5mmol底物的摩尔分数为0.79mol%,说明该材料具有很高的催化活性.我们进一步研究了MnO_x-N@C(600oC)材料适用的底物范围,发现它可以催化2,3-环戊烯并吡啶类化合物、苄基吡啶类化合物发生氧化反应生成相应的酮;当反应底物中存在其他可以被氧化的碳氢键时,该材料表现出很高的选择性,可见其具有广泛的底物范围和优异的选择性.对于克级以上规模的底物量,MnO_x-N@C仍能表现出很高的催化活性,表明其在有机合成中具有很好的实用性;连续使用6次后,该催化剂依然表现出很高的催化活性.表征结果表明,MnO_x-N@C(600oC)材料中MnO_x粒子大小为1.71–6.56nm;样品中存在C–N,C=N和吡咯型的N;Mn的化学态有+2,+3和+4.     

胺-胺氧化偶联合成亚胺的研究进展

亚胺是一类性质活泼的中间体且具有很好的抗菌作用,因而受到广泛关注.胺-胺氧化偶联合成亚胺的路线由于具有原子经济性高和对环境友好等优点,已成为研究的热点.主要从催化剂及其催化机理两方面对胺-胺氧化偶联合成亚胺的研究进展进行综述.分别对贵金属、非贵金属、光催化、仿生催化以及聚苯胺、氧化石墨、偶氮二异丁腈等体系催化的胺-胺氧化偶联合成亚胺反应进行了详细地介绍,重点论述了各种催化剂的催化性能、优缺点和底物适用范围,还对主要催化体系的催化机理作了分析.需要指出,尽管目前胺-胺氧化偶联合成亚胺的催化剂研究已有了较大的发展,但在一定程度上依然存在着催化剂成本高,反应条件苛刻,对胺-胺交叉氧化偶联反应的催化性能较低,以及需要使用特定氧化剂、碱性助剂和溶剂等缺点.最后,基于胺-胺氧化偶联合成亚胺路线存在的问题,指出了该领域的研究方向.     

铂催化的炔丙醇酯的重排反应以及三级胺氮原子邻位的C—H官能化反应的研究

对我们研究小组近几年在铂催化炔丙醇酯的重排反应以及三级胺氮原子邻位的C—H官能化反应方面取得的成果进行了阶段小结.重点从反应的设计,反应体系中的添加剂等对反应的影响,讨论了不同底物中炔丙醇酯的重排方式,并对相关反应机理进行了讨论.同时我们首次提出了非氧化条件下铂催化的交叉脱氢偶联(CDC)反应.     

甲烷直接氧化制甲醇研究进展概述

目前,天然气转化为高附加值化工产品的应用越来越受到人们关注.甲烷作为天然气的主要成分,其转化和应用是天然气化工领域的重要研究方向.而甲烷直接氧化制甲醇长久以来一直是研究重点.甲烷直接氧化制甲醇与传统的甲烷二步法间接转化相比,有节能和工艺简化的突出特点.然而,甲醇直接氧化制甲醇过程所面临的主要问题有：(1)甲烷分子的活化能很高,需要苛刻的操作条件才能活化参与反应;(2)反应进行的程度难以控制,生成的甲醇会进一步被氧化生成较多副产物,大大降低甲醇收率.因此,高效活化甲烷分子和抑制甲醇深度氧化是促进该过程工业化的重要研究内容.本文主要论述了非均相、气相均相和液相体系中甲烷直接氧化制甲醇的研究进展.在甲烷非均相氧化过程中,采用过渡金属氧化物作为催化剂在高温条件下催化甲烷部分氧化反应,其中,钼系和铁系催化剂的研究最为广泛.研究表明, MoO3可作为催化剂的主要活性组分,尤以 MoO3/Ga2O3催化剂性能最好,得到甲醇收率最高.在铁系催化剂中, Fe-ZSM-5 催化反应的甲醇选择性和收率都相对较高;但是每次反应后催化剂都需要重新活化,这种间歇性操作会增加成本,不利于工业化应用.总之,甲烷的非均相氧化过程存在易形成金属聚集体、催化剂选择性低以及甲醇收率低(5%)等问题,需要深入系统地研究解决.然而,与非均相氧化过程相比,操作较为简单的甲烷气相均相氧化作为目前最有工业前景的过程受到越来越多关注.在此过程中,影响反应的主要因素有反应器、反应条件(反应压力、反应温度和反应时间等)以及添加的介质等.反应器的特殊设计需要考虑的方面有反应产物的分离与转移、反应热的移除以有效提高甲烷的转化率,比如膜反应器对物质的分离作用.反应压力对反应过程的影响较为复杂.基于动力学因素,提高反应压力可以较大幅度地增加甲醇收率,同时最佳反应温度降低,但是,当压力高于8.0 MPa时,设备成本消耗大幅增加.另外,研究表明,进料中加入 NOx作为添加介质可以提高甲烷转化率和甲醇选择性,同时降低初始反应温度.与前两个氧化体系相比,液相均匀氧化过程能够获得较高的甲烷转化率与甲醇选择性.但是液相体系中强腐蚀性介质的使用增加了设备成本,阻碍了该过程工业化的应用进程.因此,促进液相体系工业化的关键就是开发绿色高效的催化剂.     

过渡金属配合物催化炔烃和亲核试剂的羰化反应

羰化反应(氢甲酰化反应、羰化羧酸化反应、羰化酯化反应、羰化酰胺化反应等)是制备醛(/醇)、羧酸、羧酸酯、酰胺等高附加值含氧羰基化合物有效的途径,具有反应原子经济性高、目标羰基化合物选择性高、反应条件较氧化过程更温和可控的优势。羰化反应的原料包括烯烃、炔烃、卤代烃、醇等有机化合物。其中,在过渡金属催化剂作用下,炔烃与不同的亲核试剂(水、醇、胺等)通过发生(单/双)羰化反应可以100%原子经济性地合成(不饱和/饱和)羰基化合物(如羧酸、羧酸酯、酰胺),制得的羧酸、羧酸酯、酰胺等羰基化合物不仅在医药、农业、日化工业中有广泛用途,还是聚合、Aldol 缩合和Micheal加成等有机反应中过程反应的重要原料。因此,过渡金属催化的炔烃羰化反应成为均相催化领域受到广泛关注的研究内容。本文从不同类型的炔烃羰化反应和反应中所用羰源等方面综述了近十年来该领域的研究现状并展望其发展前景。     

甲烷直接氧化制甲醇研究进展概述（英文）

目前,天然气转化为高附加值化工产品的应用越来越受到人们关注.甲烷作为天然气的主要成分,其转化和应用是天然气化工领域的重要研究方向.而甲烷直接氧化制甲醇长久以来一直是研究重点.甲烷直接氧化制甲醇与传统的甲烷二步法间接转化相比,有节能和工艺简化的突出特点.然而,甲醇直接氧化制甲醇过程所面临的主要问题有:(1)甲烷分子的活化能很高,需要苛刻的操作条件才能活化参与反应;(2)反应进行的程度难以控制,生成的甲醇会进一步被氧化生成较多副产物,大大降低甲醇收率.因此,高效活化甲烷分子和抑制甲醇深度氧化是促进该过程工业化的重要研究内容.本文主要论述了非均相、气相均相和液相体系中甲烷直接氧化制甲醇的研究进展.在甲烷非均相氧化过程中,采用过渡金属氧化物作为催化剂在高温条件下催化甲烷部分氧化反应,其中,钼系和铁系催化剂的研究最为广泛.研究表明,MoO_3可作为催化剂的主要活性组分,尤以MoO_3/Ga_2O_3催化剂性能最好,得到甲醇收率最高.在铁系催化剂中,Fe-ZSM-5催化反应的甲醇选择性和收率都相对较高;但是每次反应后催化剂都需要重新活化,这种间歇性操作会增加成本,不利于工业化应用.总之,甲烷的非均相氧化过程存在易形成金属聚集体、催化剂选择性低以及甲醇收率低(5%)等问题,需要深入系统地研究解决.然而,与非均相氧化过程相比,操作较为简单的甲烷气相均相氧化作为目前最有工业前景的过程受到越来越多关注.在此过程中,影响反应的主要因素有反应器、反应条件(反应压力、反应温度和反应时间等)以及添加的介质等.反应器的特殊设计需要考虑的方面有反应产物的分离与转移、反应热的移除以有效提高甲烷的转化率,比如膜反应器对物质的分离作用.反应压力对反应过程的影响较为复杂.基于动力学因素,提高反应压力可以较大幅度地增加甲醇收率,同时最佳反应温度降低,但是,当压力高于8.0MPa时,设备成本消耗大幅增加.另外,研究表明,进料中加入NO_x作为添加介质可以提高甲烷转化率和甲醇选择性,同时降低初始反应温度.与前两个氧化体系相比,液相均匀氧化过程能够获得较高的甲烷转化率与甲醇选择性.但是液相体系中强腐蚀性介质的使用增加了设备成本,阻碍了该过程工业化的应用进程.因此,促进液相体系工业化的关键就是开发绿色高效的催化剂.     

胺氧化羰基化合成脲的研究进展

CO是一种廉价、丰富且有用的C1分子,将其作为羰基源参与胺氧化羰基化反应是有机化学中一类重要的反应.近年来,采用胺氧化羰基化合成脲类化合物的技术路线备受关注.我们综述了催化剂参与的胺氧化羰基化合成脲类化合物的研究现状,还对胺氧化羰基化反应的发展趋势进行了展望.     

锌催化炔类化合物的串联氧化/C—H官能团化反应

<正>Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,8245~8249过渡金属催化的炔烃氧化反应,因其可替代易爆、剧毒的重氮化合物用于产生α-羰基金属卡宾活性中间体,近年来在有机合成化学领域倍受关注.但该类反应目前还面临两大挑战:(1)已经发现的催化剂仅限于少数贵金属如Au和Rh催化剂;(2)反应中间体极易发生过度氧化生成二羰基副产物,尤以非末端炔烃为底物时为甚;极大地限制了此     

蝴蝶型双核铜配合物催化氧化合成亚胺的研究（英文）

无论是在实验室还是工业生产中,通过胺的选择性氧化制备亚胺类化合物都具有重要的意义.秉承原子经济性、环境友好的理念,以蝴蝶型络合物Cu_2(ophen)_2为催化剂,实现了需氧型的胺的选择性氧化.值得注意的是,该催化体系对醇与胺的氧化交叉偶联、一级胺的氧化偶联和二级胺的氧化脱氢反应都是有效的.反应产率高达93%,亚胺的选择性高达99%.在反应体系中,避免了昂贵的氮氧自由基类化合物的使用,使得该体系更具有潜在的实际应用价值.     

过渡金属催化端炔的氧化交叉偶联反应研究进展

炔基化合物是有机合成中重要的一类官能团化合物,端基炔通过氧化交叉偶联反应可以制备各种各样新的炔基化合物.总结了近年来端基炔参与的氧化交叉偶联反应,主要介绍了Pd,Cu,Fe等过渡金属催化的端炔氧化交叉偶联反应研究进展.     

钴催化C—H胺化反应的研究进展

胺基化合物在有机化学、药物化学和功能性材料领域中具有广泛的应用, C—N键的高效构筑具有重要的研究意义.传统的胺化反应构筑C—N键需要对底物进行预官能团化,并且不可避免地生成定量的卤代物副产物,而C—H胺化反应直接以碳氢化合物为原料,反应具有"步骤"及"原子"经济性高的优点,符合绿色化学理念.过渡金属钴具有低毒、廉价的优势,作为C—H胺化反应的催化剂展示了其独特的催化特性,吸引了化学家们的关注.主要总结近年来钴催化C—H胺化反应的研究进展,同时对该研究领域所面临的挑战和发展前景进行总结和展望.