可见光促进的氧化还原催化反应在天然产物全合成中的应用

可见光促进的光氧化还原催化在近年来取得了重要进展, 许多可见光光氧化还原的反应被用于复杂分子的构建. 本文概述了这一领域的最新成果, 重点介绍该策略作为关键步骤在天然产物及类天然产物化合物的全合成中的应用.     

可见光光氧化还原催化的三级胺α位C-H氰基化反应

报道了可见光光氧化还原催化的三级胺α-位碳-氢键的氰基化反应.该反应使用高价碘氰基试剂作为安全的氰基源,避免生成剧毒的氰基负离子、无需使用额外的氧化剂,具有反应条件温和、官能团兼容性好、操作简便安全等优点.此外,通过应用可见光光氧化还原催化策略,首次实现了可见光催化的烷基羧酸在温和条件下的脱羧氰基化反应.这些反应为α-氨基腈类化合物和烷基腈类化合物的合成提供了一种有效的方法.     

可见光促进的叔胺C—H官能团化反应

叔胺是多种药物分子和天然产物的重要结构组成部分.可见光促进叔胺C—H官能团化反应近年来受到了广泛的关注,为药物分子、生物碱类天然产物的合成提供了便利.基于光氧化还原催化策略,可见光能够诱导叔胺通过单电子转移(SET)过程产生的亚胺正离子或氨基碳自由基中间体,这些中间体能够参与多种类型的有机反应,实现叔胺C—H官能团化.对近年来光氧化还原催化叔胺C—H研究进行了分类和综述.     

过渡金属铬调控光催化环化反应研究进展

如何运用更加经济、环境友好的方式制备具有生物/药理活性的化合物是有机合成、生物医药领域的重要问题。近年来发展的过渡金属催化光氧化还原反应为解决上述问题提供了契机。其中,相对于传统的钌/铱络合物催化剂,新型第一周期过渡金属铬催化剂在该领域的开发及应用备受关注。烯/炔的[2+N]环化反应是过渡金属光敏试剂催化的一个经典反应类型,通常表现出高化学、区域及立体选择性,而且产物是很多药物分子的基本结构单元,本文围绕铬调控光催化[2+N]环化反应以及机理研究进行综述,并对其中有待进一步研究的方向进行展望,希望为铬调控光催化环化反应的深入理解以及新型光氧化还原催化剂在该类反应中的发展提供启发。     

光催化有机物偶联/芳构化放氢反应研究进展

光催化氧化还原反应具有绿色、高效、安全等优势,已经在有机化学中得到广泛关注.介绍了基于光催化的偶联/芳构化放氢反应,通过使用光催化剂/催化剂的双催化体系,可用于光催化有机碳-碳和碳-杂原子成键反应,且反应中氢气是唯一的副产物.强调了有机光氧化还原体系的构建与催化机理.     

氧杂蒽类有机染料在可见光诱导有机合成中的应用

氧杂蒽类有机染料作为光氧化还原催化剂,因具有廉价易得、水溶性好、反应活性高等优点被广泛应用于可见光诱导的有机合成中.其催化的有机反应类型不断被拓展,有逐渐取代部分过渡金属催化剂的趋势.根据反应类型进行分类,综述了近些年几种常用氧杂蒽类有机染料在光诱导有机合成中的研究进展,并对其前景进行了展望.     

无过渡金属参与下光诱导的偶联反应构建碳-杂键的研究进展

近年来在光照条件下无过渡金属参与的偶联反应受到了广泛的关注,这些反应为C-N/S/P等键的构建提供了重要的方法,也在医药、农业或材料化工等领域得到了广泛的应用.重点介绍了近五年来在无过渡金属参与下由有机光氧化还原催化剂或光敏剂诱导构建C-N/S/P等键的光氧化还原反应.     

可见光促进下氟烷基砜对芳基烯烃的自由基氟烷基化反应

自由基氟烷基化是向有机分子中引入氟烷基的一类非常重要的方法,也是目前有机化学研究的热点之一.近几年来,由于广泛的官能团兼容性和温和的反应条件等优点,可见光促进的氧化还原催化反应得到了长足的发展,已经成为化学键的构建和活化的有力工具.因此,光氧化还原催化的自由基氟烷基化反应,作为向有机化合物中引入氟烷基的有效途径,受到了广泛关注.本文报道了我们发展的氟烷基砜作为一类方便易得的新型氟烷基自由基前体,在可见光氧化还原催化下实现对烯烃的自由基氟烷基化反应.该反应可以高效地向芳基烯烃中引入三氟甲基、二氟甲基、1,1-二氟乙基、苯基二氟甲基等各种含氟烷基基团,并实现对芳基烯烃的双官能团化转化.     

可见光促进的自由基型三重键插入反应在多取代芳(杂)环合成中的应用

综述了本课题组近年来在利用可见光促进的自由基型三重键插入反应合成多取代芳香化合物方面的研究进展.使用异腈插入反应构建了邻位取代吡啶、1-位取代异喹啉和6-位取代的菲啶衍生物;使用炔烃插入反应合成了多取代的萘酚和呋喃及异喹啉酮衍生物;还利用异腈/炔烃的多米诺插入反应构建了喹啉衍生物和异腈/氰基的多米诺插入反应构建了喹喔啉衍生物.这些反应都是在可见光促进的光氧化还原条件下进行,反应条件温和,产率较高.     

可见光促进的光氧化还原催化的三氟甲基化反应

全氟烷基化反应,特别是三氟甲基化反应一直是有机化学领域的研究热点。近几年来,可见光促进的光氧化还原催化的有机化学反应,因其本身所固有的条件温和、绿色和环保等优点而倍受合成化学家的青睐。该方法学也被成功地应用于一系列三氟甲基化反应。本文主要按照三氟甲基源分类,总结了近年来可见光促进的光氧化还原催化的三氟甲基化反应的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

光电联合催化的研究进展

近年来,温和、绿色的光化学和电化学反应在有机合成中得到了广泛的应用.为了进一步提升光、电反应潜力,有机化学家们致力于在单一反应体系中使用这两种策略来促进有机转化.一系列光电联合催化策略被开发出来,目前主要的光电联合催化策略是电化学介导的光氧化还原催化.此外,光激发辅助、电化学主导氧化还原的光电联合催化策略也逐渐展现出其...     

Cu、K助剂对FeMn/SiO2催化费托合成的影响

研究了Cu、K助剂对共沉淀型FeMn/SiO2催化剂还原行为、吸附行为及费托(F-T)合成活性和选择性的影响. Cu助剂以与Fe、Mn、SiO2共沉淀的方式引入, 而K助剂是在喷雾干燥前均匀加入沉淀浆料引入的. 结果表明, Cu可明显提高催化剂的还原性能, K助剂能促进催化剂在CO中的还原但抑制在H2中的还原, 而同时加入Cu和K会进一步促进催化剂在H2或CO中的还原; Cu助剂能促进H2吸附而K助剂对H2吸附无明显影响; Cu在一定程度上提高了F-T合成活性, 缩短了反应诱导期, K明显促进了CO的转化而相对抑制了H2的转化, 并且延长了反应的诱导期, Cu与K协同作用不仅提高反应的转化率而且缩短了反应的诱导期; K使得烃产物平均分子量增加, Cu单独对烃产物分布影响不明显, 而与K共同作用会进一步增加烃产物的分子量.     

可见光促进的炔烃的双官能团化反应

炔烃是一类易于制备且来源广泛的化合物,具有很高的反应活性.炔烃的双官能团化反应是一种直接、高效地构建各类有用分子骨架的策略.可见光作为一种绿色、清洁、来源广泛且丰富的能源,近几年在化学领域受到广泛关注,在烯烃的双官能团化等反应中有着重要应用.可见光促进的炔烃双官能团化反应在过去几年也得到了迅猛的发展.本综述从可见光促进的自由基历程,以及可见光促进与过渡金属联用两个方面讨论了可见光促进的炔烃双官能团化反应.可见光催化剂具有独特的单电子氧化还原特性,可与底物发生单电子转移,生成相应的自由基.一方面,各类型自由基如碳(sp~3, sp~2)自由基和杂原子(P, S, N, Se, Br, O)自由基可在可见光促进下生成,与碳碳叁键发生自由基加成反应后,生成的烯基自由基在之后的转化中形成双官能团化产物.自由基加成炔烃策略已被应用于一系列有用分子骨架的构建.然而,该策略在内炔烃及脂肪族炔烃上表现不佳.同时,其区域选择性和立体选择性也尚待提高.作为补充,可见光促进的单电子氧化还原形成1,3-偶极子与炔烃发生环加成反应的策略也在近期得到发展,但该类反应因需要特定的反应前体而受到限制.另一方面,可见光促进的单电子氧化炔烃,进而与亲核试剂反应的方法同样在近期得到发展.该方法为炔烃的双官能团化反应提供了新的思路.然而,炔烃较高的还原电势是该方法尚待解决的一个难题.利用过渡金属配合物可与叁键配位发生环金属化或者插入反应的特性,采用可见光促进与过渡金属联用策略来实现炔烃的双官能团化反应也受到研究者的重视.金属配合物在可见光照射下被活化,活化后的金属物种可与炔烃反应生成烯基金属物种,该物种为炔烃双官能团化的活性中间体.该策略可以高效地转化内炔烃和末端炔烃,同时其产物具有较高的区域选择性.然而,该策略对脂肪族炔烃的转化效率尚待提高,其产物的立体选择性问题仍需要解决.同时,发展地球丰产金属如铁、钴、镍等与可见光共同促进的炔烃双官能团化反应是该策略的发展方向之一.综上,我们总结并介绍了可见光促进的炔烃双官能团化反应.我们相信该类反应的独特的反应历程,温和的反应条件以及反应特性将会吸引更多的科学家投入研究.     

可见光诱导C—N键断裂构建C—C键的研究进展

近年来,可见光促进的光化学有机转化引起了广大有机化学家的兴趣.相比于传统方法,利用可见光作为可再生能源的光氧化还原催化已被证明是一种温和而强大的工具,可以通过单电子转移(SET)过程促进有机分子的活化.在许多天然产物的结构中存在大量的氨基功能团,同时氨基也是一些药物分子和功能材料的重要结构单元.因此,通过对这些物质分子中的C—N键进行活化而进行C—C键形成的偶联反应,则可以对该类化合物进行有效的结构修饰,从而得到具有多种结构及功能化的化合物.因此,这方面的研究现已成为了有机合成的一个重要研究领域.综述了近年来通过可见光促进C—N键断裂及其在C—C键形成反应研究中的应用研究成果,讨论了代表性的例子及其反应机制.     

过渡金属与光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应的研究进展

过渡金属催化的烯丙基取代反应是一类重要且实用的有机化学反应, 可以立体选择性地高效构建碳-碳键和碳-杂键. 可见光氧化还原催化可以利用绿色清洁的可见光能源在较为温和的条件下产生自由基或者自由基离子等高反应活性的反应中间体, 被广泛地应用于有机合成中, 逐渐发展成为一种重要的合成工具. 鉴于烯丙基取代反应的重要性, 过渡金属与光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应逐渐引起化学家的兴趣. 该协同催化的策略可以实现单一过渡金属催化难以实现的烯丙基取代反应, 反应的区域选择性和立体选择性也体现出不同的特点, 有望发展成为单一金属催化的烯丙基取代反应的重要补充. 本文综述了近年来不同过渡金属与可见光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应的研究进展.     

无过渡金属或无光催化剂条件下可见光促进喹喔啉酮C(3)—H官能团化研究进展

喹喔啉酮及其衍生物是一类重要的含氮杂环化合物,这种特殊的杂环骨架广泛存在于各种天然产物、药物分子以及功能材料中.近年来,喹喔啉酮的官能团化引起了化学工作者的广泛关注,其中通过C—H官能团化构建3-官能团化的喹喔啉酮取得了重要进展.光氧化还原催化可利用绿色清洁的光能在较为温和的条件下实现有机化合物的合成与转化,因此,越来越多的光催化体系被开发用于喹喔啉酮的官能团化.简单高效的无过渡金属或无光催化剂的反应体系非常符合绿色化学和可持续发展的要求,已成为喹喔啉酮类化合物官能团化强有力的工具,同时也受到了很多学者的青睐.对近五年来无过渡金属或无光催化剂可见光促进喹喔啉酮的C(3)位官能团化领域所取得的研究进展进行了综述,对反应机理和氧化还原淬灭过程进行了总结,并对该领域所面临的挑战和机遇进行了展望和探讨.     

光氧化还原催化自由基偶联合成β-氟代-α-氨基酸衍生物

通过可见光驱动光氧化还原催化, 发展了一种新颖、便利的β-氟代-α-氨基酸衍生物的合成方法. 以非金属的二氰基吡嗪衍生物(DPZ)为光催化剂, 以易于制备的N-芳基甘氨酸酯和芳基乙酸氧化还原酯为原料, 通过单电子氧化还原分别生成酯基取代α-氨烷基自由基及α-氟代苄基自由基. 经过高反应活性自由基的交叉偶联, 高产率地得到目标产物. 该方法由于氧化还原中性反应途径而无需额外的氧化剂或还原剂, 且属于绿色、可持续的有机催化合成策略.     

可见光氧化还原催化炔基化反应的研究进展

炔烃的合成与转化一直是合成化学领域一个重要的研究内容,如何在有机分子中高效快速地引入炔基官能团一直备受关注.光氧化还原催化可利用绿色清洁的光能在较为温和的条件下产生高活性的自由基中间体,被广泛地应用于有机合成中.相对于传统过渡金属催化的Sonogashira反应,光氧化还原催化炔基化反应在最近十年取得了长足发展,且与前者形成了很好的互补之势.该类炔基化反应既可通过端炔与铜形成的炔铜中间体进行,又可通过非端炔的炔基自由基或炔基的自由基加成消除进行.此外,由于能用于该光催化炔基化反应的自由基源种类众多,使得传统Sonogashira反应类型得到了很好补充.根据炔基化反应成键的类型,对近年来可见光促进的炔基化反应进行了简要总结.     

固体氧化物催化剂酸碱性质对 1,2-丙二醇转化反应的影响

 采用 X 射线衍射、热重、NH3 程序升温脱附、CO2 程序升温脱附等手段研究了 Al2O3, MgO, CaO 和 KNO3 改性 MgO 催化剂的结构和酸碱性质, 并在固定床反应装置上考察了上述催化剂气相催化转化 1,2-丙二醇反应性能. 结果表明, 催化剂表面的酸碱性对 1,2-丙二醇气相转化反应的产物分布有显著影响. Al2O3 催化剂上的产物以丙醛和丙酮为主; MgO 催化剂上的主要产物为丙酮醇; CaO 催化剂上丙酮和丙烯醇选择性相对较高; KNO3 改性 MgO 催化剂上环氧丙烷选择性显著升高. 结合不同催化剂酸碱性质及其反应结果, 提出了 1,2-丙二醇气相转化的 6 个主要反应途径, 明确了各反应途径与催化剂酸碱性质的关系.     

高效二氧化碳电催化还原反应花状钴催化剂的制备及性能（英文）

随着工业的不断发展,化石燃料的大量使用导致全球大气二氧化碳浓度逐年升高.通过电还原将二氧化碳转化为燃料是实现碳循环经济最有前景的途径之一.目前,还原二氧化碳常用的方法包括热化学法,光化学法和电化学法.与另外两种方法相比,电催化还原二氧化碳具有条件简便,易于控制,转化率较高,材料易得,易于放大生产等优点,具备潜在的实际应用价值.电还原二氧化碳的催化材料主要分为金属材料,金属氧化物,有机分子,生物分子等.其中,以过渡金属催化剂的研究与应用最为普遍.我们发展了一种新型金属钴催化剂的制备方法,采用快捷,绿色的溶剂热方法,以正丁胺为保护剂,合成了具有花状形貌的金属钴催化剂.这种特殊形貌的金属钴催化剂相比体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,能够暴露更多的活性位点,在二氧化碳电还原反应中表现出极高的催化活性与选择性.我们采用循环伏安法和线性扫描伏安法(LSV)等电化学表征手段,进一步证明了先前其他课题组已报道过的通过溶剂热法制备得到的钴/钴氧化物二维材料在二氧化碳电催化还原过程中,金属钴/氧化钴界面的存在对二氧化碳还原反应具有决定性作用的观点.X射线衍射表明这种新型金属钴催化剂具有六方密堆积的晶体相,晶粒平均直径为17.3 nm.扫描电子显微镜直观地展示了其不同于体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,具有特殊的形貌.电化学表征结果显示花状金属钴催化剂比另外两种材料具有更正的起始电位(-0.7 V vs.SCE).不同扫描速度LSV研究表明,甲酸等其他还原产物的形成受二氧化碳传质控制影响.采用核磁共振分析不同电位下10 h恒电位电解产物,发现当电极电势为-0.85 V(vs.SCE)时,还原产物甲酸的法拉第效率达63.4%.另外,循环伏安曲线表明该催化剂不仅对二氧化碳还原反应具有极高的活性,同时,对还原产物的氧化也表现出极低的过电位与极高的反应活性,因此所开发催化剂可视为一类双效电催化剂.