钴催化双齿导向基辅助的1-萘胺衍生物与醇的区域选择性碳氢键烷氧基化反应（英文）

研究了吡啶酰胺双齿导向的钴催化1-萘胺衍生物的区域选择性碳氢键烷氧基化反应.研究发现不仅一元醇可以作为烷氧化剂在标准条件下较好地实现1-萘胺C(8)位的烷氧化反应,而且具有多重用途的脂肪二元醇以及低聚乙二醇,也可以以中等的收率得到相应的目标化合物,这可能是钴催化碳氢键活化构筑碳氧键的首次发现.此外,利用这个实验方法,以氘代甲醇为烷氧化试剂实现了同位素标记的8-烷氧基取代的1-萘胺衍生物的合成.通过控制实验,发现该反应中吡啶酰基是最佳的双导向基团,而且反应过程可能经历了单电子转移机理.     

钴催化双齿导向基辅助的1-萘胺衍生物与醇的区域选择性碳氢键烷氧基化反应

研究了吡啶酰胺双齿导向的钴催化1-萘胺衍生物的区域选择性碳氢键烷氧基化反应.研究发现不仅一元醇可以作为烷氧化剂在标准条件下较好地实现1-萘胺C(8)位的烷氧化反应,而且具有多重用途的脂肪二元醇以及低聚乙二醇,也可以以中等的收率得到相应的目标化合物,这可能是钴催化碳氢键活化构筑碳氧键的首次发现.此外,利用这个实验方法,以氘代甲醇为烷氧化试剂实现了同位素标记的8-烷氧基取代的1-萘胺衍生物的合成.通过控制实验,发现该反应中吡啶酰基是最佳的双导向基团,而且反应过程可能经历了单电子转移机理.     

导向基团辅助的C—H键功能化

过渡金属催化的碳氢活化是方法学研究的热门领域。近些年,通过引入辅助基团作为导向基对化合物进行C—H键功能化,吸引了研究者们极大的关注。借助导向基,不仅可以大大提高反应的区域和立体选择性,更能提高催化反应的效率。本文综述了近三年内,通过羧基、吡啶等含氮、氧等导向基团进行导向基辅助的碳氢键活化,构建C—C键、C—O键以及C—N键的方法,重点讨论了催化剂的选择和反应机理的研究,同时也总结了目前所存在的问题和局限性,并对今后的发展方向作了展望。     

氨基酸作为瞬态导向基在碳氢键活化反应中的研究进展

近年来,基于瞬态导向策略的碳氢键活化获得了极大关注,与传统的碳氢键活化反应相比,瞬态导向基团辅助碳氢键活化无需额外进行导向基的预安装和后期去除步骤,大大提高了反应的原子和步骤经济性.在目前发现的瞬态导向基中,氨基酸作为导向基进行碳氢活化获得了重大成果.氨基酸具有廉价易得、来源广泛及结构丰富多样的优点,通过使用α或β-氨基酸进行导向控制碳氢活化反应的位点选择性,并且可利用氨基酸的固有手性诱导反应的立体选择性.综述了近年来以氨基酸为瞬态导向基、过渡金属催化的碳氢键活化研究进展,按照不同氨基酸导向基所进行的各类底物的C—H官能团化反应进行分类,并对该领域目前的局限和未来发展进行了总结和展望.     

N-苯氧基乙酰胺导向的碳氢键官能团化反应研究进展

碳氢键活化反应因具有原子经济性和步骤简捷性的特点,近年来成为有机化学研究的热点领域之一.在传统的碳氢键活化反应中,通常需要加入等物质的量的氧化剂来实现催化剂的再生,使催化循环顺利地发生.而N-苯氧基乙酰胺作为一种新型的含有氧化型导向基的反应底物,可以有效地避免等物质的量外加氧化剂的使用,使碳氢键活化在氧化还原中性的条件下进行.综述了N-苯氧基乙酰胺在有机合成领域特别是碳氢键活化反应中的最新研究进展,并对反应的机理进行了讨论.     

铑(Ⅲ)催化N-苯氧基乙酰胺与亚甲基氧杂环丁酮氧化还原中性的碳氢活化/环化反应的机理研究（英文）

N-苯氧基乙酰胺是铑(Ⅲ)催化无外加氧化剂条件下碳氢活化反应中的一类典型底物.为了研究这类分子中O-NHAc部分作为氧化导向基团的起作用方式,通过密度泛函理论(DFT)计算研究了铑(Ⅲ)催化N-苯氧基乙酰胺与亚甲基氧杂环丁酮氧化还原中性的碳氢活化/环化反应的机理问题.结果显示,在形成铑(Ⅲ)杂七元环中间体后,直接的O—N键断裂形成铑(V)中间体的过程在能量上是不利的.相反,该中间体更容易发生β-氢消除/还原消除,从而得到铑(I)中间体,其再通过氢转移/O—N键断裂可再生活性的铑(Ⅲ)催化剂.形成烯基化中间体后,通过分子内的亲核取代反应即可得到最终产物.密度泛函理论(DFT)计算揭示的铑(Ⅲ)/铑(I)/铑(Ⅲ)催化循环过程为反应结果提供了深入理解.     

单取代芳烃对位选择性碳氢活化反应研究

以单取代芳烃为芳基化试剂,以羰基为导向定位基团,研究了单取代芳烃对位选择性与芳香酮的交叉脱氢偶联反应。该方法的高选择性一方面体现在用作芳基化试剂的单取代芳烃能够单一选择性地发生对位碳氢活化,并生成对位取代产物;另一方面,作为弱导向基团的羰基具有优异的邻位导向定位作用,高选择性地发生羰基邻位碳氢键活化。此外,该方法还具有反应条件温和、反应效率高、底物范围广、氧化剂廉价易得等优点,为对位取代联芳基化合物的合成提供了一条切实可行的途径。     

导向基团辅助过渡金属催化间位碳氢官能化研究进展

碳氢键活化是目前非常活跃的研究领域之一,然而实现碳氢键位点选择性活化是该领域面临的挑战之一.以辅助基团作为导向基,实现碳氢键间位活化引起了众多学者的极大关注,经常采用的策略包括模板导向、降冰片烯介导和配体的次级效应.对近年来通过导向基团进行的间位碳氢键活化的研究进行了详细的综述,总结了目前存在的问题,并对今后的发展方向进行了展望.     

基于N-亚硝基导向的芳烃C(sp2)—H键官能团化研究进展

近年来,N-亚硝基通过与过渡金属螯合协同活化芳烃C(sp²)—H键,成功构建了C—C键和C—杂原子键的例子已有报道.它基于内部N—N键的氧化断裂,在反应过程中无需添加外部氧化剂,反应结束后可自行离去,发展成为一种新型高效的导向基团,受到了研究者的广泛关注.总结了基于N-亚硝基导向的芳烃C(sp²)—H键官能团化的最新研究进展.     

普通烷烃C―H键的活化官能化

普通烷烃C―H键是指不受杂原子和碳不饱和官能团影响的sp3C―H键,如甲烷、链烷烃和环烷烃的C―H键等。它们具有较大的键能和较小的酸碱性,因而呈现惰性,通常不易在温和条件下发生断裂。同时,除个别烷烃以外,普通烷烃往往具有不同性质和不同位置的C―H键,其反应选择性也是一个难点。近半个世纪以来,金属参与的惰性C―H键活化及官能化反应得到了重视与发展。其中,在没有官能团导向作用下,过渡金属催化剂对甲烷C―H键和普通烷烃一级C―H键进行选择性亲电活化和氧化加成,从而导致官能化反应发生是比较有效的。本文介绍了这些方法的研究进展,包含机理分析以及相关反应的建立。     

双金属促进的均相碳氢键活化反应（英文）

近年来,过渡金属催化的碳氢键活化反应得到了快速的发展,已成为构建碳碳键及碳杂原子键的重要手段之一。利用双金属之间的协同效应,发展的双金属促进的碳氢键活化反应也引起了广泛的关注,并在均相催化领域里取得了良好的应用。双金属促进的碳氢键活化反应与单金属催化的碳氢键活化反应相比,能够表现出不同的化学选择性、区域选择性以及立体选择性,体现了其独特之处。本综述总结了各种双金属促进的碳氢键活化体系,同时依据实验和理论研究结果对可能的反应机理进行了探讨。     

氢氟酸盐和三价碘实现的β,γ-不饱和羧酸脱羧氟化反应

介绍了一种基于氧化脱羧过程的合成含氟烯丙基化合物的新方法.利用三乙胺三氢氟酸盐为氟化试剂,在碘苯二乙酸为氧化剂的条件下,对β,γ-不饱和羧酸进行脱羧氟化,反应收率53%～76%.并且开发了一系列含氟烯丙基化合物的应用方法,包括环加成、氧化、还原以及通过活化烯烃实现的氟原子的取代反应（构建C―O,C―S,C―Se,C―N键）.     

无配体参与的铱催化的苄位二级碳氢键的硼化反应

报道了无外加配体参与的以吡唑作为导向基团的铱催化的sp3碳氢键的区域选择性硼化反应.在催化量的[Ir(OMe)(cod)]2存在下,该反应能够顺利地将苄位的二级碳氢键转化成碳硼键.该反应具有非常广谱的官能团兼容性,能够以良好到优秀的产率生成相应的产物.此外,导向基团吡唑能够通过臭氧接转化成酰胺.     

无配体参与的铱催化的苄位二级碳氢键的硼化反应（英文）

报道了无外加配体参与的以吡唑作为导向基团的铱催化的sp~3碳氢键的区域选择性硼化反应.在催化量的[Ir(OMe)(cod)]_2存在下,该反应能够顺利地将苄位的二级碳氢键转化成碳硼键.该反应具有非常广谱的官能团兼容性,能够以良好到优秀的产率生成相应的产物.此外,导向基团吡唑能够通过臭氧接转化成酰胺.     

三价钴催化下N-S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉

异喹啉是非常重要的杂环化合物,广泛应用于有机合成中,也是构成药物和材料分子的核心骨架。很多异喹啉类的生物碱都由异喹啉基本骨架构成,它们都有一定药理活性和生物活性,包括抗真菌、抗癌、抗心律失常、阵痛麻醉和降血压等功效。迄今已知的含异喹啉骨架的生物碱超过1000种,是生物碱中最多的一类。传统的合成异喹啉的方法需要官能化的原料和强酸,反应条件比较苛刻,合成步骤繁琐。例如Larock课题组利用钯催化将邻溴官能化的亚胺与炔烃环化偶联,合成了一系列异喹啉化合物。而过渡金属催化合成异喹啉是一种能够有效合成多种取代基异喹啉的方法。在过去的几十年中,通过碳氢活化策略合成杂环化合物的方法得到迅猛发展,从而使得大量的芳基化合物都能作为反应的起始原料。尤其是铑、铱、钯、钌等过渡金属都能催化芳烃的碳氢活化,从而合成异喹啉化合物。 Fagnou课题组最早报道了氧化条件下利用三价铑催化剂经碳氢键活化与炔烃偶联合成异喹啉的方法。随后,众多研究组利用氧化型导向基策略在无外加氧化剂条件下高效、高选择性地合成了异喹啉。除了利用三价铑催化剂之外,利用二价钌催化剂通过碳氢活化策略也能实现类似反应。但是,这些反应体系都必须使用铑和钌等贵金属催化剂,极大地限制了该合成异喹啉方法的应用前景。近年来,数个研究组将地球上储量丰富、便宜有效的钴络合物作为催化剂应用到芳烃的碳氢键活化反应中,在简单的反应条件下合成了各种杂环化合物。对于一些反应,三价钴催化与三价铑催化能形成互补。最近, Kanai, Ackermann和Sundararaju几乎同时报道了三价钴催化肟谜的碳氢键活化,并在无外加氧化剂条件下实现了其与炔烃的偶联反应,高效地合成了异喹啉,在该类反应中以氮–氧键断裂作为内部氧化剂。但是在钴催化条件下氧化性的氮–硫键作为内部氧化剂辅助碳氢键活化的反应尚无报道。本课题组最近报道了芳基酮的N-亚磺酰亚胺与烯烃和胺化试剂的偶联反应,经N–S键断裂,高效合成了喹唑啉。本文利用三价钴催化剂在无外加氧化剂条件下实现了芳基酮N-亚磺酰亚胺与炔烃的偶联,反应经历了碳氢键活化和氮硫键断裂得到异喹啉。此反应对端炔和内炔底物均适用。为了初步了解反应机理,我们利用分子内竞争的方法进行了动力学同位素效应测定,结果表明碳氢键断裂过程可能是反应的决速步骤。结合文献结果,提出了可能的反应机理。     

三价钴催化下N–S键辅助的非氧化条件下经碳氢活化合成异喹啉（英文）

异喹啉是非常重要的杂环化合物,广泛应用于有机合成中,也是构成药物和材料分子的核心骨架.很多异喹啉类的生物碱都由异喹啉基本骨架构成,它们都有一定药理活性和生物活性,包括抗真菌、抗癌、抗心律失常、阵痛麻醉和降血压等功效.迄今已知的含异喹啉骨架的生物碱超过1000种,是生物碱中最多的一类.传统的合成异喹啉的方法需要官能化的原料和强酸,反应条件比较苛刻,合成步骤繁琐.例如Larock课题组利用钯催化将邻溴官能化的亚胺与炔烃环化偶联,合成了一系列异喹啉化合物.而过渡金属催化合成异喹啉是一种能够有效合成多种取代基异喹啉的方法.在过去的几十年中,通过碳氢活化策略合成杂环化合物的方法得到迅猛发展,从而使得大量的芳基化合物都能作为反应的起始原料.尤其是铑、铱、钯、钌等过渡金属都能催化芳烃的碳氢活化,从而合成异喹啉化合物.Fagnou课题组最早报道了氧化条件下利用三价铑催化剂经碳氢键活化与炔烃偶联合成异喹啉的方法.随后,众多研究组利用氧化型导向基策略在无外加氧化剂条件下高效、高选择性地合成了异喹啉.除了利用三价铑催化剂之外,利用二价钌催化剂通过碳氢活化策略也能实现类似反应.但是,这些反应体系都必须使用铑和钌等贵金属催化剂,极大地限制了该合成异喹啉方法的应用前景.近年来,数个研究组将地球上储量丰富、便宜有效的钴络合物作为催化剂应用到芳烃的碳氢键活化反应中,在简单的反应条件下合成了各种杂环化合物.对于一些反应,三价钴催化与三价铑催化能形成互补.最近,Kanai,Ackermann和Sundararaju几乎同时报道了三价钴催化肟谜的碳氢键活化,并在无外加氧化剂条件下实现了其与炔烃的偶联反应,高效地合成了异喹啉,在该类反应中以氮–氧键断裂作为内部氧化剂.但是在钴催化条件下氧化性的氮–硫键作为内部氧化剂辅助碳氢键活化的反应尚无报道.本课题组最近报道了芳基酮的N-亚磺酰亚胺与烯烃和胺化试剂的偶联反应,经N–S键断裂,高效合成了喹唑啉.本文利用三价钴催化剂在无外加氧化剂条件下实现了芳基酮N-亚磺酰亚胺与炔烃的偶联,反应经历了碳氢键活化和氮硫键断裂得到异喹啉.此反应对端炔和内炔底物均适用.为了初步了解反应机理,我们利用分子内竞争的方法进行了动力学同位素效应测定,结果表明碳氢键断裂过程可能是反应的决速步骤.结合文献结果,提出了可能的反应机理.     

中科院上海有机所研发一种新的催化体系

<正>中科院上海有机所金属有机化学国家重点实验室梅天胜研究团队利用电化学氧化替代传统化学氧化剂的新策略,成功实现了金属催化的碳氢键的选择性官能化。相关研究成果已发表于《美国化学会志》。金属催化的烷烃/芳烃碳氢键选择性官能化是一种理想、高效的化学转化方法。还原消除反应是碳氢键官能化中构建新的C—C/C—X(杂原子)键的关键反应之一。     

钯/碳催化三唑导向C—H键活化芳基化

以钯/碳为催化剂,三唑作为易移除导向基团,可实现苯环C(sp2)—H键活化芳基化反应.这是钯/碳作为催化剂催化导向基团促进的C—H活化芳基化反应的首例报道.该反应具有官能团容忍性好,无需银盐氧化剂,导向基团易移除等优点.     

C-H键选择性直接电氧化研究

C-H键是有机化合物中最基本的化学键,C-H键的活化和直接转化避免了反应物的预先官能化,是最终实现烷烃类化合物转化为不同种类有机化合物最直接、高效的转换方式,通过C-H键构建C-X键（X=O、C、N）是非常重要和具有挑战性的研究. C-H键直接电氧化活化过程中以“电子”参与反应,不需要加入额外的催化剂,并可通过选择合适的电极材料、支持电解质、溶剂和反应温度,通过恒电流或者恒电位电解,进行具有特定的反应选择性和区域选择性的C-H键电氧化活化,从而获得含其他活性基团的目标产物.     

导向碳氢键活化与不饱和分子的电氧化环化反应

过渡金属催化导向碳氢键活化与不饱和分子的环化反应已成为合成复杂碳环和杂环化合物的高效途径,但反应中往往需要额外加入化学计量化学氧化剂来实现反应循环.电化学有机合成可利用电流代替昂贵、有毒的化学氧化剂,是一种环境友好的绿色合成手段.近年来,电化学有机合成与过渡金属(如Pd、Ni、Co、Ru、Cu、Rh、Ir等)催化碳氢键活化的结合取得了显著的进展.重点介绍了过渡金属催化导向C—H活化与炔烃、烯烃、一氧化碳和异氰等不饱和分子的电氧化环化反应的最新进展,并对该领域未来发展方向进行了展望.