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。     

羧基导向C―H官能团化/脱羧偶联反应研究进展

以邻或对位取代苯甲酸为原料,通过羧基导向的芳香羧酸邻位碳氢键官能团化继而发生脱羧反应,在原羧基的邻位引入官能团,可以合成传统付-克反应难以合成的间位取代芳香化合物。在此类反应中,羧基充当无痕导向基的功能。本文综述了基于过渡金属催化羧基无痕导向的芳香羧酸脱羧偶联策略,形成新C―C、C―杂键的研究进展。     

过渡金属催化的酮羰基导向C—H键官能化反应进展

近二十年来,过渡金属催化的酮羰基导向C—H键活化已发展成为在酮的非传统反应位点构建碳碳键和碳杂键(杂原子为氮、氟和氧原子等)的强有力而快捷的手段.其中,钌、铑、钯、铱等贵金属催化的酮羰基导向C—H键活化反应得到了广泛研究,而廉价3d金属锰、铁和钴催化的酮羰基导向C—H活化反应逐渐成为当前研究的热点.文中按照过渡金属催化的酮羰基导向C—H键官能化的不同反应类型(烷基化、烯基化、酰胺化、芳基化、环化等)综述了该领域近年来(2014～2021)的研究进展.     

可离去和/或可修饰导向基团辅助的C—H键官能化反应研究进展

过渡金属催化的导向基团辅助的C—H键官能团化反应是当前有机化学的研究热点之一.近年来,利用可离去和/或可修饰导向基团进行C—H键官能团化反应正受到化学家的特别关注并且发展迅速.借助可离去或可修饰导向基团,不但能够大大扩展可利用的碳氢底物,而且对于快速构建分子多样性具有重要作用.作者按不同杂原子(氮、氧、硫、硅等)导向基团进行分类,全面综述了近年来关于可离去和/或可修饰导向基团辅助的各种C—H键官能团化反应的研究进展及合成应用.最后,对该领域所存在的问题和局限性进行了总结,并对今后的发展方向作了展望.     

C—H键活化和官能化的新进展

1.前言 活化有机物中最丰富但又最富惰性的饱和烃,早已是化学家梦寐以求的目标。饱和烃既无重键,又无孤对电子和极性,它的键能大,电离能高,对这种强共价键C-H或C-C键的活化,无疑具有重大的理论意义。饱和烃作为一种重要的能源和原料(如大量天然气资源和石油中低沸点直链饱和烃的利用以及作为各种有机产物、制药、纤维和其他新材料等的基本原料)研究对它的开发和利用具有重大的经济意义。尤其在石油资源逐渐枯竭,新探明的天然气储量迅速上升的情况下,迎接以天然气为基础的有机化学工业原料路线的变革和转移,     

配体促进的过渡金属催化芳烃远程meta-C—H键官能化反应研究进展

过渡金属催化C—H活化反应中,配体能够对催化中心的空间及电子效应进行调控,从而实现芳烃C—H键的选择性官能化.近年来,配体促进芳烃远程C—H键官能化反应研究有了新的进展.对近几年来配体促进的过渡金属催化芳烃远程meta-C—H键选择性官能化反应进行了系统总结,并对该研究领域的局限性和未来的发展前景进行总结和展望.     

无过渡金属条件下喹啉C5位碳-氢键官能化反应

喹啉是一类重要的杂环化合物,喹啉类化合物的合成方法研究备受关注。通过喹啉的碳-氢键直接官能化反应制备取代喹啉类衍生物是一种简便而有效的方法。然而,喹啉的C5位选择性碳-氢键官能化反应仍然存在挑战,目前大多在过渡金属催化下实现,无过渡金属条件下的反应亟待开发。本文按成键类型(碳-卤键、碳-氮键、碳-氧键、碳-硫键和碳-碳键)分类综述了近年来在无过渡金属条件下喹啉C5位碳-氢键官能化反应的研究进展,并对该领域的研究现状及所存在的问题进行了总结。     

基于C—H键官能团化的药物合成

过渡金属催化的C—H键官能团化是有机化学的重要研究内容,并被作为工具广泛应用于药物合成领域。本文阐述了C—H键官能团化的经典反应类型,着重综述了C—H键的芳基化、烯基化、烷基化、卤化、羟基化、胺化和C—H插入反应在药物合成中的应用,详细描述了具体药物的合成实例,并对重要的反应机理进行了分析,最后展望了C—H键官能团化在药物合成中的发展前景。     

过渡金属参与C―H键切断模式的理论研究进展

过渡金属催化活化C―H键来构建新共价键因具有原子经济和合成简捷的特点,已成为合成化学中最为有效策略之一。本文中,我们总结了过渡金属参与的C―H键切断的理论研究进展,并系统性提出了C―H键切断的相关模式,包括:C―H键对金属的氧化加成、碱协助的去质子化、σ-复分解、Friedel-Crafts型亲电芳香取代、α-或β-氢消除以及夺氢活化等。理论计算表明,当使用还原性较强的零价金属催化剂时,反应可按照氧化加成模式进行。当使用金属羧酸盐作为催化剂时,通常以协同金属化-去质子化机理模式实现C―H键切断。当使用阳离子金属催化剂,富电子芳烃比缺电子芳烃优先反应时,C―H键切断则会经历碱协助的内部亲电取代模式。σ-复分解是协同金属化-去质子化机理的另一种模式。如果亲电体对芳烃进行加成时,则可按照Friedel-Crafts型亲电芳香取代方式活化C―H键。α-或β-氢消除也是比较常见的活化C―H键模式。此外,夺氢活化可通过自由基过程实现C―H键活化。本文通过对过渡金属参与的C―H键活化模式的论述旨在为实验提供理论指导。     

过渡金属催化多氟芳烃碳氢键直接官能化

多氟芳烃衍生物是一种在医疗和有机半导体材料等方面有重要用途的化合物。本文介绍了近8年来过渡金属钯、铑、铜、镍催化多氟芳烃碳氢键直接官能化反应的进展。     

柱芳烃与烷烃间C―H…π和C―H…O的作用本质及协同性

以CCSD(T)/CBS方法的结合能计算结果为标准, 选择CAM-B3LYP-D3BJ/def2-SVPD密度泛函理论方法计算了甲氧基柱[5]芳烃(MeP5)与C_nH_2n+2(n=1~10, 12, 14, 16) 复合物的结合能, 结果表明, 它们之间存在强烈的相互作用, 且随着烷烃分子碳链的增长而增大; 热力学函数计算结果表明, 在298.15 K, 101325 Pa下, MeP5与C_nH_2n+2(n=3~10, 12, 14, 16)形成复合物的过程中, ΔG和ΔH均小于零, 是焓驱动的自发过程. 烷烃与MeP5之间C―H…π和C―H…O的协同作用是主客体复合物稳定化的起因, 用二代绝对局域分子轨道能量分解(ALMO-EDA)方法分析此协同作用, 发现其中静电作用和色散作用的贡献相近, 二者加和约占总吸引的94%, 极化能和电荷转移能仅占6%.     

可溶过渡金属体系对饱和烃C-H键的活化与官能化

本文综述了饱和烃C-H键活化的新进展以及利用可溶过渡金属多氢化物对饱和烃C-H键进行活化、选择性催化官能化。     

C―F…H―X相互作用在有机反应中的影响

氢键相互作用在分子间或者分子内均广泛存在,并且对有机反应的选择性和活性具有深远影响.有机化合物中的N和O原子与不同氢键给体H―X的氢键作用已得到了广泛研究,并被巧妙地用于设计开发新的催化剂和新反应,但电负性最大的氟元素所形成的C―F键与氢键给体之间的C―F…H―X相互作用对有机反应的影响却研究很少.2011年,我们首次在酮亚胺的Strecker反应中观察到强烈的氟效应,并提出可能是源于C―F…H―X相互作用对反应的活性和选择性的影响.随后,这种弱相互作用在更多的有机反应中被观察到,并被认为对有机化学反应可能存在显著的影响,甚至还能通过理性设计来实现高反应活性和选择性.本综述将介绍底物与催化剂或溶剂之间,底物与底物之间,以及反应过渡态中形成的C―F…H―X氢键相互作用对有机反应的影响,旨在为从事有机合成和有机氟化学的研究人员提供参考和启示,从而有助于新反应和新型手性催化剂的设计开发.     

生物质转化中C―O/C―C键的活化断裂

生物质作为自然界中唯一可持续的有机碳来源,在解决环境和能源问题、创建一个碳中和的社会方面展现出巨大的潜力。木质生物质是由具有C―O/C―C键的基本结构单元构成的高分子化合物,活化、断裂这些C―O/C―C键是生物质高值化利用的关键,因此在过去十年中受到了广泛的关注。本文首先简要综述了生物质转化中C―O/C―C键催化断裂的现状,主要关注C―O/C―C键断裂的关键挑战和现有策略。我们的目标不是全面概述C―O/C―C键活化断裂的现况,而是提出与C―O/C―C键断裂相关的核心问题并且对未来的研究作出展望。我们选择了碳水化合物和木质素中几种具有代表性的C―O/C―C键来讨论它们在不同情况下协同催化断裂的机理,然后对未来的研究提出自己的见解。     

生物质转化中C―O/C―C键的活化断裂

Sustainable fuels and chemicals are receiving unprecedented attention worldwide in the context of achieving global carbon neutrality. Biomass, as the only natural and sustainable carbon-based source, shows great potential in addressing our current environmental/energy problems and in creating a carbon-neutral society. Lignocellulosic biomass is made up of basic structural units containing C―O/C―C bonds, and the catalytic cleavage of these C―O/C―C bonds is the key for biomass valorization; thus, garnering considerable attention in the past decade. This viewpoint begins with a brief report on the current status of catalytic activation/cleavage of C―O/C―C bonds during biomass conversion, and then goes on to discuss the key challenges experienced and possible strategies that can be implemented using cooperative catalysis. Our goal is not to provide a comprehensive overview of the activation/cleavage of the C―O/C―C bonds in biomass, but rather to highlight the core questions and challenges related to this process and the requirements for future investigations. We selected several representative C―O/C―C bonds in carbohydrates and lignin to discuss their catalytic mechanism in terms of total/selective bond cleavage, and then present our own insights for future studies. Therefore, this article mainly discusses the following two aspects: (1) The activation and cleavage of C―O bonds, which includes total and selective C―O bond cleavage in furan-based fuel precursors and lignin. When aiming to produce liquid fuels, including alkanes and arenes from biomass, the total cleavage of C―O bonds is essential. During the hydrodeoxygenation (HDO) of furan-based fuel precursors, various C―O bonds need to be cleaved, especially the C―O bond of each tetrahydrofuran ring, which has the highest bond energy. When compared with the total HDO of fuel precursors, the removal of the phenolic hydroxyl groups in lignin to produce arenes is more challenging because of the competition between the over-hydrogenation of the benzene rings and the cleavage of phenolic C―O bonds. The selective or partial cleavage of C―O/C―C bonds to form highly functionalized chemicals has recently attracted great interest and is believed to be a dynamic future research avenue. For example, the production of phenol from lignin or lignin-model compounds, through the selective removal of methoxy groups and para-side-chain groups, while preserving the phenolic hydroxyl groups, has been extensively explored in the past few years. (2) The other important aspect of this article is the cleavage of the C―C bonds in carbohydrates and lignin. The cleavage of carbohydrate C―C bonds occurs via retro-aldol condensation, which produces propylene glycol, ethylene glycol, ethanol, and lactic acid. The cleavage of C―C bonds in lignin is challenging because the bond energy of the C―C bonds is generally higher than that of the C―O bonds in lignin. Therefore, in this section, we discuss the cleavage of the strongest 5―5' bond in lignin. Finally, some subjective perspectives and future directions are provided, also highlighting several major challenges in this field.      

无过渡金属的烯烃和芳烃C—H键的巯基化反应（英文）

由于其广泛存在于天然产物、生物活性分子及功能有机材料中,芳基和烯基硫化物受到医学与化学科学家们的广泛关注,其合成也得到了快速发展.在众多合成方法中,通过无过渡金属催化的C—H键巯基化反应来构筑C—S键是最为理想的,并且已经展现出其应用前景.近些年,关于该合成策略的研究层出不穷,许多精致的合成方法得到发展,一系列巯基化的芳烃或烯烃被合成.该综述介绍了近五年关于芳烃和烯烃在无过渡金属催化条件下的巯基化反应的研究进展,并阐述相应的反应机理.     

甘氨酸衍生物C(sp3)―H官能团化反应在喹啉类化合物合成中的应用

The direct oxidative C(sp³)-H functionalization reaction has long been considered as one of the most efficient and straightforward synthetic protocol for the construction of C-C bonds. Recently, the synthesis of substituted quinolines via C(sp³)-H functionalization of glycine derivatives has gained widespread attention from the chemists. Recent progresses on the C(sp³)-H functionalization of glycine derivatives and their applications in the synthesis of substituted quinolines are described in this paper. The aims are to broaden students' vision and stimulate their interest in scientific research through the introduction of innovative scientific research.     

铜催化C—H活化/C—S偶联反应合成环烷基芳基硫醚

为设计一种利用廉价催化剂以达成C—H活化构建C—S的方法,本文研究了铜催化C—H活化/C—S偶联反应合成系列环烷基芳基硫醚化合物。以芳基磺酰肼与环烷烃为原料,溴化亚铜为催化剂,二叔丁基过氧化物(DTBP)为氧化剂,120℃反应24 h,经氧化脱氮C—H活化/C—S偶联串联反应过程,合成了系列环烷基芳基硫醚化合物。该反应适合环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷和环十二烷等环烷烃和不同取代基团(甲氧基、硝基、氯和甲基)的芳基酰肼,合成得到了18个芳基硫醚类化合物,产率为41%～72%。其结构经¹H NMR、¹³C NMR和HR-MS进行了表征。     

以7-氮杂吲哚为内在导向基团的N-芳基C—H官能化研究进展（英文）

内在导向基团是底物中固有的官能团,同时也是产物中的核心结构单元.因此,在C—H官能化反应中,内在导向基团无需事先引入以及事后脱除.在过渡金属催化的N-芳基-7-氮杂吲哚的N-芳基C—H官能化反应中,7-氮杂吲哚往往作为内在的导向基团,借助C—H官能化的反应策略,在N-芳基的邻位引入各种官能团.对过渡金属催化7-氮杂吲哚作为内在导向基的N-芳基C—H官能化的最新研究进展进行了概述.     

在过渡金属催化剂上的C―C键断裂以实现生物质的升级（英文）

将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一,可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来,大力利用生物质能已成为一种必然趋势。用于生物质转化的传统热化学催化方法通常需要高温、高压等恶劣条件,甚至还需要外部氢或氧源。相比之下,在相对温和的条件下进行的生物质有机分子电催化转化为生产高价值化学品提供了一种绿色高效的策略。特别是,通过C―C键裂解将生物质衍生的分子转化为高价值的短链化学品至关重要。近年来,大量的研究证明过渡金属(TM)电催化剂由于其丰富的三维电子结构和独特的eg轨道增强了过渡金属-氧之间的共价键合,从而在有机物的C―C键断裂中起着至关重要的作用。此外,TM电催化剂的配位环境或电子结构会影响产物的选择性。毫无疑问,明确的反应活性位点和途径有助于深入理解催化剂结构与反应活性之间的构效关系。然而,TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子的C―C键裂解反应用于生物质升级的研究目前尚处于起步阶段,其反应机理和催化反应过程尚不清楚。因此,有必要在原子水平上系统地了解电催化剂在C―C键裂解过程中的...