催化剂调控的重氮化合物与1,3-二羰基化合物C—C及C—H化学选择性插入反应

正Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8927～8931 季碳中心广泛存在于天然产物及药物分子中,发展季碳构建新方法非常重要.目前,通过"一碳"合成子对碳-碳单键的插入反应来构建季碳中心仍然是一个巨大的挑战,例如,金属卡宾与碳-碳键插入反应构建季碳中心的策略仅有一例报道,且仅适用于具有较大张力能的环状分子.近日,从重氮化合物和1,3-二羰基化合物出发,东北师范大学化学学院毕锡和课题组在银催化下首次实现了金属卡宾对非环状C—C键的插入,高效合成     

过渡金属催化N-导向羰基和醇羟基邻位C—C键活化反应的研究进展

过渡金属催化碳-碳键活化反应是近年来金属有机化学中非常热门且富有挑战性的研究领域之一.主要综述了近年来过渡金属(Rh,Ni,Pd和Ru)催化基于氮原子导向基团化合物碳-碳键活化与重组的研究进展,并对相关反应机理进行了探讨.     

过渡金属参与的C—F键官能团化反应机理研究进展

有机氟化学凭借其独特的内涵在材料科学、催化化学、医学、精细化工以及生物化学领域引起了越来越多的重视,其核心在于碳-氟键的构建和切断.过渡金属的引入为活化碳-氟键提供了新的可能,也逐渐成为合成很多复杂有机物的一种替代途径.总结了以往对过渡金属促进碳-氟键活化和切断的理论研究进展,并系统性提出了碳-氟键活化的相关模式,包括碳-氟键对金属的氧化加成、过渡金属活化的芳香亲核取代、碳(sp~3)-氟键双分子亲核取代(S_N2)以及β-氟消除等.理论计算表明,当使用还原性较强的零价镍催化剂时,反应可按照氧化加成模式启动.而如果使用零价铂催化剂,则需要对氟原子进行额外活化才能发生氧化加成.当使用氢化金属物种还原多氟代芳烃时,氢负离子可以与多氟代芳烃发生芳香亲核取代实现碳-氟键活化.对于碳(sp~3)-氟键来说,如果使用"硬"的Lewis碱,例如锂盐或镁盐,则可按照双分子亲核取代(S_N2)方式活化碳(sp~3)-氟键.此外,β-氟消除也是一种可能的替代机理.     

官能团导向的C—H键与有机金属试剂构建C—C键的偶联反应

过渡金属催化的碳氢键活化是有机化学领域的研究热点之一,碳氢键直接参与的偶联反应为碳碳键的构建提供了的一种高效便捷途径.过渡金属活化碳氢键产生的碳-金属中间体与有机亲电试剂的偶联反应已有广泛报道和综述,相应的中间体与有机金属试剂的氧化偶联反应在近年来不断有新的研究成果出现.该综述以C—H及C—M中的碳原子的杂化类型作为分类标准,对近十年来不同类型的碳氢键与有机金属试剂的偶联反应进行总结和讨论,并对今后的发展方向进行展望.     

供体-受体氮杂环丙烷碳-碳键断裂的环加成反应研究进展

氮杂环丙烷有两种不同的开环方式:一种是碳-氮键断裂开环,另一种是碳-碳键断裂开环.其中,氮杂环丙烷以碳-氮键断裂的反应已经有很多综述报道.主要概述了近二十年来供体-受体(Donor-Acceptor,D-A)氮杂环丙烷以碳-碳键断裂的环加成反应研究进展.在合适催化剂作用下,D-A氮杂环丙烷经碳-碳键断裂开环形成亚胺叶立德,该叶立德可以和醛、亚胺、烯烃、炔烃和吲哚等发生[3+n]环加成反应.     

nido-C2B9H112-碳硼烷异构体结构和稳定性的密度泛函研究

采用密度泛函方法对11顶点巢式碳硼烷C2B9H112-异构体进行了几何结构优化,分析了稳定性、电荷分布及分子轨道.结果表明,9个异构体都有对应的稳定构型,保持了巢式骨架结构.C取代开口五元环上B的异构体更稳定,且随取代数目增加和C原子间距增加而增加,C—C键和C—B键作用增强.C取代内层B使异构体稳定性降低,C—C键和C—B键长随之增长.负电荷主要集中在C原子上,开口五元环上的C原子上负电荷要比内层C原子更多,成为亲核取代反应中心.异构体分子前线轨道具有和η5-C5H5-相似的π键性质,ΔELUMO-HOMO反映的化学稳定性与结构能量稳定性趋势一致.     

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。     

过渡金属催化的基于季铵盐C—N键断裂的偶联反应研究进展

含有碳-氮(C—N)键的胺类化合物广泛存在于天然产物、药物分子和功能材料之中.C—N键作为分布最广且相对惰性的化学键之一,通过对其选择性的断裂来构建新的碳-碳(C—C)或碳-杂(C—X)键在近年来逐渐发展为一种新的合成方法.季铵盐化合物易于从胺类化合物合成,发生C—N键断裂相对容易.综述了近年来以季铵盐为原料通过过渡金属催化的C—N键断裂实现的交叉偶联反应.     

不对称C―H/C―H交叉脱氢偶联反应研究进展

近年来交叉脱氢偶联(CDC)反应在有机合成化学领域受到广泛关注,该策略在构建碳-碳键的反应中避免了底物的预官能团化,具有很高的原子经济性,符合绿色化学的发展要求。通过不对称CDC反应可以实现立体选择性构建碳-碳键,是目前有机合成中的热点研究领域。本文综述了不对称CDC反应研究进展,并对该领域未来的发展方向进行了展望。     

室温下三价铑催化的C_(sp~3)—H键活化/分子间酰胺化反应

<正>Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,9404~9408目前,三价铑催化的C—H键官能化反应是有机合成领域的研究热点之一.经过近几年的迅猛发展,茂基三价铑催化的Csp2—H键活化反应已经成为构筑碳-碳和碳-杂原子键的有效手段.与此同时,活性的Csp3—H键活化的例子     

可见光/镍协同催化烯烃和炔烃双官能团化反应研究进展

可见光氧化还原催化与金属镍催化的联姻,使得在极为温和条件下构建挑战性化学键成为可能.然而,大多数协同催化体系只能构建单一的碳-碳键或碳-杂原子键.近些年来,可见光/镍协同催化在烯烃及炔烃分子间双官能团化反应领域引起了广泛关注.该协同催化级联模式可以一步构建多个化学键,为复杂结构单元的快速高效构筑提供了温和且高选择性的方...     

铜/钯共催化的烯烃不对称硼碳化反应

正手性有机硼化合物是重要的构建碳-碳键和碳-杂键的合成子,被广泛应用于天然产物、生物活性小分子及功能材料的合成中.通过烯烃不对称硼碳化反应来构建手性有机硼化合物是一种简洁高效的方法,目前相关报道非常少.中国科学院成都生物研究所廖建课题组利用铜/钯双金属共催化(串联)策略,首次实现了联硼酸频哪醇酯和烯丙基叔     

过渡金属催化重氮化合物参与的芳烃碳(sp~2)-氢键官能团化研究进展

碳-氢键官能团化已经成为化学中最重要的研究课题之一.控制碳-氢键官能团化的区域选择性在目前是最关键的问题,同时也很具有挑战性.过渡金属催化的重氮化合物的有机转化,例如杂-氢键插入、环丙烷化、交叉偶联反应以及烷基碳-氢[C(sp~3)—H]键官能化反应发展比较成熟,但是芳烃的碳-氢[C(sp~2)—H]键官能团化反应研究较少.这篇综述总结了过渡金属催化重氮化合物参与的芳烃的碳-氢[C(sp~2)—H]键官能团化反应研究进展.为了实现反应的选择性,有两种策略运用在其中.一种是导向的碳-氢(C—H)键活化,主要得到邻位碳-氢键官能团化产物;另外一种是非导向策略,主要表现出对位选择性.对一些代表性的例子也做了机理介绍.     

NaBH_4/I_2介导的醇的碘化反应（英文）

有机碘化合物在有机合成中具有重要作用,可用于碳-碳键和碳-杂原子键的形成反应中,发展有机碘化物的高效制备尤为重要.报道了一种利用廉价、安全和易得的硼氢化钠和碘单质在1,4-二氧六环中将醇类化合物转化为对应碘化物的反应.该方法对于苄醇类化合物和烷基醇类化合物十分有效,而烯丙基类醇和二级三级醇则不反应.     

C60与铈卟啉相互作用的密度泛函理论研究

应用Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)密度泛函理论对5种可能存在的富勒烯与铈卟啉复合物进行了几何结构优化, 通过分子间距离及结合能数值, 确认了C₆₀和铈卟啉可以通过非键相互作用形成超分子主-客体复合物, 且最有可能的作用位点为C₆₀的C5:6键(相邻五元环与六元环共用碳-碳键). 应用扩展过渡态方法对结合能进行分解, 分解结果显示, 静电能对总吸引能的贡献约为60%, 说明静电作用是复合物稳定存在的最主要因素. 最后对复合物中的电子流向进行了研究, 结果表明复合物中电子的转移与主-客体间相互作用有一定联系, 且电子是从主体铈卟啉流向客体C₆₀.     

光/电化学氧化诱导C–H键官能团化

C–H键活化及其官能团化一直被认为是合成化学的圣杯,光/电氧化诱导C–H键官能团化反应为追求更为绿色、原子经济性、步骤经济性更高的现代合成化学提供了新思路.我们借助可见光或电化学氧化诱导策略实现了直接C–H键官能团化,即底物无需预官能团化,无需外加氧化剂,可直接实现碳–碳以及碳–杂键的构建.通过光/电化学氧化诱导策略使得反应在更为温和的条件下进行,能够兼容更多官能团,并且为合成化学提供一条新的途径.近些年,该策略已经应用于不同化学环境C–H官能团化构建多种化学键.本文结合该领域的代表性工作,重点介绍本课题组近些年在光/电氧化诱导C–H键官能团化反应上的研究进展,并对这一领域的前景进行了展望.     

[η5:σ-Me2C(C5H4)(C2B10H10)]Ru(NCCH3)2与中间炔的反应—— 钌环丁二烯和钌杂环戊三烯配合物的合成与结构

钌可以促使炔烃通过亚乙烯基钌卡宾金属配合物或钌金属杂环配合物的形式发生碳-碳偶联反应, 它的化学性质很大程度上取决于配体的电子和立体特征. 普通环戊二烯基钌配合物可以促使炔烃三聚生成苯环衍生物或使两分子炔烃和一分子含C=X键(X = C, O, S, N等)的不饱和底物发生环加成反应得到杂环化合物. 含桥联碳硼烷–环戊二烯基配体的钌乙腈配合物[η⁵:σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(NCCH₃)₂ (1)表现出与环戊二烯基钌不同的反应性质. 例如, 配合物1与三甲基硅基取代的端炔或中间炔反应可生成含有单或双亚乙烯基有机钌卡宾配合物; 与末端芳炔则通过三分子炔和桥联配体中的环戊二烯基发生加成反应得到含有独特三环结构的有机钌配合物. 以上结果表明, 配体的位阻效应和炔烃的种类都可以影响产物的类型. 本文进一步研究了此钌乙腈配合物1与烷基或芳基取代的中间炔及中间二炔的反应. 配合物1与3-己炔或二苯乙炔在甲苯中于 80 ℃反应可以生成对空气和水稳定的η⁴-钌-环丁二烯配合物[η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(η⁴-C4Et4) (2) 或 [η⁵:σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(η4-C₄Ph₄) (3), 此反应相信是通过一个钌杂环戊三烯中间体进行的. 由于这个中间体既不能在反应中被分离到也不能在核磁反应中被监测到, 我们接下来尝试了1和1,6-二炔的反应. 在 1与2,7-壬二炔或3,8-十一碳二炔的反应中成功分离到钌杂环戊三烯配合物[η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru[=C₂- (Me)₂C₂(CH₂)₃] (4) 或 [η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru[=C₂(Et)₂C₂(CH₂)₃] (5). 化合物4与5 在甲苯回流温度仍然稳定. 由于位阻效应, 它们也不与苯乙炔、3-己炔、苯基异氰酸酯、二硫化碳以及叔丁基异腈反应. 以上新化合物通过了核磁和元素分析表征, 其中化合物2和4的结构得到了单晶X射线衍射确定. 在化合物2的晶体结构中, 钌原子通过η⁵-键与环戊二烯基配位, σ-键与硼笼相连, 以及η⁴-键与环丁二烯配位, 形成一个平面三角形结构. 在化合物4的晶体结构中, 钌原子通过η⁵-键与环戊二烯基配位, σ-键与硼笼相连, 以及与两个碳卡宾原子配位, 形成一个扭曲四面体构型. 钌与碳卡宾原子之间的键长显示其为Ru=C双键. 在以上实验结果基础上我们提出了1与炔烃反应生成2和3的反应机理: 钌-乙腈配合物通过与炔烃的配体交换反应得到钌-二炔配合物, 进一步氧化偶联得到钌杂环戊三烯中间体, 还原消除反应得到最终产物?钌-环丁二烯配合物. 在1与二炔的反应中, 4和5中的并环结构可以阻止还原消除反应, 从而起到稳定钌杂环戊三烯中间体的作用. 上述实验结果表明, 桥联碳硼烷配体和底物(炔烃)的空间位阻效应都对反应有很大的影响.     

可见光催化炔烃串联氰基烷基磺酰化/环化（英文）

报道了一种在无过渡金属条件下可见光催化炔烃与环酮肟衍生物的串联氰基烷基磺酰化/环化反应,通过SO_2的插入合成2-氰基烷基磺酰基-9H-吡咯并[1,2-a]吲哚.该碳碳叁键的双官能团化包括自由基机理,依次经历了亚胺自由基的形成、环酮的开环、SO_2的插入、磺酰基对碳碳叁键的加成、分子内环化和异构化.     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.     

N6H6结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论的b3lyp方法在6-311＋＋G**基组上对15种分子式为N₆H₆的氮氢化合物进行了理论计算, 并且应用了自然键轨道理论(Nature Bond Orbital, NBO)和分子中的原子理论(Atoms In Molecules, AIM)分析了这些化合物的成键特征和相对稳定性. NBO分析表明N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素, AIM计算的氮氮键的键临界点电荷密度与键长呈反比关系. 而且, NBO的立体和超共轭分析表明立体交换排斥能和超共轭作用对这些分子的相对稳定性起了重要作用. G3MP2计算结果表明氮氢化合物的生成热均为正, 并且环状分子的能量和生成热都高于链状分子.