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基于EnT二氟烷基自由基引发新策略及其在光促C(sp3)-H不对称二氟烷基化中的应用

批准号:
22108250
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
孙彬
依托单位:
学科分类:
医药化工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙彬

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目拟发展一种新型的具有双催化功能的手性喹唑啉酮催化剂,并将其应用于催化C(sp3)-H键不对称二氟烷基化反应。通过苯乙醛α位C(sp3)-H键不对称二氟烷基化模板反应研究,揭示催化剂、激发波长、溶剂及温度等反应条件与实验结果的关联,解决催化体系内各组分匹配性问题。在此基础上对催化体系再优化,以苯丙醛作为模板底物,考察光化学条件下调控醛酮衍生物α或β位C(sp3)-H键不对称二氟烷基化可行性,明确影响反应区域选择性及立体选择性的关键因素。通过GC-MS、EPR、IR等检测手段,结合自由基捕捉及荧光淬灭等实验方法,深入探究反应过程中光敏剂的激发和淬灭及能量(EnT)、电子转移(SET)等反应历程,提出合理的协同催化机理。将较优的催化剂应用于系列醛酮衍生物与溴代二氟烷基试剂的不对称偶联反应,拓展催化剂在有机合成中的应用范围,发展一种条件绿色、催化效率高、适用性广的制备手性二氟烷基化合物方法。
英文摘要
This research aims to develop a new chiral quinazolone catalyst with double catalytic sites, which was applied to catalyze the asymmetric difluoroalkylation of C(sp3)-H bonds. Through the investigation of the asymmetric difluoroalkylation of α-C(sp3)-H bond of phenylacetaldehyde, the correlation between experiment results and the reaction conditions including catalysts, excitation wavelength, solvent and temperature was revealed, and the problem of catalytic system matching was solved. Subsequently, the catalytic system was further optimized to investigate the feasibility of regulating asymmetric difluoroalkylation of α-or β-C(sp3)-H bonds of aldehydes and ketones by using phenylpropanal as a template substrate, identifying the key factors which affect regioselectivity and stereoselectivity of the reaction. After employing chemical instruments such as GC-MS, EPR, IR, combining with radical capture and fluorescence quenching experiments, the excitation and quenching of photosensitizer, energy transfer (EnT) or electron transfer (EnT) in the reaction process were deeply explored, and the reasonable mechanism of this synergistic catalysis was proposed. The optimized catalysts were then applied to the asymmetric coupling reaction of aldehyde and ketone derivatives with brominated difluoroalkyl reagents to expand the application of catalytic systems in organic synthesis. This research contributes to develoing a new method for the preparation of chiral difluoroalkyl compounds with green conditions, high catalytic efficiency and wide applicability.
含氟基团因其独特的药效和功能,近年来在药物化学领域备受关注。光促含氟烷基自由基参与C-H键官能团化是分子内引入含氟烷基的常用方法。然而,现有氟烷基自由基的引发需依赖化学当量的过氧化物或金属试剂。本课题采用温和、绿色的光催化方法,开展了氟烷基自由基引发策略研究,并探讨了自由基引发、串联机制,主要取得以下进展:(1)研究了含氟烷基参与的(杂)芳烃C-H键氟烷基化及环合串联反应。采用光催化氧化还原策略,实现二氟烷基自由基对不活泼烯烃的加成环合/羟基化串联,并成功合成系列二氟-γ-内酰胺类化合物;发展了一种新型弱键均裂引发二氟烷基化/级联环化方法,深入探讨了光促弱键均裂机理,合成了系列含二氢色原酮的多环化合物;报道了一种EDA复合物介导的(杂)芳烃C-H键氟烷基化方法,研究了关键中间体质子化芳烃的形成机理,成功合成了系列氟烷基芳烃。(2)设计了一种二氟烷基自由基介导的三重裂解构建“C=O”策略。通过光诱导溴代二氟烷基化试剂三重裂解反应,首次将溴二氟烷基化试剂作为C2合成子应用于不对称草酰胺合成;报道了一种饱和环胺化合物去饱和N-β-酰基化方法,合成了具有不同环胺结构的β-烯胺酮类衍生物,其中光照C-Br键均裂是反应启动的关键步骤。本课题还发展了其它几种自由基引发策略,实现了系列功能小分子的合成:建立了水相光催化LMCT介导脂肪族羧酸脱羧卤代体系,提供了由脂肪族羧酸转化为卤代烷烃的新途径;研究了光促硝基芳烃还原及环合反应,利用硝基芳烃的缺电子特性,通过溶剂扩散效应与富电子物种缔合形成EDA复合物,实现硝基芳烃还原制备系列芳胺类及含氮杂环化合物;设计了基于极性匹配机制的酮脱氢去饱和化策略,成功应用于酮类化合物的单次/多次脱氢,合成了系列酮或酚类化合物。本课题研究有助于推动可控自由基多步串联反应的发展,丰富了自由基引发策略及方法,并为含氟化合物、含氮杂环、酚等合成提供了新的途径。
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