氮杂环卡宾(NHC)催化自由基交叉偶联反应研究
批准号:
22101111
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:
曾小军
依托单位:
学科分类:
催化合成反应
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
曾小军
中文摘要
氮杂环卡宾与醛作用后产生Breslow中间体,能够使醛的极性发生反转,构建一些难以形成的化学键。因此,在有机合成领域具有重要的应用。该类催化过程主要涉及双电子反应途径,而Breslow中间体作为单电子给体研究相对较少。目前,氮杂环卡宾催化自由基交叉偶联反应存在一些弊端:1)Breslow中间体只作为催化剂,自身并不参与到产物的生成;2)远程导向自由基交叉偶联反应从未涉足。因此本项目拟理性设计以氮原子为骨架的一系列单电子受体物种,通过单电子氧化途径分别实现多组分烯烃的胺羰基化反应以及远程导向羰基官能团化。具体研究内容是亲电含氮硝化试剂或胺化试剂氧化Breslow中间体生成含氮自由基然后参与到自由基的交叉偶联反应以及氮-卤代胺氧化Breslow中间体,通过1,5-氢迁移实现远程碳氢羰基化反应。本项目的研究与完善,将为羰基化合物的精准构建提供一种新策略。
英文摘要
The Breslow intermediates, generated by reacting N-Heterocyclic carbene (NHC) organocatalysts with aldehydes, show characteristic properties to harness umpolung reactivity, and have been recognized as a powerful tool for organic synthesis. NHC catalysis involving two-electron reactions pathway has been extensively studied, while Breslow intermediates as single-electron donors remain underdeveloped. Currently, NHC-catalyzed radical cross-coupling reactions have gained increasing attention, but these reactions are limited by the following challenges:1) Breslow intermediates only serve as catalysts and do not participate in the reactions as coupling partners; 2) The remotely directed radical cross-coupling reactions have never been explored. Therefore, this project aims to rationally design a series of single-electron acceptors based on nitrogen atoms as the skeleton and to realize the three-component amine carbonylation of olefins and the remote-directed carbonyl functionalization via a single-electron oxidation pathway. The proposed research aims are to develop 1) electrophilic nitrogen-containing nitration reagents or amination reagents which can allow for the oxidation of Breslow intermediate to generate nitrogen-containing radicals and then participate in the cross-coupling reactions. 2) The remote C-H carbonyl functionalization could successfully achieve through 1,5-hydrogen migration in the presence of nitrogen-halogenated amines and Breslow intermediates. The research and improvement of this project will provide new strategies for the precise construction of carbonyl compounds.
本项目围绕氮杂环卡宾(NHC)催化自由基交叉偶联反应展开研究,旨在探索有机小分子催化在单电子反应中的应用。研究主要利用氮杂环卡宾与醛原位生成Breslow中间体,通过与氧化性物种发生单电子转移,生成自由基并实现交叉偶联反应。项目成功实现了氮杂环卡宾催化酰胺氮氟导向远程碳氢酰基化反应,构建了以往双电子反应模式难以实现的化学键。此外,还开发了NHC催化N-(苯硫基)丁二酰亚胺与醛的交叉偶联反应,高效构建了硫醚化合物,并探索了铜催化酰胺氮氟导向远程碳氢硝基烷基化反应。. 在具体研究中,项目团队通过大量实验优化了反应条件,成功实现了多种底物的官能团转化。例如,在酰胺氮氟导向远程碳氢酰基化反应中,团队发现碳酸铯条件下,以二甲亚砜为溶剂,60°C下可实现高效转化,且反应具有广泛的底物适用性。在硫醚化合物的合成中,团队通过NHC催化实现了醛与亲电硫试剂的交叉偶联,反应条件温和,底物范围广泛。此外,团队还实现了铜催化下酰胺氮氟导向的远程碳氢硝基烷基化反应,进一步拓展了碳氢键活化的应用范围。. 项目的重要成果包括:1)首次报道了NHC催化酰胺氮氟导向远程碳氢酰基化反应,相关成果发表在《Org. Lett.》上;2)开发了NHC催化醛与亲电硫试剂的交叉偶联反应,高效构建硫醚化合物,成果发表在《Chem. Eur. J.》上;3)实现了铜催化下酰胺氮氟导向的远程碳氢硝基烷基化反应,进一步丰富了碳氢键活化的研究内容。项目的科学意义在于突破了传统双电子反应的局限,拓展了有机小分子催化在单电子反应中的应用,为惰性碳氢键的活化提供了新思路。项目共发表学术论文10篇,申请专利1项,培养了一批研究生和本科生,为相关领域的进一步研究奠定了坚实基础。
酰胺氮氟导向sp3 C-H官能团化反应研究
-
批准号:22361027
-
项目类别:地区科学基金项目
-
资助金额:32万元
-
批准年份:2023
-
负责人:曾小军
-
依托单位:
国内基金
海外基金