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过渡金属η6-配位催化的亲核芳香取代反应研究

批准号:
22071198
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
石航
依托单位:
学科分类:
催化合成反应
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
石航

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
亲核芳香取代反应是修饰芳香化合物的重要方法,在药物合成领域应用广泛。然而该方法面临着巨大的化学挑战:反应底物局限于高度缺电性的芳香环。化学家们利用过渡金属的拉电子效应,通过与芳香环π键的η6-配位作用来活化惰性的底物,能够克服底物局限性。但是该策略难以实现催化循环,通常依赖于使用当量的过渡金属η6-配合物,因而需要大量的昂贵金属以及额外的反应步骤。针对上述科学问题,本项目将以催化的亲核芳香取代反应为研究对象,拟通过研究催化剂配体-金属-芳香环在不同配位模式下三者的相互作用关系,辅助理论计算,在分子水平上认识η6-配位催化的本质规律,由此发展新型过渡金属催化剂,实现高效、普适性的亲核芳香取代催化反应。本项目的核心是开发新型配体,拟采用的设计思路是在传统的催化剂配体上引入功能性辅基,辅基在催化循环中通过与底物或金属“暂时”的相互作用来影响反应的历程。
英文摘要
Nucleophilic aromatic substitution (SNAr), an important method for modifying aromatics, has been widely used in pharmaceutical synthesis. Hitherto, there is still a fundamental challenge in this field: reaction substrates are limited to highly deficient aromatic rings. To overcome such challenge, chemists utilized transition-metals (TMs) to activate inert arenes through an interaction with the π-orbitals of aromatics. Due to the electron-withdrawing effect, SNAr reaction is promoted by TMs via such η6-coordination. However, this strategy, in general, relies on using a stoichiometric amount of TM η6-complexes, wasting a lot of costly metals. Moreover, additional steps are required to form the complex and remove the metal after the substitution. This project that focus on catalytic SNAr reactions is going to reveal interactions between ligands, TMs, and aromatic rings in different coordination modes. Assisted by theoretical calculations, we will try to disclose natures of η6-coordination catalysis, and develop new TM-catalysts to achieve highly efficient, catalytic SNAr reactions. The main part of this project is the development of new ligands, which feature a functional group on the skeleton of traditional catalysts. The catalytic cycle could be facilitated by a temporary interaction between such group and substrate or metal.
亲核芳香取代反应是亲核试剂通过对芳香环加成并取代离去基团的一类转化,被广泛应用于合成及修饰芳基卤代物。然而该经典方法的主要挑战源于亲核试剂对芳香环的进攻加成步骤,由于涉及破芳香性,因此具有以下显著的局限:1)依赖强吸电子取代基活化芳香环;2)以芳基氟代物为主要反应底物类型;3)弱亲核试剂的反应性差。申请人利用亲电性的高价过渡金属,通过π配位活化提高芳香环的亲电性,克服经典取代反应的上述固有局限。更为重要是,通过发展钌(II)和铑(III)催化剂分别实现芳香环的可逆π配位,逐步建立了催化策略来实现高效的取代反应。.在项目执行期内,首先研究了过渡金属铑催化的非活化芳基卤代物与弱亲核试剂的取代反应,分别发展了芳基氟代物与水或醇的羟基化/烷氧基化反应、芳基氯代物和溴代物与六氟异丙醇的取代六氟异丙氧基化反应。在此基础上,发展了基于π配位活化苯酚的极性反转策略,分别实现了铑催化和钌催化的苯酚与胺的取代胺化反应。此外,建立了π配位活化吡啶环的催化循环,发展了钌催化的氨基吡啶与胺的取代胺化反应,为吡啶类化合物的官能团化提供了新的研究思路。.项目的科学意义:1)建立催化循环,为亲核芳香取代反应提供了过渡金属π配位活化芳香环的催化策略;2)将过渡金属与苯环π配位模式的应用范畴由对芳基卤代物的活化拓展到对苯酚和胺基吡啶的活化。
围绕芳香化合物的惰性化学键转化研究
  • 批准号:
    R24B020010
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    石航
  • 依托单位:
过渡金属π配位催化的苄负离子亲核反应研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    石航
  • 依托单位:
国内基金
海外基金