关于碳氢活化中含氮原子的导向基的综述.docx

关于碳氢活化中含氮原子的导向基的综述摘要碳氢键活化反应因其具有原子经济性和环境友好的优点，引起了合成化学家的浓厚兴趣，已被广泛应用于药物分子、天然产物及功能材料的合成中。其中，过渡金属催化的辅助基团导向的C-H键官能化由于区域选择性好，反应活性高而成为目前有机合成的热点研究领域，为高效和立体选择性地构筑药物分子和生物活性分子提供了新途径。1 前言现代化学的宗旨是绿色可持续，但是在可预见的未来，化石资源等不可再生资源将逐渐枯竭，大自然对现代化学工业赖以存在的基本化学原料的供应也将会终止[1-3]。所以碳氢键活化反应应运而生。现在已成为现代有机合成化学最重要的合成工具，被广泛应用于药物、天然产物以及新型功能材料的合成中[4-8]。 一方面，石油、天然气以及煤的主要成分是含有惰性碳氢键的烷烃类化合物[9-11]，而对这些宝贵的化石资源的利用，至今仍主要局限于将其燃烧而提供能源。因此，对碳氢键进行有效的活化研究，可以大幅度提高资源的利用效率。 另一方面，目前为数不多的、已实现工业化的惰性烷烃碳氢键的转化存在着以下几个问题：（1）绝大多数需要在高温、高压以及强酸性的条件下进行，反应条件比较苛刻；（2）需要通过多步过程才能完成，反应步骤复杂；（3）转化效率不高，且通常存在选择性差的问题，得到人们所需产物的同时也会产生不必要的副产物[12-14]。由于存在以上缺陷，目前化学化工领域对环境的污染已经成为严重影响人类生活质量及身体健康的社会问题。因此，实现温和条件下惰性碳氢键的活化，可以减少能源消耗、降低污染物排放，使化学反应趋于“绿色化”[15-19]。 因而，从基础科学研究的角度讲，如何有效的对惰性碳氢键进行活化，如何发展新型高效，环境友好的构筑碳氢键方法一直是有机化学中研究的热点，研究具有极大的挑战性和重要的理论意义。本文将从含氮原子导向基入手，从酰胺，吡啶，亚胺等[20-22]几个方面对碳氢键活化反应的发展进程进行综述。2 含氮原子导向的碳氢键活化反应2.1 酰胺导向的碳氢键活化反应酰胺是自然界中广泛存在的化合物，作为导向基团时，由于其氮上Free的氢，以及酰胺键可能断裂，会有一些意想不到的结果。2010年，Dong课题组报道了钯催化下温和、高效的芳胺邻位芳基化[23]。此反应中发生双氧活化，富电子或电中性的芳烃可以与胺发生氧化芳基化;对于特殊结构的底物，可以分子内双氢活化，得到内酰胺一一菲啶酮类化合物。底物与当量的催化刻反应可以高收率得到二聚钯中间体，为反应机理提供了证据。2011年，Cheng课题组报道了 N-甲氧基芳基甲酸胺类化合物在钯催化下与芳烃的关环反应，其产物也是菲啶酮类化合物[24]。该反应中四个C-H键被官能化，反应效率很高。值得注意的是，反应在室温下就可以发生，高收率得到一系列有用的菲啶酮类化合物，为药物活性分子的筛选提供了条件。47同年，Yu课题组报道了类似的反应，其导向基团是4-三氟甲基-2,3,5,6-四氟苯胺，强吸电子基团的使用被认为提高了反应活性，与前面不同的是，反应没有关环[25]。值得注意的是，反应中的氧化剂是氟试剂NFSI。2011年，Jeganmohan课题组报道了钌催化下酰胺与芳基硼酸的芳基化反应，各种苯硼酸(包括羟基苯硼酸和杂环硼酸，甚至苯乙烯硼酸)都可以高收率得到产物，体现了反应良好的官能团适应性[26]。产物在三氟乙酸酐作用下可以得到芴酮。2012年，Fabis课题组报道了钯催化下芳基甲酸磺酸胺导向的芳基化[27]。芳基化来源是芳基碘，磺酰胺为产物提供了转化的可能，产物可以转化为菲啶酮、芴酮、酸、酯和醇等。可以看到，上面的酰胺都是比较特殊的，氮上有甲氧基或者磺酸基等。对于普通的酰胺，如N，N-二异丙基芳基甲酰胺的芳基化，在2012年由Glorius课题组实现。PivOH的加入对反应至关重要[28]。不足之处在于，对于普通的溴苯，其反应位点的选择性不好，在大多数情况下，溴苯对位和间位都可以反应。同年，该课题组对反应进行了拓展，杂环化合物，如吲哚，呋喃，噻吩也可以反应[29]。酰胺与炼径的反应也有了广泛的研究。2011年由Glorius课题组利用底物中N-0键作为自身氧化剂实现了铑催化下与烯烃的反应[30]。对于N上是甲氧基的底物，得到的是烯基化产物，是P-H消除。同样是铑催化，Li课题组在2012年报道了异喹啉酮导向的烯基化[31]。在此反应中需要加入2.2当量的氧化剂，与前者有明显的不同。异喹啉酮是重要的有机中间体，在药物合成中有广泛的应用，其官能化具有重要的意义。通过选择催化剂，可以选择性的合成不同官能团的异喹啉酮。同年，Ackermann课题组在水相中也实现了乙酰苯胺的烯基化，催化剂也是[RuCl20-cymene)]2[32]。反应产物是苯胺或者苯甲酸的衍生物。分子内的氘代实验