大連化物所在銠催化碳氫鍵活化領域取得系列進展

　　含有碳氫鍵的化合物幾乎無處不在，是理想的反應原料。由于碳氫鍵活性低，通常需要金屬催化劑來活化。近幾年該方面的研究工作表明，茂基三價銠催化劑對碳氫鍵活化有著獨特的活性、選擇性以及官能團兼容性。盡管如此，由于底物和反應的多樣性，仍然需要對底物進行活化。中國科學院大連化學物理研究所金屬絡合物與分子活化研究組（209組）在這一領域取得了一系列進展，并在Acc. Chem. Res. 上發表綜述 (Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1007.)。近期取得的代表性進展如下：

　　(1) 芳烴底物的活化

　　芳烴碳氫鍵和金屬催化劑作用產出的金屬-碳鍵（M-C）活性中間體是親核性的，因此只能和親電試劑電性匹配，發生偶聯。為了克服這一局限，該研究組之前采用的策略是對偶聯試劑進行極性反轉，將其原位轉化為親電試劑（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4780； Org. Lett. 2015, 17, 920.）。為了拓寬極性反轉的概念，進一步提出了將芳烴進行極性反轉的新思路，即將親核性的Cδ--H鍵經銠催化轉化為親電、高活性、穩定的高價碘試劑Cδ+-I(III)，從而達到和一系列親核試劑偶聯的目的；利用這一策略實現了芳烴碳氫鍵在氮原子定位作用下和簡單的高價碘原料（Koser試劑）之間的高價碘化反應，得到非對稱的二芳基高價碘。基于二芳基高價碘的親電活性，可以經銅催化簡便地和一系列C、N、O、P、S、Br等親核試劑發生選擇性的（親核）官能化。該反應的優點是，對于這些形成不同的碳-碳、碳-雜原子鍵的反應，無需逐一經過C-H鍵活/官能化反應來對每一個反應進行優化，因此具有發散合成的優勢。這一工作發表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7405）。

芳烴底物活化反應過程

　　(2) sp3 C-H鍵的活化

　　銠催化碳氫鍵活化體系中絕大多數底物局限于芳烴和烯烴(sp2 C-H)，而烷烴的碳氮鍵由于下列原因通常活性很低：(1) C(sp3)-H鍵的位阻較大；(2) 形成的Rh-C(sp3)中間體的活性低，和偶聯組分作用較為困難；(3) 形成的Rh-C(sp3)中間體可能發生b-氫消除等不利反應。正因如此，三價銠催化下C(sp3)-H鍵官能化的報道僅有數例。因此利用烷烴中C-H鍵作為原料來快速構建C-N鍵有重要意義。該研究組利用穩定而有高活性的雜環作為酰胺化試劑，在三價銠催化下實現了一系列甲基和亞甲基碳氫鍵的選擇性酰胺化。該反應具有條件溫和、選擇性高、底物范圍廣、官能團兼容性好等優點，同時也適用于天然產物的后期官能化。反應經歷了碳氫鍵活化、酰胺化試劑的脫二氧化碳產生nitrene 中間體、銠碳鍵對nitrene的插入等過程。初步結果表明，羧酸銀鹽添加劑既能輔助碳氫鍵活化，也有助于酰胺化試劑的活化。這一工作近期發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, DOI: 10.1002/anie.201506323)上。

sp3 C-H鍵活化反應過程

　　該系列工作得到了國家自然科學基金、中科院百人計劃及中國博士后基金等的支持。