有机小分子催化氨自由基参与的C-H键官能团化

作     者：胡宗兴 

作者单位：华中师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷鸿辉

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：芳烃C(sp2)-H胺化 有机小分子催化 吡啶-2-羧酸 氨基阳离子自由基 C(sp3)-H杂芳基化 

摘      要：芳胺类化合物广泛存在于具有生物活性的天然产物与临床药物分子中。因此,发展高效的芳胺C-N键构建方法是合成化学领域长久以来的研究热点之一。通常情况下,过渡金属催化的C-N键偶联反应是构建这类骨架结构的经典方法。但该类方法往往需要提前对底物进行预官能团化,同时过渡金属的使用往往会造成一定程度的金属残留,难以满足药物化学或原料药生产中对金属残留的严苛要求。因此,发展无金属参与的芳烃C-H键直接胺化反应是解决上述问题的有效途径。本论文首次实现了有机小分子催化羟胺-O-磺酸(HOSA)对芳烃C(sp)-H键胺化反应。该反应以5-三氟甲基吡啶-2-羧酸作为催化剂,高效地合成了一系列芳基伯胺化合物,并实现了对天然氨基酸衍生物和药物分子的后期C-H键胺化修饰。机理研究表明,有机小分子催化剂中的吡啶与羧基的协同作用是实现该反应的关键。本论文还将上述催化体系应用于C(sp)-H键杂芳基化的反应中。该反应采用有机小分子催化与金属催化相结合的方案,以O-(4-甲氧基苯甲酰基)羟胺三氟甲磺酸盐为氨基自由基前体,成功实现了惰性C(sp)-H的杂芳基化。该催化体系利用氨自由基阳离子作为结构最简单的氮原子类氢转移(HAT)物种,解决了以往研究工作中因为氮原子自由基稳定性差而导致的冗余的结构修饰问题。综上,本文开发了一种新型的吡啶-2-羧酸类有机小分子催化剂,成功地实现了氨自由基阳离子对芳烃C(sp)-H的胺化反应以及对烷烃C(sp)-H的杂芳基化反应。该催化体系的开发为将来进一步开发利用氨自由基物种提供了新的思路。