膦有机催化单电子自由基活化反应模式

Phosphine organic catalysis is among the most active areas in asymmetric catalysis. Although organic phosphine catalytic reactions have been known since the early 1960s when the Rauhut-Currier reaction was reported, it is not until the recent decade that phosphine organic catalysis started to receive extensive studies. Numerous catalytic modes have thus been established and a lot of chiral phosphine catalysts were developed. However, to date nearly all of the reactions catalyzed by organic phosphines involve solely electron-pair-transfer processes in the key steps. Phosphine-catalyzed single-electron-transfer reaction modes remains undeveloped. On the other side, Single-Electron-Transfer (SET) radical reactions mediated by other organic catalysts such as amines and N-heterocyclic carbenes has emerged as powerful approaches in asymmetric synthesis. In this proposal, learned from the development on SET reactions in other fields, we seek to develop SET radical reactions via phosphine organic catalysis by using external oxidants and/or photoredox catalysis to initiate the radical process. We believe phosphine-catalyzed SET activation and reaction modes shall provide new directions and unique opportunities for phosphine catalysis, greatly expanding the toolbox for organic synthesis.

有机小分子膦催化是不对称催化中最活跃的研究领域之一。尽管膦催化的历史可以追溯到19世纪60年代关于Rauhut-Currier反应的发现之中，对它的广泛且深入的发展却集中在最近十年的时间里。在这期间，人们不仅建立起来了许多经典的有机膦催化反应模式，同时也开发出多种手性有机小分子膦催化剂。然而，迄今为止，几乎所有的有机小分子膦催化反应都只涉及到电子对的迁移过程，基于膦催化的自由基单电子转移反应模式还没有得到系统的建立和发展。另外，在胺催化、氮杂环卡宾催化等其他有机催化领域中，单电子转移的自由基反应模式已经发展成为一种强大的催化活化方法。因此，结合其他研究领域中建立起来的自由基反应路径，本项目将通过外加氧化剂和光氧化还原催化等手段对于有机小分子膦催化下的自由基反应模式进行探索。我们相信膦催化的自由基反应模式将为这个领域的发展带来新的方向和机遇，并大大拓展有机催化方法学在有机合成中的应用。

1. 项目背景：文献中报道的经典有机小分子膦催化反应绝大部分只涉及到电子对的迁移过程，基于膦催化的自由基单电子转移反应模式还没有得到系统的建立和发展。另外，在胺催化、氮杂环卡宾催化等其他有机催化领域中，单电子转移的自由基反应模式已经发展成为一种强大的催化活化方法。基于此，本项目通过外加氧化剂和光氧化还原催化等手段对于有机小分子膦催化下的自由基反应模式进行探索。.2. 主要研究内容：在本项目科研工作中，我们致力于有机小分子膦催化剂催化的自由基单电子转移反应模式的研究与开发。在研究过程中，我们采取了两种策略对我们所设计的反应模式进行实践和探索，即：a）通过外加氧化剂实现叔膦的自由基反应；b）通过可见光引发的光氧化还原催化历程实现叔膦介导的自由基反应。.3. 重要结果：我们成功开发了常温、常压的碱性条件下，二苯基膦与2-碘苯基联烯基醚的自由基环化反应，二苯基膦与2-卤代苯基苄基醚的自由基偶联反应，高效制备得到一系列新型叔膦/膦酰衍生物；利用叔膦在可见光引发下，实现了硝基芳烃化合物的自由基还原反应，高效制备得到了一系列芳胺衍生物；在可见光诱导下，通过叔膦对全氟烷基碘化物的自由基引发作用，实现了1-环丙烷乙烯化合物的远程1，5-双官能全氟烷基化反应，高效合成了多氟碘代烯烃类化合物。.4. 关键数据及其科学意义：我们开发的常温、常压、碱性条件下的二苯基膦与芳基碘化物之间的自由基氧化还原反应，可作为二芳基烷基叔膦化合物制备的重要手段，应用于有机合成与生化研究之中。另外，在叔膦还原硝基芳烃的反应体系中，利用苯硫酚作为氢源供体,可以在无溶剂与可见光条件下将硝基芳烃类化合物以近乎完全的收率还原为胺类化合物。该还原方法条件温和, 底物适用范围广, 官能团耐受性优异，并且大部分芳香胺产物收率良好，具有高效、绿色、环境友好的特点，避免了传统的使用Pd/C、Pt/C、Fe/HCl、Raney Ni、Co、Ru、Rh等金属催化剂还原硝基所伴随的金属泥废渣的大量产生,同时也降低了反应的成本。这为今后开发合成胺类化合物提供了一种绿色、经济、可操作性强的新策略。同时，我们发展的可见光与叔膦引发的烯烃1，5-双官能化全氟烷基化反应，首次实现了对于烯烃的远程自由基双官能全氟烷基化反应，丰富了含氟化合物分子构建的种类与方法，为含氟分子在医药、农药以及功能材料领域中的应用奠定了技术基础。

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