过渡金属催化不对称氢官能化反应研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1. 研究背景及立题依据

碳氢键活化近年来逐渐成为有机化学研究的热门领域,通过将碳氢键选择性地官能化后化成碳碳键和碳杂原子键的反应为许多结构复杂和多样的有机分子的合成提供了新的途径,而且能够实现常规方法难以制备的目标产物这是一种经济,高效,简洁的途径,符合绿色化学的理念。但由于碳氢键的键能高,活化困难,反应活性低,实现有效地转化非常困难,这使得碳氢键的活化尤其惰性C-H键的活化成为有机化学领域的难点。此外,通过不对称催化活化碳氢键实现碳-碳键和碳杂原子键的形成反应还存在很多富有挑战性的问题,如催化剂的效率低,反应类型比较少等。

C-H键的直接官能化反应为结构复杂多样的有机物提供了一种更为高效的合成方法，因此它一直是有机化学界研究的热点和难点，也吸引着越来越多的化学家的关注。其中过渡碱金属催化的去质子化C-H活化是现代C-H活化领域中迅速发展的一部分，其中有机金属碱促使底物的C-H键去质子化，进而生成由高价金属中心组成的环金属中间体。然后，该中间体与R-基在金属中心结合随后经还原消除或者直接与外部亲电试剂反应以构建C-C键。不同于含有R-基的有机金属试剂，亲电试剂的种类多样且结构稳定，因此后者比前者在合成上更具吸引力。但是，共存的有机金属碱R-M通常会竞争性地亲电捕获A，为抑制这类副反应，通常需要精心设计的配体和有机金属碱。

二、文献综述

根据相关文献报道，在化学计量的AlMe3存在下，铬(III)盐催化连有炔基、烯丙基和芳基亲电试剂与芳族和alpha;,beta;-不饱和酰胺的C-H官能化反应（Figure 1b）。该策略条件温和，仅需1-2 mol％的CrCl3或Cr(acac)3作为催化剂，而且无需添加任何配体。

文献报道中的机理实验（包括化学计量和动力学研究以及同位素效应）表明，催化循环由一系列热稳定的活性中间体组成，这些中间体上一个金属原子连有酰胺分子的两个分子，如B（X=H或E），而且其中一种铬(III)配合物C（双环金属化的中间体）参与了与相应亲电试剂的炔基化、烯丙基化和萘基化反应。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

炔基化反应：文献报道了CrCl3催化乙炔溴化物作为亲电试剂的C-H炔基化反应（Figure 2）。经过一系列条件筛选，作者发现在AlMe3存在下，以N-4-甲氧基苄基-3-甲基苯甲酰胺1为底物，CrCl3为催化剂，乙炔溴化物为亲电试剂，可以88%的收率得到目标C-H炔基化产物3（1.38 g）。并且产物中没有发现甲基化产物4和二聚体副产物5。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

烯丙基化反应：通过多种条件筛选，文献中报道以Cr(acac)3为催化剂（更易溶），THF为溶剂，烯丙基溴化物为亲电试剂时，反应效果最佳。接着作者考察了烯丙基化反应的普适性。间位带有取代基的苯甲酰胺能以较高的收率得到相应的产物。此外，将底物中的N-PMB保护基替换成甲基、苯基等也是可行的。杂芳基以及烯基酰胺在该体系下同样兼容。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

萘基化反应： 1,4-二氢-1,4-环氧-萘可作为良好的亲电试剂以提供邻位C-H萘基化产物（Table 4）。N-甲基和N-PMB取代的苯甲酰胺均能顺利得到相应产物（48-55），收率适中。富电子和缺电子的苯甲酰胺也都是有效的底物（56和57）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

基于机理实验的结果和以往文献，提出了一个可能的催化循环（Figure 8）。起初，铝酰胺二聚体可逆地分解成单体（左上），该单体迅速与无机铬盐反应形成铬配合物III。一旦循环开始，I与炔基化铬(III)阴离子VI快速进行配体交换，形成产物VII和关键的Me-Cr(III)中间体II（即B）。II中C-H活化决速步可以经去质子化发生，进而产生第二个关键中间体III。其通过铬盐(III)/炔烃络合物IV进行炔基化反应。在此步骤中生成的溴化铬(III)与AlMe3迅速反应生成VI。它与I进行转金属化后生成酰胺铝产物VII，以完成催化循环。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

总之，利用铬(III)盐与AlMe3作为碱裂解芳香族和alpha;,beta;-不饱和酰胺的邻位C-H键，然后与相应的亲电体反应，直接将C-H键转化为炔基、烯丙基和芳基官能团。底物自身作为铬原子的配体，在催化条件下形成了含有1:2铬/酰胺的亲核铬(III) 盐复合物。因此，该反应不需要额外的配体。另外，该反应与各种官能团兼容，且底物范围广。

三、研究内容

本课题将以Cr(III)为催化剂，研究其对芳基酰胺的C(sp2)–H基化、烯丙基化和萘酰化反应的作用机理并筛选出最佳反应条件。预计在本课题完成后找到催化效率最高、原子利用率最高的反应条件，为有机化学碳氢不对称官能化的领域研究再多一种高效的合成方法。

四、研究方案

1、进行机理研究实验，通过化学计量和动力学研究以及同位素效应研究出催化剂催化实验的活性中间体及催化机理。

2、根据机理进行反应催化条件筛选，筛选出最佳的反应条件。

3、拓展底物，寻找其他结构相似的化合物进行实验观察Cr(III)的催化效果。

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