有机合成是创造新物质的科学, 为人类的健康与生活提供必要的物质基础. 传统的有机合成方法, 通常需要预官能团化制备重要的合成中间体, 在经过一步或者多步官能团转化, 得到所需要的高度官能团化的产物, 此类方法的局限在于通常需要多步转化, 反应中间产生大量副产品, 效率低下. 碳氢键是有机化合物中最为广泛存在的基团, 因此, 通过惰性碳氢键的选择性活化和官能团化, 制备功能分子是最具原子经济性和步骤经济性的理性合成方法之一. 与传统反应相比, 直接以碳氢键作为合成子, 无需进行预官能团化, 从而极大地减少了反应步骤, 提高了合成效率, 因此, 过渡金属催化的 C—H 键官能团化已经成为近年来的研究热点之一。

然而, 由于碳氢键的键能很高, 而且由于碳原子和氢原子的电负性相近, 很难极化, 另外, 在同一个分子中, 往往具有多个化学环境极为相似的碳氢键, 因此, 惰性碳氢键的选择性活化和化学转化极为困难. 近年来, 通过引入合适的导向基团, 实现相邻位置的惰性碳氢键的直接活化, 成为研究的热点, 也得到了极为迅速的发展, 尤其是惰性 C(sp2)—H 键的活化, 更是得到极大的关注. 然而, 与 C(sp2)—H 键相比, C(sp3)—H 键更为惰性, 而且缺乏与过渡金属配位的 π-体系, 从而极难活化; 另外, 其活化后产生的碳-过渡金属中间体也很容易发生 β-氢消除等副反应, 因此, 后续转化也极具挑战性. 近年来, 双齿导向基策略广泛应用于 C(sp3)—H键的官能团化, 取得了可喜的成果.

钯催化的碳氢键芳基化反应是研究最为广泛的碳氢键转化, 然而, C(sp3)—H 键直接芳基化非常困难, 以往的研究主要集中于叔碳上甲基的活化, 以避免形成的碳氢键活化中间体发生β-氢消除. 2005 年, Daugulis 课题组首次报道了钯催化 8-氨基喹啉(AQ)和吡啶甲酰基(PA）双齿导向基导向的 C(sp3)—H 键芳基化反应, 同时提出了反应可能存在的双五元环靶中间体 1 . 他们认为, 双齿导向基有利于碳氢键活化以及促进氧化加成形成Pd(IV)中间体. 同时, 该课题组还对 8-氨基喹啉导向的环己基甲酰胺进行β-C—H 键芳基化, 发现该反应活性较高, 以顺式双芳基取代产物为主. 该研究为后续以环状烷烃为底物的β-芳基化反应及合成应用奠定了前期基础. 该反应也存在一定的局限性, 例如反应温度较高, 且采用无溶剂体系, 需要过量的芳基碘试剂, 一定程度上阻碍了其合成应用.

2006 年, Corey 等报道了在 8-氨基喹啉导向下, 邻苯二甲酰基保护的α-氨基酸能够实现 β位亚甲基 C(sp3)—H 键芳基化和乙酰氧化反应, 反应具有良好的立体选择性. 在同样反应条件下, 丙氨酸的甲基 C(sp3)—H 键则会发生双芳基化反应. 反应的立体选择性来源于可能的中间体 2, 当β-C 原子为叔碳原子时, 则会发生 γ 位碳氢键的芳基化反应. 这也是首次关于双齿导向基团在官能团化的复杂分子衍生化方面的报道, 为之后氨基酸衍生化和天然产物全合成提供了方向.

2013 年底, Maimone 课题组也将 C(sp3)—H 键芳基化用于足叶草毒素的全合成. 该组以甲基硫醚 MTA为双齿导向基, 通过改变底物的保护基和构象, 实现了环己烷的芳基化, 并以此为关键反应, 完成了 podophyl[1]lotoxin 的全合成以及不同芳基取代的类似物的合成.

综上所述, 近年来,瞬时导向基团（TDG）广泛应用于过渡金属催化的 C(sp3)—H 芳基化反应, 并已经被初步应用于复杂天然产物的全合成. 廉价金属, 如铁、镍等, 也被应用于该反应。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

以3—甲基—2—戊酮与对碘苯甲酸甲酯为原料，筛选合适的反应条件，合成相应的芳基化底物，并对反应条件的底物进行底物拓展。

对所合成的产物结构进行表征，对反应条件进行筛选，使产率最大化。