-在化学学科发展中,高效活化惰性化学键一直是热点课题。惰性化学键活化的研究不仅可以帮助人们进一步了解反应中化学键断裂的机理,同时可以通过惰性键的选择性活化和官能团化,高效高选择性的构建C-C键,C-O键C-N键等化学键。通过惰性键活化的策略可以减少反应步骤,提高原子经济性和合成效率。通过对惰性键活化的研究可以从简单的原料出发一步构建目标分子,这对于天然产物和药物分子的合成具有重要的意义。近年来,惰性键活化已经取得很大的进展,同时在实际生产过程中也取得了显著的成果,为医药,农业,食品,材料等行业开拓了新的研究领域但,同时也面临着越来越多的困难和挑战。由于惰性键广泛存在于有机分子中,如何实现其选择性转化仍然是一个难点。本论文的研究包括吲哚C5位选择性芳基化,三氟甲基烯烃的不对称脱氟硼化,无金属条件下多种氟代烯烃脱氟硅基化和三氟甲基烯烃与硅硼化合物不对称脱氟硅基化反应,如下:第一部分:吲哚骨架广泛存在于生物活性的天然产物和药物分子中,是医药应用的重要结构单元,因此开发有效的吲哚区域选择性碳氢键官能团化的方法受到了广泛关注。吲哚分子中有六个碳氢键可以被活化:吡咯环上的C2和C3位,苯环区域的C4-C7位。然而,这些碳氢键是不等价的,很难区域选择性地活化它们中的一个。由于吲哚苯环区域相对于吡咯环更加缺电子,所以选择性的在吲哚苯环区域进行碳氢键官能团化更加艰难,导师史壮志教授一直致力于研究吲哚苯环区域碳氢键的官能团化,在前期工作的基础上,我们在吲哚三号位引入特戊酰基作为导向基团,CuTc作为催化剂,二芳基高碘化物作为芳基源,在温和的条件下成功实现了吲哚C5位碳氢键芳基化反应。利用该方法作为关键步骤成功应用于Tiplaxtinin的合成中,证明了该策略具有广阔的应用前景和商业价值。第二部分:现代药物的发展往往依赖于化学合成的进步,以应对设计新药剂的挑战。偕二氟烯烃作为羰基等电子体,将羰基转化其相应的偕二氟烯烃所得到的生物活性分子被证明仍可以被其靶标识别。然而,这种具有潜在价值的羰基模拟物尚未得到更广泛的评定,可能是因为通过常规途径构建相应的偕二氟烯烃分子通常依赖于高反应活性中间体,有机金属试剂或苛刻反应条件来进行官能团的相互转化。我们开发了一种有效的不对称铜催化体系,可以通过脱氟硼化过程活化惰性C-F键,生成各种高对应选择性的偕二氟烯烃硼化物。我们发现Josiphos作为手性配体具有最好的反应活性和立体选择性。该反应体系温和,而且各种常见的官能团,例如醚,卤素,酯,氰基,硫,氨基和吲哚,都可以很好的兼容。此外,我们不仅将该开发的体系作为强大的合成工具应用于复杂化合物的后期修饰,而且强调了所形成的化合物在合成中的用途。我们预计基于硼化学多样性的策略将简化化学,生物学和医学中偕二氟烯烃目标分子的合成和结构修饰。第三部分:硅基化氟代烯烃是重要的具有互补性的合成中间体,其在天然产物、药物分子和人造材料的构建中起关键作用。通过选择性脱氟硅基化将通常高度稳定的氟代烯烃转化为硅基化的氟代烯烃是一项具有挑战性的任务,而传统的脱氟硅基化反应需要过渡金属参与。在这里,我们报道了在烷氧基碱的存在下,各种氟代烯烃与硅硼化合物脱氟硅烷基化反应,通过我们开发的这种简单,廉价而又强大的反应体系,可以直接合成各种硅基取代的氟代烯烃。该方案具有温和安全的反应条件,可避免使用催化剂、过渡金属、配体和高反应温度,在不影响反应效率的提前下可耐受各种氟代烯烃底物。密度泛函理论计算表明,瞬时硅负离子络合物经历协同的亲核取代过程是形成这种碱介导的脱氟硅基化反应的重要原因。第四部分:氟代烯烃作为重要的分子骨架,被广泛应用于多个领域包括医药、农药和材料科学。硅烷化的氟代烯烃作为在有机分子中引入氟代烯烃骨架的有力工具已经显示出巨大的前景,因为硅基可以很容易地转化为多种其它官能团。这些特征促使硅基化氟代烯烃合成方法的发展,以补充现有的获取这些化合物的策略。然而,如何高对应选择性的得到脱氟硅基化的产物,仍然是一个巨大的挑战。我们首次发展了一种有效的不对称铜催化体系,可以通过脱氟硅基化的过程活化三氟甲基烯烃的碳氟键,得到一系列高对映选择性的偕二氟烯基硅烷化合物。鉴于偕二氟烯基及其前体在生物活性化合物中的普遍性,我们预计该策略基于成熟的硅烷化学,将简化手性偕二氟乙烯基化合物的合成和结构修饰,应用于化学、生物学和医学研究。