铜催化C-H活化在喹啉类衍生物合成中的应用(2)

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1.1 C-H键活化形成C-S键的研究背景

非金属元素硫广泛存在于自然界和生命体中。硫化学键在维持蛋白质的强度和形态以及调控电子转移反应方面起着举足轻重的作用。硫属化合物在新药、农药、化学试剂合成方面有优良的应用前景。最典型的例子是砜类药物，其被广泛应用于抗生素、抗痉挛药、降血糖药以及HIV蛋白酶抑制剂等。不仅如此，含硫有机化合物在材料学中也至关重要，硫成分影响着材料的物理、电学以及表面性质。[1]

通过简单的C-S键成键反应合成含硫化合物是目前合成和催化研究领域最重要的课题之一。目前研究者大多通过硫醇类化合物与有机卤代物的直接偶联反应以及硫醇类与不饱和C-C键的加成反应来实现C-S键的成键。[2]而合成高光学纯度的含硫手性化合物的有效方法有不对称sulfa-Michael加成反应、烯丙基的磺化反应、以及Diels–Alder反应。[3]但这些方法都有非常明显的局限性。目前对于化学研究者来说最重要的任务是简化C-S键成键反应，减少反应所产生的废料。

C-H键催化活化是实现C-S键偶联的一种新型方法。一般来说，C-H键由于其极高的热力学稳定性而难以裂解。因此，活化非常常见却又极不活泼的C-H键具有深远的意义。以往利用C-H键活化的方法形成C-C键遵循的是自由基原理。而运用在含硫基团上的C-H键选择性活化却很少见，主要原因是缺少能够很好应用于含硫官能团的合成试剂。为了能够拓展该领域在有机合成方面的应用，一种有效途径是开发出新的催化剂来克服C-H键活化在动力学和热力学上的壁垒，从而实现高效的催化转化。

以下将从过渡金属催化及非过渡金属催化两个反应途径展开综述，着重展示这些催化转化反应的适用范围、机理以及局限性。

1.2 C-H键活化形成C-S键途径的最新研究进展

过渡金属催化C-H键活化

过渡金属具有多种氧化态，可以作为C-H键活化的理想催化剂，其中典型的有钯系、铜系、钌系、铁系催化剂等。尽管这种方法极具前景，直到最近大量相关研究成果才相继出现。

1.2.1 钯系催化剂

钯是一种优良的催化剂，研究发现它能通过C-H键的活化有效促进C-S键的形成。最先开始这方面研究工作的是Inamoto等人于2008年进行的基于Pd(II)催化的C-S键成键反应的研究，这是该领域一个重要的里程碑。[4]该反应通过以PdCl2(COD)为催化剂，二甲基亚砜为溶剂来实现C-S键的键合(Scheme 1)。尽管该反应详细的机理尚不明确，这个方法已经实现了直接将C-H键官能化而无需先得到邻位卤代的前体物质。