钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应是目前应用最广泛的合成方法之一. 它以卤化物和有机硼化物作为原料, 可以高效地构建碳碳键. 有机硼化物不仅具有转金属活性, 而且与其它主族金属有机试剂相比具有化学性质稳定、安全低毒及合成方法多样的特点. Suzuki-Miyaura偶联反应具有反应条件温和、转化高效和底物普适性广等突出优势, 是合成化学研究者构建C—C键的优先选择, 而且它已在工业合成领域中被广泛应用. Suzuki-Miyaura偶联反应的快速发展与广泛应用离不开机理研究的进步. 近三十年里, 诸多研究者设计并开展了细致的机理研究, 揭示了Suzuki-Miyaura偶联反应中更多的反应规律. Suzuki-Miyaura偶联反应的催化循环由氧化加成、转金属与还原消除三个过程组成, 依次综述了各过程相关机理的研究进展, 并在最后简单介绍了无过渡金属参与和无碱参与的Suzuki-Miyaura偶联反应.

有机氯化物已经被广泛应用到医药、农药及材料等领域. 此外, 有机氯化物也是重要的合成砌块, 作为起始原料参与到多种反应中, 例如自由基反应、取代反应以及偶联反应等. 烯烃的氢氯化反应是合成有机氯化物最直接高效的方法之一, 在过去三十年已经取得了很多突破性的成果. 系统介绍了近三十年烯烃氢氯化反应的研究进展, 按照是否涉及金属催化, 主要分为无金属参与的氢氯化反应和金属催化的氢氯化反应. 分别着重介绍了其相应的反应类型及相关机理, 并对今后的发展方向进行了展望.

质子耦合电子转移(PCET)是一类非传统的氧化还原反应, 因其电子和质子转移过程具有独特的相互依赖性, 这类反应表现出特殊的反应性和选择性. PCET反应在包括天然和人工系统的氧化还原过程中, 如小分子活化等, 起到了相当关键的作用. 最近, PCET反应在有机合成中的应用引起了广泛的关注和兴趣. 人们实现了通过PCET机理的X—H键(如C—H键、N—H键、S—H键和O—H键等)的活化, 基于该过程合成了多种重要结构和基础骨架、获得了不同的合成砌块和天然产物. 此外, 通过PCET反应机理, 人们不仅获得了C=Y键等多重键的还原产物, 而且获得了底物之间的偶联产物. 综述了近年来PCET在有机合成中的应用和发展, 并且对该领域未来的发展进行了展望.

可见光氧化还原催化与金属镍催化的联姻, 使得在极为温和条件下构建挑战性化学键成为可能. 然而, 大多数协同催化体系只能构建单一的碳-碳键或碳-杂原子键. 近些年来, 可见光/镍协同催化在烯烃及炔烃分子间双官能团化反应领域引起了广泛关注. 该协同催化级联模式可以一步构建多个化学键, 为复杂结构单元的快速高效构筑提供了温和且高选择性的方法. 对可见光/镍协同催化烯烃和炔烃分子间双官能团化反应的最新研究进展进行了概述.

氮杂芳环广泛存在于天然产物、药物分子、有机材料及配体中. 通过选择性碳氢键官能团化的方式对氮杂芳环进行后期修饰具有重要意义. 在酸性和氧化条件下, 烷基自由基对氮杂芳环的加成反应, 即Minisci反应, 提供了一种合成烷基取代的含氮芳环的方法. 传统的Minisci反应往往需要过量的氧化剂、酸以及高温, 这大大限制了底物的适用范围. 随着光催化在有机合成中的快速发展, 近几年来多种光催化的Minisci反应被报道, 并被成功应用到药物的合成中. 对近年来可见光催化的Minisci反应进行了概述.

C—N键广泛存在于药物、天然产物以及功能材料中, 它的构建是有机合成化学的重要研究方向之一. 近年来,随着有机电化学的深入发展, 以有机电化学作为绿色合成手段, 高效地构建C—N键受到了合成化学家的广泛关注. 综述了从2015年至今有机电化学在构建C—N键领域所取得的研究进展, 对反应的条件和机理进行了总结, 并对该领域所面临的挑战及发展方向进行了展望与探讨, 希望能对从事该领域研究的学者以及相关人员提供参考.

含氮化合物广泛存在于天然产物、药物分子和合成中间体中, 因此在有机化合物中引入含氮官能团具有重要的意义. 尽管过渡金属催化的C—N偶联反应为含氮化合物的构建提供了一种应用广泛的策略, 然而需要多步预官能团化的反应底物. 近年来, 过渡金属催化的碳氢键胺化反应为碳-氮键的构建提供了更具原子经济性和步骤经济性的全新策略. 与钯、铑等贵金属相比, 铜、钴、镍等廉价金属由于地球储量丰富, 更为廉价易得, 且往往具有独特的催化活性, 而受到广泛关注. 按照廉价金属、碳氢键和胺化试剂的类型进行分类, 综述了近年来铜、钴、镍催化的导向基辅助的碳氢键胺化反应研究进展, 着重探讨了各种胺化试剂及其应用, 并对目前该领域的局限性和发展趋势进行了分析和展望.

二硫键的氧化折叠是合成二硫键构象锁定多肽的关键步骤. 前人发展的二硫键氧化折叠策略主要有一次氧化折叠、多次氧化折叠和一锅法氧化折叠. 目前对三种策略复性效率和收率等的比较性研究较少. 分别采用三种氧化折叠策略制备目标蜈蚣毒素多肽RhTx. 结果表明, 两次氧化折叠策略的分离收率高于一次和一锅法氧化折叠策略, 一锅法氧化折叠策略可能会导致较大比例的错误折叠. 探索了数十毫克量级RhTx的高效制备方法, 为进一步探索RhTx靶向TRPV1的结构机制等研究提供了工具分子. 此外, 对三种氧化折叠策略进行了系统比较, 为二硫键构象锁定多肽的合成提供了参考.

Minisci反应是指亲核性的碳自由基与缺电子含氮芳杂环间发生的自由基取代反应, 是构建新的碳-碳键的一种重要方法. 另一方面, 作为一种绿色合成的技术和手段, 有机电合成近几年来再次受到人们的关注. 介绍了近期电化学条件下Minisci反应的研究进展.

卡宾是有机合成中的重要中间体. 在过去的几十年中, 过渡金属催化的卡宾转移反应取得了显著发展. 近年来,可见光促进的重氮化合物通过游离态卡宾的转化也开始兴起. 该类反应仅需要使用可见光作为唯一能源, 符合绿色化学理念. 自2018年Davies课题组和周磊课题组分别独立报道了芳基重氮酯在可见光照射下光解生成游离态卡宾物种以来, 光促重氮化合物的转化反应受到了越来越多科研工作者的关注, 也催生了许多绿色高效的有机合成新反应.在前人工作基础上, 进一步完善了该领域的最新进展, 综述了近期可见光照射下重氮化合物的新转化反应和国内学者的贡献, 展望了该领域的未来发展方向和所面临的挑战.

(杂)芳基硼酸及其衍生物在合成化学、材料科学和药物化学领域具有广泛的用途, 因此, 其合成方法研究一直备受关注. 铱催化的C—H硼化反应是合成这类化合物最为有效的途径之一, 然而, 由于反应机理的限制, 区域选择性可控的C—H硼化是铱催化体系的一大挑战, 同时也是该领域的一个重要发展方向. 系统介绍了最近几年铱催化的芳烃远端硼氢化反应的最新进展.

近年来, 通过有机合成方式构建的结构精确的纳米碳材料备受关注, 展现出独特的性质和广阔的应用前景. 将具有螺旋手性的螺烯与大尺寸的分子基纳米碳结合, 产生了一类独特的手性纳米碳分子, 在手性光学、手性光电子学及自旋电子学等领域具有潜在的应用价值. 然而, 由于其特殊的螺旋结构及分子内较大的张力, 这类纳米碳分子的合成颇具挑战. 在合成螺烯类纳米碳分子的几类常用方法中, Scholl反应条件温和且十分高效, 被广泛使用. 从合成的角度出发, 详细综述了通过Scholl反应构建螺烯类纳米碳分子的研究进展, 并对该领域未来的发展提出展望.

过渡金属催化的C—P键活化转化为有机膦化合物的合成提供了一条经济、高效的途径, 近年来受到了越来越多的关注. 然而由于C—P键较高的键能和P原子强的配位性能, C—P键活化一直较为挑战. 采用不同的底物预活化方法和各类催化剂, 过渡金属催化的C—P键活化转化已经取得了显著的进展. 本综述将对该领域的发展进行总结, 按照反应机理和底物预活化策略的不同, 分类阐述这些反应的类型, 发展、特点和机理等.

随着有机电化学和光化学的复兴, 将两者结合的新型光电协同催化有机化学成为了研究热点之一. 光电协同催化广泛应用于氧化还原及偶联反应等众多反应体系. 本综述总结了近5年来光电催化的最新研究进展, 对反应的机理及催化剂进行了系统性的分类, 总结了该类反应体系的优势和特点, 并且对该研究方向的发展进行了展望.

报道了铁催化的烷基过氧酰或者叔丁基过氧酯对1,3-共轭烯烃的Heck型脱羧烷基化反应. 这个方法提供了一个有效的对1,3-共轭烯烃进行Heck型烷基化的途径, 不但收率高, 而且有些情况下具有很高的区位选择性. 此方法也可以用来对生物活性分子进行后期Heck型烷基化修饰.

二氧化碳(CO₂)是主要的温室气体, 由于人类过度使用化石资源导致大气中CO₂浓度增加, 进而引发全球环境问题. 另一方面, CO₂是一种理想的C₁资源, 具有安全、储量丰富和廉价易得等优点. 因此如何将CO₂应用于有机合成以获得化工产品与燃料, 已成为当前研究热点. 其中, 过渡金属催化的CO₂氢化反应是CO₂资源化利用的重要途径, 反应可以在温和条件下选择性地生成2e、4e和6e还原产物, 如甲酸、甲酰胺、甲酸酯、甲醛、甲醇以及C₂₊醇等产物, 具有广阔的应用前景, 因此引人注目. 系统总结了近来过渡金属配合物催化CO₂加氢反应的研究进展, 主要对催化剂的种类和结构、活性及其产物选择性等进行总结, 并对近来所发展的与CCU (CO₂ capture and utilization)策略相关的CO₂原位催化氢化反应进行了分析与讨论. 此外, 对本领域中存在的挑战及展望进行了分析.

探究了无金属电化学氧化氰化和膦酸酯基化反应, 其中2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)降低了底物的电极电位, 避免了某些富电子芳香胺在电化学条件下的过氧化反应. 该方法具有良好的官能团兼容性, 是在温和条件下合成α-氨基腈和α-氨基膦酸酯的一种有效且实用的方法, 通过研究表明产物通过Shono氧化形成亚胺物种来实现的.

N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHP)酯可以由对应的羧酸衍生而来, 是一类价廉、易得、稳定、具有高光活性的化合物. 近年来, NHP酯类化合物在光催化脱羧反应中受到了广泛关注. 根据光催化剂的类型, 综述了可见光促进下NHP酯参与的烷基化反应的研究进展.

二芳基高价碘盐在有机合成中被广泛应用. 总结了二芳基高价碘试剂在可见光诱导的自由基芳基化反应中的研究进展. 根据反应类型, 分为碳碳键的形成、碳硫键的形成和碳膦键的形成三部分进行综述.

过渡金属催化构筑碳-碳键的交叉偶联反应由于其高效性、高选择性而得到了研究人员的广泛关注. 近年来, 含C(sp³)—O键的亲电试剂由于其商业易得或容易合成、反应选择性高、环境友好等优点而被用来替代有机卤化物, 应用到构建C(sp³)—C键的交叉偶联反应中. 一系列高效催化体系得以陆续报道, 其中镍催化剂由于其储量丰富、价格便宜以及独特的催化活性和选择性而被逐步应用到此类反应中, 并取得了显著的成果. 综述了镍催化醇衍生物参与的偶联反应的最新研究进展, 主要包括镍催化甲醇或伯醇衍生物参与的偶联反应, 镍催化仲醇衍生物参与的偶联反应, 镍催化叔醇衍生物参与的偶联反应, 以及镍催化缩醛和N,O-缩醛衍生物参与的偶联反应等.

石斛碱(Dendrobine)是一类从传统中药金钗石斛中分离得到的具有Picrotoxane倍半萜碳骨架的生物碱类天然产物. 由于该化合物具有多环稠合和七个连续立体中心的结构特点, 以及镇痛和退热等药理活性, 引起了众多有机合成化学家和药物化学家的关注. 五十年来, 天然产物Dendrobine的药理活性研究和化学合成不断涌现, 主要总结了天然产物Dendrobine的生源途径和合成研究进展.

炔酰胺是一类氮原子上连有吸电子基团的特殊炔胺. 吸电子基团的引入使炔酰胺的稳定性和反应活性达到较好的平衡, 从而赋予炔酰胺丰富多样的反应性能. 近二十年炔酰胺化学发展迅速, 其合成方法已引起广泛关注. 在此背景下, 综述了炔酰胺合成方法的研究进展. 根据使用主要原料的结构, 分别从以卤代烯酰胺、炔烃以及其衍生物和卤代烯烃为关键原料的合成方法进行了阐述, 并对代表性反应机理进行了讨论.

亚砜类化合物在有机合成和药物化学中有着广泛的应用, 手性亚砜作为助剂、配体、催化剂和合成子的用途已得到充分证明, 亚砜类化合物的亚磺酰基团也可作为药效团、羰基生物等排体或药物分子修饰基团应用于药物设计和药物开发之中. 综述了具有生物活性的亚砜类化合物的结构骨架以及相应的作用机制, 并总结了近十年来通过构建硫立体中心制备手性亚砜类化合物的新方法和新进展, 具体到廉价金属铁络合物、多金属氧酸盐、有机小分子、生物酶和电化学催化的硫醚不对称氧化反应, 以及基于次磺酸阴离子中间体的手性亚砜合成策略和最近涌现的新策略, 其中也包括作者最近在手性亚砜合成领域取得一些研究成果.

在羟基氮杂环化合物与卤代烃的无碱、专一性N-烷基化合成吡啶酮类化合物的反应中,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)比其他溶剂具有更好的溶剂效应, 使得该反应可以在更温和条件下得到更高的收率, 而且底物适用范围广. 据机理研究和文献报道, 除了一般的溶剂效应外, DMF还通过在反应中分解出二甲基胺作为碱促进反应进行.

偶联试剂介导酰胺键形成, 在固相多肽合成中发挥关键作用. 新型DIC (N,N-二异丙基碳二亚胺)/Oxyma (2-肟氰乙酸乙酯)缩合体系具有廉价、操作安全、缩合效率高和抑制消旋等优势, 在手动和自动多肽合成中得到广泛应用. 但是, DIC/Oxyma缩合体系的理想反应比例和温和反应温度尚有待探索. Piezo通道是一种多功能的机械敏感阳离子通道, 与多种遗传性疾病相关, 蜘蛛毒素多肽GsMTx4是目前唯一的特异性靶向Piezo通道的抑制剂. 本研究探索了DIC/Oxyma缩合体系在温和条件下的最佳反应比例, 实现了线性GsMTx4的高效手动固相合成. 通过一次氧化折叠策略构建三对二硫键, 得到活性的GsMTx4. 利用圆二色谱和膜片钳技术等评价GsMTx4的结构和活性. 本工作建立了基于DIC/Oxyma缩合体系的快速、稳健和安全的合成方法, 为固相多肽合成特别是手动固相多肽合成提供了重要方法参考.

过渡金属催化的C(sp²)—C(sp³)交叉偶联在有机合成中具有重要意义, 可用于合成复杂天然产物和药物分子. 近年来, 还原Heck反应已发展成为构筑C(sp²)—C(sp³)键的简洁、高效方法之一. 根据参与反应的氢供体类型不同, 综述了近十年来烯烃参与还原Heck反应的研究进展. 对其作用机理进行了阐述, 并对该领域的未来发展进行了展望.

氨基酸类化合物在现代医药化学研究和药物设计开发方面具有非常重要的作用, 一直以来, 开发高效的合成方法学来制备这些氨基酸类化合物的研究吸引了化学家们广泛的研究兴趣. 另一方面, 近些年电化学反应逐渐兴起成为一种绿色可再生的合成手段, 是有机合成化学领域的研究热点, 其在氨基酸的合成方面的应用也受到了极大的关注. 本综述第一次较为系统全面地总结了近些年有关电化学手段合成氨基酸的研究进展, 讨论了这些电化学方法在合成氨基酸类化合物方面的实际应用的可行性、具备的优势以及存在的一些局限, 为氨基酸绿色合成方面的研究提供了一定的参考.

偕二氟烯烃是一类重要的含氟有机化合物, 在有机合成化学和药物化学研究领域展现出独特的结构优势. 例如, 偕二氟烯基可以便利地转化为单氟烯基、二氟烷基、三氟甲基以及其他多种含氟结构. 偕二氟烯基结构作为羰基理想的电子等排体在药物设计研究中也有广泛的应用. 报道了一种镍促进的电化学还原交叉偶联反应合成功能化的偕二氟烯烃. 该反应在非分隔电解槽中进行, 在温和的电化学还原条件下, 实现了三氟甲基烯烃烯丙基脱氟、氧化还原活性羧酸酯脱羧或者烷基卤化物脱卤素的有机结合. 反应可有效避免使用化学计量的金属粉末或有机还原剂. 该反应为含偕二氟烯基功能结构的生物活性分子提供了有效的合成途径.

高效的碳碳键转化策略可为清洁能源和循环经济带来革新. 在过去的几十年里, 关于化学活性相对较高的碳碳重键的转化研究取得了较大的发展, 然而, 对于化学惰性较高的碳碳单键的转化研究却进展缓慢. 本综述从有机自由基化学角度, 概述了该领域的研究进展, 旨在让感兴趣的学者迅速了解该领域. 重点介绍了醇醚、胺、芳基烷烃以及饱和烷烃四类化合物中饱和C—C键的自由基转化及其机理. 在每一类物质转化中, 分别按照热化学、光化学以及电化学三种引发方式进行阐述.

新型有机分子一直是有机化学领域的研究重点, 其在开发高性能材料方面具有重要意义. 传统的有机分子发现是一个类似于“炒菜”的试错过程, 它耗时耗能且效率相对低下. 常见的量子化学方法试图根据期望属性值筛选出合理的分子结构, 以更好地指导实验, 然而, 由于计算资源相对于算法复杂度严重不足, 精确给出实验指导在大多数情况下难以实现. 近年来机器学习的出现改变了这种情况, 训练好的模型可以快速推测出分子的属性. 更令人兴奋的是机器学习可以逆向进行分子设计, 拓宽人类的想象力, 给出其在分子设计领域的“神之一手”. 本综述首先介绍了逆向分子设计所必须的分子描述方式, 随后对几种常见的深度生成模型加以归纳, 对新型有机分子设计研究现状进行了总结, 最后探讨了新型有机分子设计所面临的挑战, 展示了笔者做出的部分探索.

氮杂环卡宾(NHC)催化在有机催化领域占有重要地位, 其催化的有机反应具有反应方式独特、反应位点丰富、底物和产物结构多样性等特点. 然而, 随着有机合成的深入发展, 传统的、单一的催化体系在底物反应活性及反应选择性方面也逐渐面临一些瓶颈和挑战. 近年来, 联合催化策略通过两种单一催化体系的有效结合, 能够实现单一催化体系无法实现的化学转化, 从而能够更好地实现反应性及反应选择性的精准调控, 逐渐成为有机合成中的重要催化策略. 主要综述了近十年来氮杂环卡宾/过渡金属联合催化方面的最新研究进展.

二氢苯并呋喃结构单元广泛存在于生物碱及萜类等多种天然产物中, 这些天然产物大多具有良好的生物活性和药用价值. 因此, 近年来有关具有二氢苯并呋喃环骨架的天然产物全合成工作不断涌现. 综述了近十多年来氧化[3+2]环加成反应在构建二氢苯并呋喃环骨架及各类天然产物全合成方面的应用进展.

有机膦试剂在有机合成中占据非常重要的地位, 有机膦化合物介导的Wittig反应、Staudinger反应、Appel反应、Mitsunobu反应发展至今在科学研究和工业生产等方面意义重大. 近年来关于P(III)/P(V)氧化还原循环体系、催化剂的设计, 实现这些反应的催化模式, 避免计量R₃P=O副产物的产生的研究快速发展. 本综述从各个反应出发, 依次介绍这些反应的催化过程的研究进展, 对涉及计量R₃P=O副产物的反应未来可能的发展方向进行了展望.

2-氨基吡啶是一类重要的合成子, 具有独特的双亲核结构, 可与酮、醛、酸、多官能团酯类以及卤代芳烃等化合物反应, 以构建五元、六元含氮稠杂环. 近年来, 基于2-氨基吡啶的成环反应倍受关注. 鉴于此, 以底物种类为分类依据, 重点综述了近5年来基于2-氨基吡啶构建咪唑并[1,2-a]吡啶、吡啶并[1,2-a]嘧啶合成方法的研究进展, 总结了其在有机合成方法学、药物合成和荧光探针等领域的应用, 并展望了基于2-氨基吡啶的绿色化成环及其应用的未来发展趋势.

近十余年来, 自由基化学重新焕发了生机, 在合成化学和材料科学等领域取得了突破性的进展. 与突飞猛进的合成方法学研究相比, 人们对自由基反应的机制以及规律的研究和总结相对滞后. 另一方面, 自由基一直是物理有机化学领域重要的研究对象, 在横跨一个世纪的研究历程中积累了大量热力学和动力学参数, 但这些数据大多数都淹没在文献中, 缺乏系统的汇编和整理, 从而不被大多数合成化学家所熟知. 本综述拟对自由基热力学和动力学定量参数进行系统的汇编和整理, 以期为相关领域的理性设计与发展提供支撑数据. 这些数据参数主要包括自由基稳定化能(RSE)、自由基寿命(τ)、取代基常数(σ)、亲电性指数(ω)等. 以这些数据为基础, 将梳理一些重要的自由基化学基本概念如自由基稳定性、Class S/O自由基取代基效应、稳态和瞬态自由基效应等

含吲哚骨架衍生物因其具有多样的生物活性, 广泛应用于生物活性分子的合成与修饰, 特别是在药物化学、农药化学领域中. 近年来, 高效的吲哚环合成与后官能化反应已成为热门的研究主题, 例如吲哚的不对称去芳构化反应构建螺环衍生物. 不饱和烃的自由基串联反应一直是有机化学的一个重要研究分支, 含吲哚母体的不饱和烃串联环化反应已经成为吲哚骨架修饰的一种重要途径. 因此, 综述了吲哚骨架中氮杂环作为自由基受体在不饱和烃串联环化反应中的研究进展, 并对反应设计、机理研究、研究展望等给予评述.

电子给受体(EDA)络合物参与的光氧化还原反应近十年来备受关注. 新近发现的碘化钠-三苯基膦-N-羟基邻苯二甲酰亚胺羧酸酯EDA络合物已被用于发展多种净氧化还原中性的光反应. 本工作将该EDA络合物用于建立净还原性光反应体系, 发展了无需光敏剂的可见光促进的醛亚胺自由基加成反应. 该反应不仅能以高产率得到仲、叔、α-杂原子取代烷基自由基加成产物, 而且通常反应性不佳的伯烷基自由基以及富电子或仲苄基自由基均能得到较高产率, 为合成非天然氨基酸和胺类化合物提供了高效可靠的新方法.