摘要
本文对钌催化的芳烃区域选择性 C-H 官能团化反应进行了系统性的研究，主要包括以下五个章节的内容： 第一章： 钌催化剂的催化性能优异，价态多样，且相对于其他贵金属价格便宜。多种价态之间的相互转化促生了钌催化反应形式的多样性。近几年，钌催化下芳烃的区域选择性 C-H 活化领域进展迅速，在本章中我们根据不同的催化反应模型，依次系统地介绍了钌催化芳烃的邻位、间位以及对位的 C-H 官能团化反应研究进展，并对反应机理进行了总结。 第二章： 本章节研究通过使用一种具有张力的三元环亲电胺化试剂（N,N''-二叔丁基二氮环甲酮），基于吡啶导向的钌催化邻位C-H活化，实现了芳烃邻位选择性胺化反应。该策略可兼容多种含氮杂环，并具有很好的官能团相容性。进一步的衍生反应可以得到高度官能团化的苯胺衍生物。机理研究表明，反应过程中可能涉及一种八面体的钌物种，并且控制实验还表明一氧化碳作为配体在反应过程中起着至关重要的作用。 第三章： 本章节实现了一种在可见光诱导下芳烃和杂环芳烃的位置选择性 C-H 膦酰化反应。该反应条件符合绿色化学理念，廉价的三氯化钌作为催化剂，在室温下使用水作为溶剂而且无需添加额外的配体。此外，该反应属于交叉脱氢偶联（CDC）反应，原子经济性很高。在机理研究方面，我们还通过紫外吸收光谱以及开/关灯控制实验，首次揭露了三氯化钌是一种单电子转移(SET)可见光催化剂。 第四章： 自由基环化已成为一种重要的反应类型，广泛应用于天然产物合成、药物化学和材料科学。本章节中，我们将自由基环化和钌催化的芳烃间位选择性C-H官能化相结合，实现了一系列芳基吡咯烷酮衍生物的合成。该反应首先通过分子内自由基加成环化反应生成了伯、仲和叔碳烷基自由基中间体。随后，伯、仲和叔碳烷基自由基中间体与芳基环钌络合物的自由基加成反应均显示出了高度的间位选择性。密度泛函理论（DFT）计算表明了该反应是属于σ-活化机理，并为其高度间位选择性的C-H官能团化和分子内环化的催化循环提供了理论依据。 第五章： C-糖苷化合物在生物化学和药物化学领域有着重要的应用。本章节描述了一种钌催化下高度立体选择性和位置选择性的芳烃 C-H 糖基化反应，并合成了一系列邻位和间位取代的 C-芳基吡喃糖苷和呋喃糖苷。该策略底物范围较广，可兼容多种含氮杂环的导向基团。通过控制实验和密度泛函理论（DFT）计算研究表明芳烃邻位C-H糖苷化反应可能经历了氧化加成/还原消除的过程，而间位的C-H糖苷化反应则是通过σ-活化策略介导。此外，机理研究还表明芳烃间位C-H糖苷化的高度非对映选择性是来源于空间位阻。
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