芳香酮广泛存在于医药、农药、染料等功能有机材料中，也是许多天然产物的重要结构单元和合成中间体。传统的构建芳香酮的方法主要依赖于经典的付克酰基化反应。然而，该反应却具有一些明显的缺点，比如：（1）反应主要局限于富电子芳烃，对于贫电子芳烃往往反应效果较差；（2）反应位置选择性较差，主要生成邻位和对位的混合产物；（3）反应通常需要添加当量甚至过量的路易斯酸（比如三氯化铝）。
因此，利用简单易得的原料发展高效、高选择性、底物范围广的芳香酮的构建方法一直都是有机化学的研究热点之一。在过去的二十余年中，过渡金属催化的导向C-H键活化因其原子经济性和环境友好性发展迅速，利用C-H活化的策略实现芳香酮的高效构建也取得了巨大的发展，各种各样的酰基来源被广泛报道，比如醛类、醇类、甲苯类、α-酮酸等。但是，这些反应通常局限于邻位的酰基化反应，间位酰基化的实现却鲜有报道。
如何高效高选择性地实现间位酰基化依然是化学家们面临的巨大挑战之一。1998年,Buchwald课题组通过将邻位锂化和二茂锆-苯炔化学相结合的策略实现了高选择性的间位酰基化反应。尽管如此，该反应步骤繁多，需要预先合成有机金属中间体，缺乏经济性，严重限制了其在有机合成中的应用。因此，发展更加高效的合成方法来实现间位的酰基化反应就显得尤为重要。
近几年，通过钌催化σ-活化的策略实现间位选择性的官能团化反应发展迅速，已经成为实现间位选择性C-H键活化的最有效的方法之一。该方法首先通过邻位的碳氢键活化方法形成金属钌环，改变了芳环上的电子云密度分布，活化了钌碳键的对位，也就是导向基的间位。
可能由于位阻等原因，不同于以往的氧化加成-还原消除的过程，另一个底物产生的自由基往往比较难于加成到金属钌上，而更倾向于直接进攻钌碳键的对位，通过单电子转移的方式，成功实现了导向基间位的C-H键活化。
该方法避免了使用复杂的模板底物/配体或额外的瞬态介质，并且以廉价的钌作为催化剂以促进远程的C-H键官能团化。利用这种策略，我们课题组在2017年就成功实现了间位的二氟甲基化和单氟甲基化反应。基于我们之前报道过的Pd催化的邻位酰基化的反应，我们设想通过将Pd催化剂换成Ru催化剂，α-羰基羧酸形成的自由基进攻到钌碳键的对位，从而可以实现间位的酰基化反应。
经过初期对反应底物的大量筛选和实验条件的优化，我们最终确定了最佳的反应条件： Ru3(CO)12作催化剂，Na2S2O8和Ag2CO3作氧化剂，D-CSA（D-樟脑磺酸）作添加剂，二氯甲烷和甲基叔丁基醚作混合溶剂，在100 oC下反应48小时。接着，我们对底物范围的适用性做了拓展研究。该反应对于卤素、氰基、三氟甲基、醚等官能团都具有很好的容忍性，以良好的收率合成了一系列间位酰基取代的芳香化合物。
我们对其他导向基也做了拓展，嘧啶、吡唑以及具有生物活性的嘌呤等含氮官能团都可以成功用作该反应的导向基。同时，我们对不同的α-羰基羧酸也做了系统的筛选，对于含杂环的α-羰基羧酸，该反应也可以进行，尽管产率略低一点。美中不足的是，尽管我们做了大量的条件优化，但该反应对于烷基酮酸并没有取得良好的效果。
我们进一步做了一系列控制实验来研究该反应的机理。首先，邻位被两个甲基取代的底物在反应中无法得到对应的产物，证明在该间位酰基化反应过程中邻位C-H键活化的必要性；其次，通过添加自由基捕获剂（TEMPO）来抑制该反应的进行，证明该反应经历了自由基的过程；通过同位素标记实验，我们证明了邻位C-H键的活化是可逆过程，而间位C-H键的断裂是不可逆的。
最后，通过动力学同位素实验，我们证明了间位C-H键的断裂可能是该反应的决速步。为了进一步研究该反应过程中的活性催化剂，我们合成出了二聚的八面体钌环中间体I，并对该中间体做了催化量和当量的验证实验，最终证明该中间体就是整个催还循环体系的活性催化剂。
在以上实验结果和相关文献的基础上，我们提出了一个可能的反应机理。首先，1a和Ru3(CO)12经可逆的邻位钌化形成活性钌环中间体I，α-羰基羧酸在Na2S2O8和Ag2CO3的作用下脱羧产生酰基自由基，然后进攻Ru-C键的对位，形成中间体II。随后，II通过Na2S2O8和Ag2CO3的氧化去质子化，得到更稳定的钌环中间体III。最后，III与1a进行质子化和配体交换，得到最终产物3aa，并释放出活性中间体I以完成催还循环。
我们以Ru3(CO)12为催化剂，α-羰基羧酸为酰基来源，首次实现了钌催化芳烃的脱羧间位选择性C-H酰基化反应。该反应具有底物范围广、官能团容忍性好、区域选择性高等优点。此项工作拓展了现有的钌催化间位C-H键官能团化方法，并为实现酰基化反应的间位选择性控制提供了新的良好的策略。当然，这个工作也存在一些遗憾，该反应局限于含氮杂环作为导向基，而含氮杂环（比如吡啶）比较难以脱除，对后续的衍生化造成一定困难。因此，寻找其他更有用的导向基或底物就变得更值得期待。
这个课题从开始做到发表历时一年多，文章能够顺利发表离不开导师王官武教授的坚持和辛勤指导，王老师科学严谨的科研态度和工作作风让我受益良多，在此特别感谢。另外，也非常感谢李忠原师兄在课题的构思和完成过程中给予非常多的帮助。最后，感谢实验室各位成员在学习和生活中的帮助。
1983年9月—1993年6月在兰州大学化学系学习，分别获得学士、硕士、博士学位。1993年7月—2000年4月，先后在复旦大学、日本京都大学、美国肯塔基大学、芝加哥大学和耶鲁大学从事博士后研究。2000年5月通过中国科学院1999年度“百人计划”引进到中国科学技术大学化学系工作，2001年度国家杰出青年科学基金获得者。现为《Mini-Reviews inOrganic Chemistry》(2017-)副主编，《有机化学》（2007-）、《Current Organocatalysis》 (2014-)、《化学学报》(2015.9-）、《Current OrganicChemistry》(2016.1-)编委
