腈类化合物参与的新型催化立体选择性环化反应研究及应用

Nitriles constitute one of the most important classes of organic compounds in both academic and industrial laboratories, and are found in a number of pharmaceuticals, agrochemicals, and materials. Furthermore, they can serve as synthetic scaffolds to a diverse array of building blocks. Because of their great importance in chemistry and biology, the development of novel and efficient synthetic methods for the synthesis of nitriles and the transformations of cyano group has been a major topic in synthetic organic chemistry. However, due to the deficiency and limitation of present synthetic methods on the preparation of nitriles and the transforms of cyano group, the development of novel catalytic approaches to access a diversity of nitriles and the studies of catalytic conversion of cyano group into versatile functionalized organic compounds in an atom economy fashion are of importance to chemistry community. This project aims to develop novel catalytic stereoselective cyclization strategies to construct various functionalized cyclic compounds by the employment of nitriles via the stereoselective transfer and insertion of cyano group pathways respectively in a highly atom economy fashion. On the basis of the understanding of the mechanisms of organocatalysis, metal catalysis and cooperative catalysis, numbers of new synthetic approaches are proposed in this project. Furthermore, the potential application of these methodologies will be invesitigted.

腈类化合物不仅在生物化学、药物化学等领域有着重要的用途并受到了广泛的关注，同时，氰基官能团在有机合成化学中也有着重要及广泛的应用。因此，研究和发展腈类化合物的合成方法以及实现氰基官能团高效的化学转化一直是有机合成化学家研究的重要内容。基于目前传统方法存在的诸多不足及局限性，探索和发展高效、高立体选择性以及原子经济性的腈类化合物参与的新型催化选择性环化反应有着重要的研究价值和意义。本项目拟通过对化学键选择性活化和构建本质的认识，利用有机催化、金属催化方式以及多种催化体系间的协同作用，发展腈类化合物参与的新型催化立体选择性环化新方法、新策略，高原子经济性、立体选择性的合成系列具有高度官能团化的环状有机化合物。并在此基础上拓展其在有机合成以及合成具有生物活性等有机功能分子中的应用。

腈类化合物在生物化学、药物化学、有机合成化学等领域有着重要的应用和用途，并受到了广泛的关注。因此，研究和发展构建腈类化合物的高效合成方法以及实现氰基官能团高效化学转化有着重要的研究意义和应用价值，是有机合成化学家研究的重要内容之一。本项目中，我们以发展原子经济性以及绿色可持续性有机合成方法学为理念，围绕氰基官能团高效化学转化以及腈类化合物的高效合成发展了系列合成新策略和新方法。首先，通过发展Pd催化的、基于氰基插入为途径（分子内或分子间）的环化策略，我们高效、原子经济性的实现了咔啉、三取代噁唑、α-氨基环戊酮等衍生物的合成。其次，我们采用非（过渡）金属催化的方式，发展了基于腈类化合物参与的催化立体选择性的环化新方法，构建了多取代2,3-的二氢呋喃、2,3-二氢吡咯、环戊烯等衍生物。另外，在上述研究工作的基础上，我们开创性的研究和发展了：1）腈类化合物参与的原子经济性型自由基途径的氰基加成/环化串联反应新策略，成功实现了氟代磺内酰亚胺衍生物、氟代双环含氮杂环衍生物等的高效合成；2）首次报道了分子内缺电子烯烃的碳硫官能团化反应，高效、高选择性的实现了具有手性季碳中心的3,3-disubstituted quinoline-2,4-dione 衍生物以及2，7-二氧杂双环[2.2.1]庚-3-酮衍生物等的合成。此外，我们对所发展的合成方法在有机合成化学及相关邻域中的应用也进行了研究，并取得了初步成果，为进一步拓展上述合成方法及策略在生物及医药领域的应用奠定了良好的基础。