无锡参与的自由基串联环化反应及机理研究

The enormously limited application of the known free radical cascade systems is largely due to its reliance on hypertoxic organotin compounds. In this project, we focus on development of a series of highly efficient strategies for synthesis of heterocycles and polycycles through tin-free radical cascade cyclization and the mechanistic studies by spin trapping via electron spin resonance (ESR). The main contents of this project are: 1) Free-radical initiated cascade cyclization reaction of a variety of C-, N-, P- and Si-centered free radicals with versatile substrates such as isocyanide, N-aryl, N-allyl and N-propargyl acrylamides and/or allylamines, N-allyl and/or N-acryl 1,5-hexadienes, which allows to facile synthesis of various heterocycles and polycycles. 2) A series of mechanistic studies will be carried out to investigate the mechanism for these free-radical cascade cyclization reactions by spin trappling technology via ESR. The targets are developing a number of efficient synthetic strategies for synthesis of heterocycles and building up a set of tin-free and versatile organic free radical cascade cyclization systems through studies on a series of intermolecular and intramolecular free radical cascade reactions as well as its mechanism.

由于过分地依赖剧毒的有机锡化合物，以往所报导的自由基串联环化体系的应用受到极大的限制。本项目拟开展一系列无锡参与的自由基串联环化反应，简洁高效地构筑多种杂环以及多环体系，并运用自旋捕截技术，通过电子顺磁共振研究这些自由基反应的作用机理。主要研究内容为：1）多种C, N, P, Si等中心自由基与异腈、N-芳基或N-烯丙基以及N-炔丙基丙烯酰胺或烯丙胺、N-烯丙基或丙烯酰胺基1,5-己二烯或多烯类化合物，发生自由基串联环化，一步直接构筑系列杂环以及多环衍生物；2）运用自旋捕截(Spin Trapping)技术，通过电子顺磁共振(EPR)研究这些自由基串联环化反应的作用机理。旨在通过研究一系列分子内以及分子间的自由基串联环化反应及其机理，发展大量高效合成杂环以及多环分子的自由基方法，并初步建立一套无锡参与的，多样化的有机自由基串联环化体系。

四年来，在该基金的支持下，我们发展了一系列无锡参与的、绿色高效的、高选择性的经多种C, N, P, Si等自由基中心与异腈、N-芳基或N-烯丙基以及N-炔丙基丙烯酰胺或烯丙胺、N-烯丙基或丙烯酰胺基1,5-己二烯或多烯类化合物，发生自由基串联环化，一步直接构筑系列杂环以及多环生物活性分子/药物；并运用自旋捕截(Spin Trapping)技术，通过电子顺磁共振(EPR)研究这些自由基串联环化反应的作用机理。主要包括以下四方面内容：.(I)运用分子间串联策略，首次实现了多氟代醇与异腈及杂环化合物的自由基C-C偶联，从而简洁高效地引入氟原子。我们通过两步自由基氢提取策略，实现了多氟代醇，包括三氟乙醇(TFE)，六氟异丙醇等α-OH-C(sp3)-H键的选择性官能团化，高区域选择性地构建多种C-C键。在引进F原子的同时，OH的顺利保留为进一步的官能团转化提供了更多的可能。.(II)通过自由基串联反应策略，实现了一系列有机硅化合物的高效合成。其中，值得指出的是，首次实现了脱羧的C-Si键构建. 通过自由基引发，选择性切断R3Si-H键，生成相应的R3Si自由基，再与一系列α, β-不饱和羧酸发生自由基加成消除脱羧反应，简洁高效地构建烯基以及炔基硅烷。.(III)通过精细调控自由基中间体的极性，实现了几种高度有序的分子间多组分自由基串联反应，从而一步高效率地构建高附加值药物中间体。.(IV)运用自由基的极性效应以及中间体的稳定性效应，经过精心设计，实现了大宗化工原料如醇、酮、酯、腈等的绿色高效转化。.总之，在该基金执行的四年里，我们通过研究一系列分子内以及分子间的自由基串联环化反应及其机理，发展了大量高效合成杂环以及多环药物/活性分子的自由基方法。