基于惰性化学键切断的硅基化、锡基化反应研究

Organosilicon and organotin compounds are one of the most versatile classes of compounds and they have found application in various fields, such as organic synthesis, materials sciences and medicinal chemistry. However, the methods for the synthesis of functionalized organosilicon and organotin compounds are still very limited. In recent years, the utilization of C-O、C-N、C-H electrophiles has received considerable attention due to their lack of toxicity and the readily availability, but the development of catalytic C-Si/Sn bond-forming reactions remains an elusive task when utilizing unactivated bonds. Based on our preliminary work, we plan to develop new transition-metal-catalyzed silylation and stannylation reactions via C-O, C-N and C-H cleavage. The reaction pathway will be proposed based on the experimental and computational findings, as well as isolation and analysis of reaction intermediates. This method will be applied for late-stage derivatization of various functional molecules, and enable selective and sequential synthetic modification of poly-functionalized molecules by cleavages of C-X (X= H, N, O, Halogen…) bonds with different reactivities.

有机硅和有机锡化合物作为重要的功能性分子和反应中间体在有机合成、材料、医药等多领域都有着重要的作用，而目前制备有机硅/锡试剂的方法还有很多局限性。另一方面，含惰性C-O、C-N、C-H键的化合物在天然产物中广泛存在，具有环境友好，便宜易得的优点。近年来，基于惰性化学键活化的反应受到了广泛关注，但其中硅基化、锡基化反应的报道却十分有限。本项目在前期研究成果的基础上，计划在过渡金属催化等条件下，对底物的惰性C-O、C-N、C-H键进行活化，选用合理的硅基/锡基化试剂，高效得到对应的硅基化和锡基化产物。通过设计对照实验、分析反应中间体、密度泛函理论计算等手段，对上述反应机理进行深入研究，并将该方法应用到活性天然产物、药物分子以及材料分子的合成和后期结构修饰中。利用惰性化学键之间以及与碳卤键等活性化学键的反应性差异，实现连续多步的选择性官能团修饰，进而合成出含多种官能团的复杂分子。

有机硅和有机锡化合物作为重要的功能性分子和反应中间体在有机合成、材料、医药等多领域都有着重要的作用，而目前制备有机硅/锡试剂的方法还有很多局限性。我们开发了惰性碳氮键和碳硫键切断，经SNAr途径的构建多样性碳杂键的新方法。该反应条件温和，操作简单，不需要过渡金属催化，底物普适性好，可高效实现包括C–Si, C–Sn在内的多样性碳杂键转化。在此基础上我们实现了：1）基于磺胺类药物氨基的后期多样性官能团化反应，构建了该优势骨架的多样性类药化合物库。2）通过新型Click反应的开发，设计合成出一种NBD季铵盐荧光探针分子，可以高选择性识别并标记（高）半胱氨酸。3）DNA兼容的多种官能团化反应，后经多次编码与衍生化，构建了基于4-季铵盐嘧啶型骨架的一万数量规模的DNA编码化合物库。此外，芳基锡化合物是有机合成反应中重要的中间体，但其合成方法还十分有限。我们发展了基于芳基羧酸类药物分子的脱羧锡基化反应，并对底物适用范围和反应机理进行研究，实现了磺胺类抗痛风药的多样性结构修饰。