吡啶芳构化促进的非张力环开环官能化反应

With simple reaction conditions, to develop new approach for radical-mediated ring opening reactions of non-strained cyclic compounds is a big challenge in the research area of controllable radical reactions. Different from the previous approach of ring strain effect or fragment effect, aromatization effect would be utilized as driving force to facilitate the radical-mediated ring opening reactions in this project. On the basis of rational design, the [3+2] cycloaddition of pyridinium ylide and electron-poor alkene was applied to synthesize the 1,2,3,8a-tetrahydroindolizine skeleton, which could proceed the radical-mediated pyridine-aromatization-driven ring-opening reaction of non-strained cycle. 2-(γ-substitutedpropyl)pyridines could be synthesized efficiently by the following radical elementary processes: 1) initiation of pyridinyl radical; 2)the carbon radical formation by the C-N bond cleavage; 3) termination of carbon radical. Due to the importance of the pyridine structure in pharmacy, agrochemistry and functional materials, this new approach for the synthesis of 2-(γ-substitutedpropyl)pyridines would be very valuable, which could provide new opportunity for the development of economy and society.

发展化学反应的新策略，以简单的条件，实现自由基介导的非张力环开环功能团化反应一直是可控自由基化学反应研究领域的最具挑战性课题之一。有别于过去的环张力效应策略和碎片释放效应策略，本项目使用芳构化过程释放能量来解决自由基介导的非张力环开环推动力不足的问题。通过合理的设计，本项目使用吡啶叶立德和缺电子烯烃的[3+2]环加成反应合成出具有[二氢吡啶并五元环]的骨架结构。该结构可以通过自由基引发过程，生成Pyridinyl自由基中间体，这个中间体经历成吡啶环芳构化促进的开环碳氮键断裂，所形成的碳自由基，可经历经典的自由基终止反应，生成一类结构新颖的2位侧链γ官能团化吡啶衍生物。基于吡啶结构在医药、农药和功能材料领域的广泛存在和重要作用，这类新型的2位侧链γ官能团化吡啶衍生物的合成方法学的建立，在一定程度上解决了吡啶合成的科学问题，将为上述与国民经济和社会发展相关领域提供新的机遇，具有广泛的应用前景。

可控自由基化学反应是合成化学领域中重要研究方向。其中，自由基介导的西格玛键断裂开环官能团化反应是该领域最具有挑战性的研究课题之一。与张力环的西格玛键断裂开环不同，非张力环的西格玛键断裂开环存在动力不足的问题。与已有报道主要采用稳定小分子释放提供能量的策略（如氮气分子的释放）不同，本项目的研究内容主要是针对吡啶叶立德和缺电子烯烃的[3+2]环加成反应所形成的1，2-二氢吡啶并五元环的中间体，提出通过吡啶芳构化过程释放的能量来提高非张力环开环反应的效率和选择性。在本基金的支持下，本团队获得的结果主要包括以下4项： 1) 基于吡啶芳构化促进的非张力环C-N键断裂开环的C-H键形成反应；2) 基于吡啶芳构化促进的非张力环C-N键断裂开环的C=O键形成反应；3) 基于吡啶芳构化促进的非张力环C-N键断裂开环的C-C键形成反应；4) 基于吡啶芳构化促进的非张力环C-N键断裂开环的C=C双键形成反应。值得注意的是吡啶及其衍生物的骨架广泛存在于医药、农药、饲料和功能材料，在国民经济和社会发展中扮演着非常重要的角色。但是，在温和条件下，无过渡金属参与的吡啶C2位C-H直接官能化反应非常少，一定程度上限制了相关领域的快速发展。本项目实现了吡啶C2位C-H的直接烷基化、环丙环化和酰基化，为上述领域的发展提供合成技术的支持。另外，本项目还实现了四氢喹啉的非张力环C-N键断裂开环N-O键形成和C-O键形成反应，生成邻硝基苯丙酸或其酯类衍生物。结合已报道的合成方法学，发展了从喹啉骨架到吲哚骨架的合成技术路线，这种骨架迁移合成方法学有望用于促进药物分子的结构优化。总之，在本基金的支持下，本团队发展了一些自由基介导非张力环C-N键断裂开环可控官能化反应。