可见光催化的可控自由基反应及其合成应用

The development of green and sustainable methods for the effective synthesis of fine chemicals and natural products is an important goal in our society. Visible light photoredox catalysis has shown great promise as a method to advance these goals. Due to its high natural abundance, benign environmental impact, cleanliness and sustainability, photocatalytic controlled radical reactions using visible light are a reliable and powerful tool. In this project, we will focus on 1) the development of new and highly efficient visible light photoredox catalysts; 2) the development of visible light photocatalytic controlled radical reactions, including tandem oxidation-cyclization reactions of nitrogen-containing radicals, intramolecular annulation reactions of radicals, tandem CM-radical cyclization reactions, C-H activation and carbonylation reactions wherein radicals involve, and new radical reactions based on oxidative quenching mechanism; 3) exploring new methodologies to control the stereoselectivity of radical reactions, and 4) the application of radical reactions in the synthesis of drug molecules and natural products. During the course of these studies, we will carefully explore the posible pathway of the above-mentioned transformations. By doing so, we will try to invent new photoredox catalysts and photocatalytic technologies with self-owned intellectual property, advance the research and development of novel organic reactions, improve our level in the chemistry of visible light photocatalysis and active intermediates, and push forward the applications of visible light photocatalytic radical reactions in the corresponding industries.

可见光是一种清洁的、可再生的自然资源。研究可见光照射下、光氧化还原催化剂催化的可控自由基反应及其在药物分子和天然产物合成中的应用具有重要的理论意义和应用前景。本项目中拟重点研究1）高效的可见光催化体系；2）发展温和条件下可见光催化的可控自由基反应，包括自由基的氧化-环化串联反应、分子内自由基环化反应、串联的烯烃交叉复分解-自由基环化反应、基于氧化猝灭机理的自由基反应、自由基参与的碳-氢键活化以及羰基化反应；3）探讨控制自由基反应立体选择性的新途径；4）实现可见光催化的自由基反应在药物分子和具有重要生物活性的天然生物碱合成中的应用。通过这些研究，开发具有自主知识产权的可见光催化剂和可见光催化技术，促进我国有机合成反应的研究与发展，提高我国在可见光催化及活泼中间体化学研究领域的国际学术地位，推动可见光催化的可控自由基反应在相关化学工业中的实际应用。

自由基化学一直是化学研究的前沿和热点领域，如何在温和条件下实现高效可控的自由基反应仍然是该领域极具挑战性的科学问题。可见光是一种清洁的、可再生的自然资源。可见光诱导的光化学为有机分子活化和新反应设计提供了强有力的工具。因此，研究可见光驱动的可控自由基反应及其在药物分子和天然产物合成中的应用具有重要的理论意义和应用前景。. 在项目执行的五年时间里，紧密围绕可见光诱导、光氧化还原催化的可控自由基反应这一核心内容，逐步按照计划开展了系统研究，取得了以下主要重要进展和成果：1）发展了一系列可见光光催化的[3+2]环加成反应，实现了一系列五元杂环的构建，并将方法学成功应用于羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂的全合成；2）发展了几类可见光催化的分子内自由基环化反应，合成了一系列具有潜在生物活性的含氮和含氧杂环；3）成功实现了在温和条件下、可见光光催化的N-H键直接活化并转化为氮中心自由基，发展了氮自由基环化反应和氧胺化反应，部分化合物表现出较好的抑制真菌活性；4）利用光催化实现了氧气和一氧化碳等小分子的光催化活化，发展了系列温和的自由基反应来构建C-O键和C-C键；5）在研究过程中，发展了“协同光催化体系”和“光串联催化策略”，构建了一系列含氮杂环；6）开发了一类具有自主知识产权的新型手性双功能光催化剂，为发展不对称光反应提供了新的策略；7）利用发展的策略实现了喜树碱类衍生物和喜树碱的ABCD环的构筑。总之，我们圆满完成了既定的研究计划内容。. 共发表了SCI论文91篇。包括Angew. Chem. Int. Ed. (14篇)，J. Am. Chem. Soc.（3篇），Nat. Commun.（2篇），Acc. Chem. Res. （1篇），Chem. Soc. Rev.（1篇），Chem. Rev.（1篇）等。撰写了4个学术专著章节。申请或获授权中国发明专利（或实用新型专利）共9项。共培养了9名硕士及13名博士。