氰基参与的过渡金属催化串联反应研究

The nitrile group is widely used in synthetic organic chemistry. In recent years, transition-metal-catalyzed addition reactions to nitriles have been developed as efficient approaches for the synthesis of ketones. These reactions exhibit many advantages such as high functional group tolerance and mild conditions compared to the classical Grignard reaction. However, most studies in this field focused on classic one-bond-forming reactions. On the other hand, cascade reactions can offer more environmentally benign and atom-economical processes. Based on two types mechanism of this addition, insertion of nitrile group from metal nucleophile and radical addition, we propose to develop some novel transition-metal-catalyzed cascade reactions, which include addition of nitrile group, to synthesize carbonyl group-containing heterocyclic compound. In this project, improving the reaction efficiency, expanding the substrate scope, exploring catalytic mechanism, and developing asymmetric catalytic method will be carried out. Our work will supply the experimental and theoretical basis for these research fields and provide insights of transition metal catalyzed cascade reactions.

氰基是一类重要的基团，可以进行较多的反应。其中，对氰基的加成是合成酮化合物的一种重要方法。近年来，过渡金属催化对氰基加成成酮的方法由于避免了传统锂试剂和格氏试剂加成的一些局限，已然成为了一个研究热点。但是，目前该领域的研究主要集中在单键构建的反应，与之相关的过渡金属催化的串联反应研究相对滞后。本项目结合当前该领域的研究现状，根据过渡金属促进对氰基加成存在碳金属键的插入及自由基加成两类不同机理，将碳碳双键或三键引入反应，增加反应位点，有针对性的设计和发展一些过渡金属催化的包含对氰基加成的串联反应合成环酮类化合物。通过对催化体系建立、立体选择性研究、以及反应机理的探索，进一步深入理解和研究这类串联反应。为环酮化合物的合成提供一个更为灵活的新途径；同时，也为该领域及过渡金属催化串联反应的研究提供一些实验和理论依据。

氰基的加成反应是构建酮的一种重要方法，但目前利用氰基参与的串联反应构建酮化合物的报道较少。我们设计和发展了一些包含对氰基加成的串联反应合成含有羰基的杂环化合物，实现了邻氰基取代的N-芳基丙烯酰胺和硝基、甲基自由基的串联环化反应，构建了硝基和甲基取代的喹啉-2，4-二酮；实现了2-氰基-3-芳基取代的N-芳基丙烯酰胺和烷基腈、甲苯、醚、硫醚、醇、不活泼烷烃、过氧苯甲酸叔丁酯、α-羰基酸的串联反应，构建各种基团取代的吡啶并菲啶类化合物；实现了邻氰基芳基丙烯酰胺和烷基腈的[2+2+1]环化反应构建吡咯[3,2-c]喹啉类化合物；实现了铜催化丙炔酸和叠氮，以及丙炔酸、叠氮、硼酸的脱羧/环加成串联反应，构建了1,4-二取代和全取代的1,2,3-三唑；实现了铜催化的丙炔酸脱羧/双磺酰化和脱羧/氧烷基化反应，构建了(E)-1,2-二磺酰基烯、γ-二酮和 γ-酮腈；实现了铜催化的羧酸和亚磷酸酯的氧化脱氢偶联，建立了高效合成酰基磷酸酯的方法。在本项目的支持下，在Org.Lett.、Org.Chem.Front.、J.Org.Chem.等期刊上共发表了SCI论文11篇。本项目的成功不仅为上述各类化合物的合成提供了更为灵活的新途径，也为串联反应研究领域提供一定的实验、理论依据和新的可能性。