基于杂原子取代炔烃的杂环合成新方法研究

Alkynes represent one of the most important building blocks in organic synthesis due to their ready availability and versatile transformations. However, studies on heteroatom-substituted alkynes such as ynamides, ynol ethers and alkynyl sulfides were relatively seldom reported compared with ordinary alkynes. The central theme of this project is to develop a series of transition-metal-catalyzed tandem cyclization reactions based on heteroatom-substituted alkynes, including alkyne oxidation-, amination- and cycloisomerization-initiated tandem reactions. The goal is to provide more pratical and efficient synthetic methods and extend the new solutions to unsolved problems on ordinary alkynes. This research project will not only provide practical and efficient methodologies for construction of valuable functional heterocycles, but also deepen the understanding of the reaction mechanism so as to greatly enrich alkyne chemistry.

炔烃因其原料易得、化学转化丰富，是有机合成中一类非常重要的合成子。但是，与普通炔烃相比，有关炔酰胺、炔醚、炔硫醚等杂原子取代炔烃的研究还较少。本项目拟开展一系列过渡金属催化的基于杂原子取代炔烃的串联环化反应研究，包括炔烃氧化、胺化、环异构化等引发的串联反应，以期建立若干个原创、高效、高选择性的催化体系，特别是实现一系列普通炔烃无法实现的反应。通过这一研究，不仅会为具有重要结构骨架和功能作用的杂环化合物的合成提供更为实用和高效的新方法，而且可以加深对该类串联环化反应内在催化机制的进一步理解，从而大大丰富炔烃化学。

杂环化合物普遍存在于天然产物、药物分子之中，超过70% 药物含有杂环结构，因此，在有机化合物中占有非常重要的地位。但是，传统的杂环合成还存在工艺长、效率低、选择性差、污染大等问题。因此，发展高效率、高选择性、符合绿色化学的杂环合成新方法是非常有必要的。通过本课题的研究，我们发展了系列基于杂原子取代炔烃的杂环合成新方法，为中环、多环、桥环等重要杂环骨架的多样性合成提供了全新的途径。特别是紧密结合理论计算化学，从本质上揭示了该类催化反应的选择性控制的根源。基于该工作的创新性和系统性，相关工作目前以通讯作者在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Chem. Sci.、ACS Catal.等发表论文45篇，包括Acc. Chem. Res.（2020, 53, 2003）、Chem. Rev.（2021, 121, 9039）和Chem. Soc. Rev.（2020, 49, 8897）等顶尖受邀综述论文。其中部分成果具有重要应用前景。