金属催化炔基氮杂环丙烷的转化与衍生

As key functional groups in organic synthesis, alkyne and aziridine could be converted to many kinds of biologically active compounds, which were widely found in pharmaceuticals and natural compounds. 2-Ethynylaziridine both as carbon electrophiles and nucleophiles, has many possibilities to achieve multiple transformations. However, the related reports are rare. Regarding coupling is a class of important methods for constructing the backbone of moleculars, the combination with the reactive 2-ethynylaziridine would accomplish a variety of cascade reactions to efficiently synthesize heterocycles. Thus, two different kinds of catalytic cycles were designed for the coupling reactions and heterocycles like pyrroles, quinolines, benzofurans, and piperidones could be obtained in the cascade coupling/addition, allylic alkylation, condensation, and carbonylation reactions. Meanwhile, enantioselective catalytic reactions with 2-ethynylaziridine were also designed to construct chiral alkynyl amino compounds. In addition, mechanism of the catalytic cycles would be studied by DFT computations to find possible transition states and pathways. The calculation results maybe instructively direct the further reaction design and execution.

炔烃及氮杂环丙烷是两类重要的官能团，可以进行多种化学转化，在药物及天然产物的合成中有重要的应用价值。炔基氮杂环丙烷具有多个反应位点，使其能够实现多样性的转化，然而相关研究很少。偶联反应是一类重要的构建化合物基本骨架的方法，如果能将其与炔基氮杂环丙烷的优点相结合，便可以实现多种串联反应，高效的构建多样性的杂环化合物。据此，本申请设计了两种催化循环，用于实现炔基氮杂环丙烷参与的偶联反应。利用偶联反应与加成反应、烯丙位取代、缩合反应、插羰反应等的组合，所设计的新反应有望用于合成吡咯类、喹啉类、苯并吡喃类、哌啶酮类等杂环化合物。同时，本申请还设计了若干炔基氮杂环丙烷参与的不对称催化反应，用于高效构建手性炔基胺类化合物。另外，本申请将以计算化学对反应机理进行研究，寻找反应过程中的关键中间体和过渡态，考察可能的反应路径，为进一步的反应设计及开发提出指导性的建议。

在青年基金项目的资助下，本人开展了几类不对称小分子催化及铜催化的加成反应，并且利用计算方法对反应机理进行了研究。.第一：完成了铜催化的胺基酸酯与含三氟甲基不饱和酮的不对称Micheal加成，所得产物可一锅转化为带有三氟甲基的手性季碳中心的二氢吡咯类杂环结构，对映选择性都高达98%，非对映选择性达>20/1。.第二：开发了配体调控区域选择性的铜不对称催化酮亚胺酯与三氟甲基取代的不饱和酮的（3+2）环加成反应研究，构筑具有四个手性中心且包含两个季碳中心的手性吡咯烷产物，ee值最高达96%及99%。.第三：对不对称催化环加成反应构建环状化合物，特别是杂环化合物，进行了机理研究，发现了配体调控区域选择性（3+2）反应的配体配位模式对反应结果影响的规律，为配体设计和反应开发提供了重要理论依据。.第四：对小分子催化Rauhut-Currier反应中控制手性的决定因素进行了研究，发现了催化剂氟原子与底物氢原子之间的多重氢键作用，为小分子催化剂设计提供了有价值的可供借鉴的结论。.第五：对中国科学家发展的手性配体进行了综述，系统地宣传了我国科学家在该方面的杰出工作，为提升我国有机化学家在世界上的影响力起到了积极促进作用。.这些研究是铜催化不对称加成反应等方向的重要进展，为将来进一步的研究提供了理论依据和实验基础。.