一些金属卡宾的新形成方法及其在有机合成反应中的应用

Metal carbenes are important intermediate, but generation of these species are not very convenient. In recent reports, gold carbene can be obtained in situ when alkynes were treated with leaving-group-bearing nucleophiles and gold catalyst. However, some of the mechanisms are not clear and the control of the reactivity of the intermediates is not effective in some cases. In this program, monodentate phosphine ligand and bidentate N/P, S/P, N/S ligands with different electronic density and steric hindrance will be synthesized and the corresponding gold catalysts will be used in several reactions. The mechanism of the reactions will be studied in detail, the relationship between catalyst structure and reactivity of carbene intermediates will be further explored. The following reaction types will be investigated: 1) Catalytic ylide olefination reaction. By changing the central atom X of the oxidant, a cascade reaction including synthesis of gold carbenes, synthesis of ylides, olefination of carbonyl compounds will be tried. 2) Rearrangement of ylide reagents generated in situ. The cyclic compounds will be synthesized by selective cleavage of C-X bonds in ylide reagents, and the method to improve the selectivity will be tested. 3) New gold carbenes will be obtained via nucleophilic attack of ylide regents to gold-activated alkynes, which are cyclized by rearrangement.

金属卡宾是非常重要的活性中间体，但其来源受到一定的限制。新近发展的金催化炔烃与带离去基团亲核试剂的反应可以现场产生金卡宾，并初步显示了其应用前景，但在这一领域中机理的深入研究以及卡宾中间体反应活性的调控还处于初级阶段。本项目拟合成不同电性及位阻的单齿配体以及氮膦、硫膦和氮硫双齿配体，并将金催化剂应用于几种类型的反应中，进行机理研究的同时深入探索配体结构影响卡宾中间体反应活性的内在机制，进而合成新型配体以调控卡宾的反应性，提高反应的选择性。具体反应类型：1）催化的叶立德烯基化反应。通过改变氧转移试剂中心原子的性质来尝试串联的羰基金卡宾的生成、叶立德的生成、烯基化反应。2）叶立德的重排反应。通过叶立德中碳杂键的选择性断裂来合成环状化合物，同时研究选择性提高的途径。3）利用叶立德试剂进攻金活化炔烃合成新型金卡宾，并尝试环化重排反应，通过金催化剂的结构改变来调控卡宾途径与非卡宾途径的比例。

由磺酰基三氮唑产生的α-亚胺基卡宾是非常有用的活性中间体，由于其卡宾碳的亲电性以及亚胺氮原子的亲核性，利用其参与的环加成反应合成含氮杂环化合物是近期的研究热点之一。在以前工作的基础上，本课题组系统研究了α-亚胺基卡宾参与的分子内及分子间高效串联反应，重点研究了α-亚胺基铑卡宾的超强亲电性能，主要在以下方面取得创新成果：1）利用官能团化的富电子烯烃或其它多键化合物捕获α-亚胺基铑卡宾，合成了一系列非常有用的含氮化合物；2）设计合成了官能团化的三氮唑化合物，利用分子内的亲核位点捕获α-亚胺基卡宾，再经重排等反应高效合成呋喃、二氢吡啶等化合物；3）通过设计实验层层递进，研究α-亚胺基铑卡宾的亲电性能，分别利用烯基硫醚、苄溴、碘负离子等捕获α-亚胺基卡宾，高效合成官能团化的含氮杂环化合物；4）尝试了无金属参与的三氮唑转化反应，利用邻位烯基取代的芳基三氮唑，经热反应合成了β-萘胺类化合物。在本项目支持下，相关研究在Angew. Chem., Int. Ed.，Org. Lett.，Chem. Commun.等杂志发表论文10篇。本项目的成功实施将进一步促进α-亚胺基卡宾在有机合成和药物研发领域的应用，也为三氮唑作为卡宾前体的进一步深入研究打下了基础。