[3+3]环加成反应的设计及其在杂环化合物合成中的应用研究

1,3-Dipolar cycloaddition reaction and [4+2] cycloadition reaction, especially Diels-Alder reaction, are the best known and traditional oragnic synthetic reactions, which have very important effects on the synthesis of carbocyclic and heterocyclic compounds. However, the [3+3]cycloaddition reaction for the syntheis of the six-membered ring system is still unfolding and attracts more and more attensions in recent years. In order to develop new organic synthetic reaction, we want to launch the project on design of new type [3+3] cycloaddition reactions and applications in organic synthesis. In this project, we want to carry out the [3+3] cyclocadditions between the stable 1,3-dipoles and reactive 1,3-dipoles. The aromatic nitorgen ylides, β-enaminone (β-enamino ester or β-enamino nitrile), and rhodium(II) a-imino carbenes. and vinylcarbenes will be used as the stable 1,3-dipoles. The donor-aceptor cyclopropanes, MBH allylic adducts, azomethylene ylides and α,β-unsaturated ketones (esters) as well as other three-center synthons will be used as reactive 1,3-dipolar reagents. We investigated throughly the [3+3]cycloaddition reactions between the stable 1,3-dipoles and reactive dipolar reagents by using different catalysts. Several new [3+3]cycloaddiiton for construction of carbocyclic and heterocyclic as well as spirocyclic systems will be obtained after the systematic inverstigations. By carefully choising substrates, catalysts and the reaction conditions, the essentail factors for structural effects of the substracts and control rules for the [3+3]cycloadditions would be sucessfully established. Furthermore, the regioselectivity and diasteroselctivity of the new [3+3]cycloadditions would be also investigated. On the end, this project will provide the some new kinds of [3+3] cycloaddition reactions and several effcient syntheitc methods for the diverse six-membered carbocyclic and heterocyclic compounds.

1,3-偶极环加成反应和以Diels-Alder反应为代表的[4+2]环加成反应是有机化学的经典反应，在碳环和杂环化合物的合成中发挥了巨大的作用。但相应的[3+3]环加成反应的研究方兴未艾。为进一步发展有机化学新反应，本项目将开展新型[3+3]环加成反应的设计和在杂环化合物合成中的应用研究。研究氮杂芳烃伊立德、β-酰胺酮（酯，腈）和铑(II)-亚氨卡宾络合物为稳定的1,3-偶极中间体，与一系列活泼极性试剂如环丙烷，MBH烯丙基化合物，亚甲胺类化合物，以及不饱和酮酯等之间的[3+3]环加成反应。构建六元碳环和杂环化合物及相应的螺环化合物骨架。通过深入系统的研究，发现一系列有价值的[3+3]环加成反应，建立[3+3]环加成反应的结构要素和反应规律；通过对反应底物和催化剂的精心设计和反应条件的优化，调控[3+3]环加成反应的区域选择性和立体选择性；为六元碳环和杂环化化合物提供更高效的合成方法。

按照项目申请书和结合任务书确定的主要研究内容，围绕[3+3]环加成反应的研究主题，开展了通过串联多组分反应构建环状化合物的研究工作，开展了五个方面的研究工作。分别是1) β-烯胺酯参与的环加成反应研究；2) 串联傅克烷基化/戴尔斯-阿尔德反应; 3)串联1,3-偶极环加成反应; 4) 氮杂芳烃伊立德参与串联环加成反应; 5) 叔胺/叔膦等催化的串联环加成反应。不仅成功的开发了一系列[3+3]环加成反应，而且实现了多种串联的环加成反应，为杂环化合物，特别是螺环化合物的合成提供了简单快捷，实用高效的新方法和新途径。进一步拓展了β-烯胺酯，氮杂芳烃伊立德和新型偶极中间体的反应化学。成功制备了一系列含氮杂环化合物，以及结构新颖的桥环、螺旋化合物体系。其中几个串联多组分反应具有独特的新颖性和创新性, 是本项目取得的标志性成果：1) 通过芳香胺和丁炔二酸二甲酯加成反应现场形成的β-烯胺酯，与不饱和酮进行[3+3]环加成反应。2) 酸催化的吲哚, 苯乙酮和3-亚甲基吲哚酮通过串联烷基化/消除/Diels-Alder反应立体选择性的生成四氢螺[咔唑-1,3’-吲哚酮]衍生物。 3) 发现1,4-二芳基-1-氮杂-1,3-丁二烯可以和芳亚甲基二羰基化合物进行串联的氮杂和氧杂Diels-Alder反应，形成结构复杂的螺环化合物。4)溴化N-烷氧羰基异喹啉盐，芳香醛和1,3-茚满二酮的六组分反应通过串联的两次[3+2]环加成反应，一次Diels-Alder反应生成复杂桥环-螺环化合物。5）脯氨酸、吲哚酮和过量丙炔酸甲酯的三组分反应体系，不仅生成吲哚酮并联的九元环化合物，而且形成特殊的并联双八元环类化合物。6）发现氨基酸酯或者氨基酸与丁炔二酸酯反应形成新型1,3-偶极子，参加多种环加成反应。. 四年来已经发表研究论文 58篇,其中包含Chem. Commun. 1篇; Org. Lett. 1篇; Org. Chem. Front. 5篇; J. Org. Chem. 5篇; Org. Biomol. Chem. 8篇; Eur. J. Org. Chem. 3篇。获得中国发明专利4项。基本完成了本项目确定的研究目标和研究任务。