基于1-卤代环丙基甲酸酯构建结构多样化环状骨架的新反应体系研究

Cyclopropene, the smallest cycloalkene, is highly strained. Its remarkable reactivity extends far beyond chemical properties typical for common alkenes, and has been widely applied to construct bioactive compounds with a rigid cyclopropane motif and other privileged cyclic skeletons. This project will mainly focus on the chemistry of electron-deficient cycopropenes generated in situ from simple base-promoted 1,2-elimination of 1-halocyclopropaneformic esters. We plan to perform the following reactions: 1)Reactions between 1-halocyclopropaneformic esters and various nucleophiles including N-centered, O-centered, and S-centered reagents to develop synthetic way for valuable cyclopropaneformic acids with heteroatom at the alpha position, 2) Reactions between 1-halocyclopropaneformic esters and various donor-acceptor reagents to explore new synthetic method for polycyclic molecules, 3) Cycloaddition reactions between 1-halocyclopropaneformic esters and typical dienes or 1,3-dipoles to generate novel hetereocycles, 4)Asymmetric reactions of 1-halocyclopropane formic esters catalyzed by chiral tetraalkylammoniums or amines to construct chiral heterocycles. Based on these observations, their uique chemical nature and reaction patterns will be clarified, and the construction methodology of diverse cyclic skeletons will be established, which will further enrich the chemistry of cyclopropene.

环丙烯是最小的张力环烯，具有普通烯烃不具有的一些特殊化学性质，在合成生物活性环丙烷衍生物和特殊碳骨架方面有重要的应用。本项目将以1-卤代环丙烷甲酸酯在碱性条件下现场产生的2-取代环丙烯基甲酸酯为研究对象，开展这类新型缺电子活泼环丙烯中间体的特征化学反应： 1）与氮、氧和硫为中心的各种杂原子亲核试剂间的反应，探索发展一类合成alpha-位含杂原子的环丙基甲酸及其衍生物，如alpha-氨基环丙基甲酸的新方法。2）与具有donor-acceptor型结构特点的化学试剂间的串联反应，弄清控制反应的主要因素，发展构建新型多环骨架的新方法。3）与典型的双烯体或1,3-偶极子间的环加成反应过程，发展构建杂环化合物的新反应。4）开展在手性季铵盐或手性胺催化下的不对称反应，构建手性杂环化合物。在此基础上，总结这类环丙烯的反应方式和规律，拓展结构多样性环状骨架的构建方法，进一步丰富环丙烯化学的内涵。

存在于天然产物和药物分子中的环丙烷结构单元，是一类有特殊用途的3-碳合成子，利用其开环反应高效构建复杂分子骨架的研究受到广泛关注。本项目重点研究了基于2-酰基-1-氯环丙基甲酸酯I，一类可以原位产生1,2-双取代缺电子环丙烯的环丙烷化合物，的多样性合成反应。.2-酰基-1-氯环丙基甲酸酯可以通过二氯乙酸乙酯与各种缺电子末端烯烃在碱促进下发生的迈克尔加成反应制备得到，产率80%，dr达到20:1。本项目主要研究了以下几个方面的工作：1）与不同类型亲核试剂，如酚与醇、亚磺酸钠、胺、三苯基膦和亚磷酸酯的反应等；2）与不同类型的供体-受体试剂，如水杨醛、水杨醛亚胺、腙、酰腙、N-芳酰基甲基-2-吡咯甲醛衍生的亚胺等的反应；3）与1,3-偶极子和富电子双烯体的反应，如硝酮、亚胺酯、丁炔二酸酯与胺加合物、呋喃和蒽；4）与1,3-二羰基化合物的反应；5）在酸催化下成环反应。.通过上述研究，发现底物I可以缺电子烯烃、3-碳合成子或4-碳合成子参与环状化合物的构建，具体研究成果包括：1）通过底物I与丁炔二酸酯和胺的加合物反应，建立了一种直接合成邻氨基酚的有效方法；2）通过与N-芳酰基甲基-2-吡咯甲醛衍生的亚胺在碱存在下的[4+3]成环反应，建立了一种合成具有潜在生物活性的产物9H-吡咯[1,2-a]氮杂环庚烯胺的方法；3）通过与酰腙在碱存在下的[3+2]环加成反应，建立了一种高张力的双环吡唑烷合成方法，并实现了后者直接向多取代吡咯的转化；4）通过与乙酰丙酮等活泼亚甲基化合物发生反应，建立了一类合成新的多官能团取代富烯化合物。这类6-羟基取代富烯衍生物只能高选择性地与伯胺进行发生胺化，而与仲胺、醇和硫醇等亲核试剂不发生实质性反应，是一种选择性分离伯胺的有效试剂；5）通过与四氢吡咯间的反应，建立了一种合成3-四氢吡咯基-6-芳基-2-吡喃酮化合物的方法，这类2-吡喃酮在440-490nm处有明显的荧光发射。机理研究发现，产物与副产物源自于同一种亚胺盐中间体。