金催化的扩环反应研究

Gold-catalyzed transformations represent one of the hot area in organic chemistry. Based on our previous results, the current project will develop various methodologies for ring-expansion reactions based on the unique ability of gold complexes and its salts in activating alkynes, alkenes and allenes, and easy to generate the cationic and gold-carbene intermediates during the reaction process. We plan to employ the carbo- or heterocycle-ynes containing nucleophilic groups or heteroatoms as the substrates to develop the ring-expansion reactions using a series of gold-based protocols such as coordinative activation/ring expansion, OH-group promoted ring-expansion, oxidative ring expansion etc. We also plan to develop the inter- or intramolecular ring-expansion reactions of oxa- or azacyclopropanes with alkynes or allenes, and a series of cascade reactions involving ring-expansion as one of the reaction step. In this project, the substrates are not limited to the strained small ring compounds, instead, a series of five-membered or larger than five-membered ring compounds will be used in this project. The method will also be applied to the synthesis of carbo- or heterocycles such as that with unique structures, with the medium or larger ring-size, or with potential biological activities.

金催化的有机反应是当前有机化学中的热点领域之一。本项目拟在已有工作的基础上，利用金易于活化炔烃、烯烃和联烯，在反应中易于形成碳正离子、金卡宾等特点，集中探索金催化的各类扩环反应，发展实用有效的扩环反应新方法。拟以含有亲核性基团或杂原子的碳环或杂环/炔为底物，以金配位活化/扩环、羟基推动的扩环反应、以及在氧化剂存在下的扩环反应等为策略，系统性地研究金催化的各类环状化合物的扩环反应。本课题还拟研究氧杂/氮杂环丙烷在金催化下与炔烃或联烯的分子内及分子间的扩环反应。依据所积累的扩环反应模式以及结合一些金催化的典型的反应模式，设计与发展包含扩环反应在内的新型串联反应。在该系列研究中，底物并不仅仅局限于含张力环结构的小环分子，而是包括五元及以上环系的碳环和杂环。我们还拟将研究结果拓展到合成一些特殊结构的碳环或杂环产物中，包括一些中到大环形式的碳环或杂环化合物以及具有潜在生物活性的分子等。

本项目围绕金催化基于环状化合物的扩环反应展开了研究。设计了一系列含有杂环结构的炔烃类化合物，在氮氧化合物作用下形成a-羰基金卡宾，经历后续的1，2-烯基迁移反应实现了若干新型扩环反应，有效地合成了苯并卓酮、苯并氧杂卓、取代的菲类、取代的喹啉酮以及2，3-苯并二氮杂卓类等化合物。在此基础上，我们还进一步研究了a-羰基金卡宾以及烯基碳正离子的形成方法及转化反应。发展了一类新的通过1,2-硫迁移扩环反应启动金卡宾形成的方法，随后经历1,7-金卡宾迁移、芳环与金卡宾中间体的亲核反应，最终生成苯并[a]芴类化合物。发展了若干新型杂环类氮宾转移试剂，在金催化下经炔酰胺与这些杂环化合物经裂解反应产生a-亚胺金卡宾，然后经环化反应重新形成新的含环扩大化的杂环类化合物。在此过程中，发现了[3+2]、[4+2]、[5+1]及[5+2]等环化反应模式。还利用环戊二烯中间体的[4+3]环加成反应实现了复杂桥环化合物的合成。