末端炔、羰基化合物和胺的三组分反应及其联烯合成方法的机理研究

The studies of the properties and the reactions of allene promote the development of allene chemistry. Hence, it is highly desirable to develop simple and efficient methods for the synthesis of all types of allenes. Our group has long been dedicated to developing methods for the synthesis of allenes from terminal alkynes. Progress has been made, but there still exist a lot of limitations which need to be resolved. And the knowldege about the mechnisms of this kind of reaction is rather insufficient. In order to make a deeper understanding of the mechanism of the reaction of allenes' synthesis via A3-coupling reaction, we plan to use the density functional theory (DFT) calculations to study the mechanism of these reactions. Computational chemistry combines with experiments. We will focus on the calculations of the reactions developed in our lab. The aim of the study is to clarify and identify the most favorable reaction pathways, to elucidate the origin of the reaction activity and/or selectivity, and to provide rationale and guidance for further methods developmenting for the synthesis of allenes.

联烯的性质及其反应化学的研究推动了联烯化学的发展, 使得发展简单、高效的联烯合成方法成为有机化学家的研究重点。我们课题组也长期致力于联烯化合物以及轴手性联烯化合物的合成方法研究，取得了一些进展。从末端炔烃、羰基化合物和胺出发，发展了一系列通过A3-偶联反应高效合成各种取代联烯化合物的方法。但此方法仍存在着很多局限性有待解决，并且对于反应中所涉及的机理方面的知识还很缺乏。为了对A3-偶联反应以及通过A3-偶联制备联烯化合物的反应机理有更深入的理解，更快地找到控制反应活性、选择性的关键因素，本项目将采用密度泛函（DFT）计算方法，结合必要的同位素标记实验和动力学实验，进行基于A3反应的联烯合成方法的机理研究。通过该项目的研究，将会完善对于A3-偶联反应机理的认识，在此基础上为突破现阶段从末端炔出发合成联烯反应的局限性提供理论指导。

基于末端炔、羰基化合物和胺的三组分反应的联烯合成方法在底物普适性、反应转化率等方面都有了很大的进展，但仍存在着很多局限性。要突破这些局限性，合理设计发展高效、高选择性的合成方法，离不开对反应机理的深入理解，但是目前对于该类反应的机理研究较为薄弱。因此，通过计算化学方法，进行基于末端炔、羰基化合物和胺的三组分反应的联烯合成方法的机理研究显得非常关键。本项目主要完成了以下几部分工作：1）CdI2协助的由炔烃与胺合成三取代联烯的机理研究；2）铜(Ｉ)催化的末端炔、醛、３-吡咯啉反应合成反式烯丙基吡咯化合物的机理研究；3）Rh(III)催化的基于C-H活化的[4+2+2]反应的机理研究；4）钯催化的炔烃氢羧化反应的机理研究。从理论上解决了末端炔、羰基化合物和胺的三组分反应及其联烯合成方法的中的许多机理问题，如：1) 各种不同金属试剂在反应中各阶段所起的作用，及其活性差异；2）各种胺的活性差异；3）末端炔底物上羟基是如何影响选择性的；等。为突破现阶段从末端炔出发合成联烯反应的局限性提供了理论指导。这些研究为后续的催化反应，更温和条件下的反应，以及从普通末端炔出发合成轴手性联烯化合物等实验设计提供了新的思路。