含氮杂环合成中的可见光光氧化还原催化策略

The development of new and highly efficient strategies for the rapid construction of intricate molecular architectures is of great importance and remains a preeminent goal in current synthetic chemistry. Recently, the use of visible light to initiate organic ractions has attracted much attention because of its natural abundance, ease of use, non-toxicity and potential applications. In this project, we will focus on the synthesis of N-heterocycles using the strategy of visible light photocatalysis. In this regard, we will investigate 1) a visible light photocatalytic strategy to construct indoles; 2) visible-light-induced radical addition/lactamization reaction to prepare various lactams; 3) visible-light-mediated cycloaddition reaction of azirines with alkynes to generate pyrroles; 4) visible light catalyzed [3+2] cyclization reactions to construct fused N-heterocycles; 5) exploring new reagents and reactions by carefully investigating the mechanism of the above-mentioned transformations; and 6) the total synthesis of natural product, (±)Sesamin, through a photocatalytic [3+2] cyclization reaction as the key step. The performance of these studies will provide a new and green route to nitrogen-containing heterocyclic compounds which have remarkable bioactivities.

可见光是一种无污染且可再生的自然资源，利用光氧化还原催化剂在可见光照射下催化有机合成转换是最近才兴起的、并具有一定挑战性的研究领域。本项目拟将可见光光氧化还原催化策略用于含氮杂环的合成，重点研究：1）可见光催化的吲哚及其衍生物化合成；2）可见光催化的内酰胺合成；3）可见光催化的多取代吡咯衍生物合成；4）可见光催化的含氮稠杂环合成；5）通过现代化学分析方法进行机理研究和新试剂、新反应的设计；6）尝试以光催化反应为关键步骤实现氮杂环天然产物(±)Sesamin的全合成。重点解决可见光金属催化剂对底物的活化及如何提高反应效率和选择性控制等问题。通过这些研究，力图为结构多样且具有潜在生物活性的含氮杂环化合物的合成提供一条环境友好的绿色化学新途径。本项目的实施对清洁可再生能源的有效利用、新反应方法学的发展、分子复杂性的快速构建并从源头消除或减少废物排放具有重要意义。

可见光是一种无污染且可再生的自然资源，利用光氧化还原催化剂在可见光照射下催化有机合成转换是最近才兴起的、并具有一定挑战性的研究领域。开展含氮杂环的合成导向的可见光光氧化还原催化策略具有重要意义。. 在本项目支持下，我们以具有重要生物活性的含氮杂环的高效构建为导向，利用金属光催化剂催化氧化还原过程，重点研究可见光催化的、新的化学转换；探讨其反应机理；为发展杂环合成中环境友好的绿色化学新方法提供实验依据。主要发展了：可见光促进的自由基环化反应构建含氮杂环化合物；可见光促进的光氧化还原催化的多组分反应；可见光促进的自由基偶联反应；可见光促进的光氧化还原催化与金属催化的协同催化体系研究；金属催化的不对称环化反应；这些方法和催化体系为结构多样、官能团和立体化学丰富的含氮分子和杂环的光化学合成提供了一系列方法和理论指导。. 在该项目资助下，项目研究成果发表了49篇SCI论文，其中通讯或共同通讯作者论文为39篇。其中包括如J. Am. Chem. Soc. (5篇) Angew. Chem. Int. Ed. (3篇)，Acc. Chem. Res. (1篇)， Chem. Rev. (1篇)和Chem. Soc. Rev. (1篇)。并获5项中国发明专利（实用新型专利）授权。部分研究工作获得了2017年度湖北省自然科学奖一等奖。. 通过本项目的实施，培养了4名硕士研究生和5名博士研究生。其中3人获得了研究生国家奖学金。. 基于本项目的工作，项目负责人参加了5次国内外相关学术会议，开展了广泛的国内外学术交流；项目组成员中有10人次参加了国内外相关学术会议，并作墙报交流。