基于环丁酮与环丁烯酮的光诱导不对称催化反应研究

The development of highly efficient asymmetric synthetic methods to prepare functionalized chiral cyclobutanone compounds is of great importance for the synthesis of drug molecules, natural products as well as other functional organic molecules. In recent years, dual catalytic strategy that combines photochemistry with chiral amine catalysis has become one of the most significant tools for the construction of enantioenriched complex carbonyl compounds. While this synergistic catalytic strategy has been successfully applied to the asymmetric functionalizations of linear aldehydes, ketones and enals, or five- to eight-membered cyclic ketones and enones, the corresponding applications in strained four-membered cyclobutanones or cyclobutenones still remain unexplored. Accordingly, we will be investigating possible applications of this synergistic catalytic system in introducing chiral substituents at both α- and β-positions of cyclobutanone or cyclobutenone rings via the use of iminium- or enamine-based catalytic routes. In terms of both fundamental and applied settings, the successful implementation of this project can not only provide novel synthetic strategies for the design and synthesis of some natural products and drug molecules, but also reveal the inherent rules for regulation and control of chemoselectivity and stereoselectivity in the light-involved multi-catalytic process, thus greatly advancing the progress of the field.

发展手性环丁酮类化合物的高效不对称合成方法对于药物分子、天然产物以及其它功能有机分子的合成具有非常重要的意义。近年来，手性胺催化与光催化相结合的共催化模式，已经成为构筑复杂醛、酮类手性分子的重要工具之一，但是它目前只实现了直链状醛、酮、烯酮以及5∽8环酮与烯酮的不对称官能团化反应。本项目拟将该类共催化体系应用到具有小环张力的环丁酮与环丁烯酮的不对称官能团化反应上，具体研究工作将从烯胺活化、亚胺活化与光催化相结合的两个方面来展开，研究目的在于在保留酮羰基的同时全方位地在四元碳环上α、β-不同位置引入取代基团。该项目的顺利实施不仅能为一些天然产物、生物活性分子的设计与合成提供新的策略与思路，还能揭示出手性胺催化与光催化相结合的协同催化体系在进行化学选择性和立体选择性调控方面的规律，从而推动光诱导的共催化化学的发展，具有重要的理论意义与具有潜在的应用价值。

以设计合成实用型的有机化合物分子作为目标，我们开展了如下三方面的研究工作：（一）我们通过无配体条件下一价铜催化的氮烯转移反应，合成了喹啉-8-基硫亚胺叶立德类化合物，它可以作为过渡金属钯的配体，在钯催化的烯丙位烷基化反应方面，已经体现出明显的配体加速效应；（二）以C-H键烯基化反应和Giese自由基加成反应作为关键步，合成了一系列苯环具有不同取代基团的第二代独角金内酯/内酰胺类化合物，生物活性测试显示，它们具有成为高效除草剂的潜力；（三）通过对无保护天然尿苷/脱氧尿苷以及类似物的直接C-H键活化，我们合成了一系列C5位烯基修饰的核苷及核苷类似物分子，该研究为后续的药理活性测试、寡核苷酸的后修饰以及与荧光探针的对接等方面，奠定了一定的化学基础。此外，我们基于生物内源性小分子与荧光探针的特异性有机化学反应，构建了两类分别对CO、ONOO-响应的仿生纳米通道，这两类体系均具有高特异生、稳定性和可循环检测的优势，不仅能实现对这两类分子的高特异性、高灵敏度检测，还有助于我们理解生命体内离子道通的调控过程，和促进化学、生物、材料等学科的交叉融合和发展。