基于单电子迁移的氮杂环卡宾催化羰基alfa位不对称官能团化反应研究

Development of novel methodologies for the efficiently preparation of carbonyl compounds containing a stereocenter at the alfa position has great significance in organic synthesis and pharmaceutical industry. Among the various catalysts, the N-heterocyclic carbene (NHC) catalysts have attracted lots of attention due to its high stereoselectivity, low toxicity and high efficiency in manufacturing of such compounds. However, the NHC catalyzed reactions are restricted to the electron-deficient substrates and are difficult to provide non-cyclic molecules containing new C-C or C-O bonds at the alfa position. In this project, we aim to develop strategies for the alfa-functionalization of carbonyl compounds via the NHC-catalyzed single electron transfer (SET) reactions. The NHC-catalyzed SET process will be examined by the reaction of various carbonyl derivatives with electron rich or neutral substrates, such as olefins, silyl enol ethers, arenes, silyl nitronates and TEMPO, expecting to provide carbonyl compounds containing new C-C and C-O bonds. Mechanistic investigations into these types of chemistry will help uncover the possible reaction pathways. Based on the result of this research, one highly stereoselective method for the construction of alfa-stereocenter of carbonyl groups should be developed, which will aid the development of more efficient NHC-catalyzed SET reactions.

高效地构建多种类型的alfa位官能化羰基化合物在有机合成和新药研发领域具有重要的意义。其中氮杂环卡宾催化体系由于具有高立体选择性、低毒、高效的优点而备受关注。然而，目前氮杂环卡宾催化的羰基alfa位官能团化反应局限于缺电子底物，且较难合成alfa位为C-C键、C-O键的开链化合物。针对以上问题，本项目拟利用氮杂环卡宾催化的单电子迁移反应来实现羰基alfa位的不对称官能团化。研究卡宾催化的多种羰基化合物与烯烃、烯醇硅醚、芳烃、硝基硅酯以及TEMPO等富电性或电中性底物的单电子迁移反应，期望构建出alfa位为C-C键以及C-O键的羰基化合物，并深入探讨反应机理，揭示可能的反应历程。研究成果有望提供一种在羰基alfa位高立体选择性构建多种官能团的新方法，从而丰富氮杂环卡宾催化的单电子迁移反应的理论基础。

氮杂环卡宾有机催化的不对称合成反应对于含手性中心天然产物和药物活性分子的高效构建有重要意义。经历氧化单电子迁移的自由基串联反应是有机合成研究的热点领域之一，具有原子经济性好、普适性广、应用性强等优点。本项目着眼于利用氮杂环卡宾催化和氧化自由基串联反应发展一些重要的结构骨架新型合成方法，主要开展了氮杂环卡宾催化烯烃的不对称氢酰基化、卡宾催化alfa,beta-不饱和羰基化合物的芳基化、可见光促进醚的alfa-C-H键胺化、非活化烯烃的氟烷基芳基化、高价碘叶立德的新型催化转化等，为含三氟甲基取代手性中心化合物、半胺醛醚、氟烷基取代杂环化合物以及官能化多并环化合物的高效制备提供了简洁的新策略。项目执行三年期间，在本领域权威期刊上共发表SCI论文7篇，其中发表于Eur. J. Org. Chem.的文章被评为VIP文章。部分研究成果已申报中国专利。本项目取得的研究成果为我们在氮杂环卡宾催化、氧化单电子迁移及光催化等相关领域的研究和应用打下较坚实的基础，也为以后的相关工作开展提供新的机会。