电催化氮自由基串联环化反应研究

Nitrogen-containing heterocycles are prevalent in natural products, pharmaceuticals, and materials. Much effort has been devoted to the development of efficient and sustainable methods for the preparation of these structures. However, it is still challenging to construct complex N-heteropolycycles from simple building blocks in an atom- and step-economical fashion. Nitrogen radical-initiated cascade cyclization reactions hold great potential for the efficient generation of N-heteropolycycles. However, only few studies have been reported. And the reported methods frequently require the preparation of amide derivatives as N-radical precursors and rely on toxic organotin reagents and stoichiometric amount of oxidants. Here we propose an electrocatalytic approach to promote amidyl radical cascade cyclization reactions from simple and easily available N-H amides. The proposed method uses electrons as reagents and obviates the need for organotin compounds and oxidants, providing an efficient and sustainable entry into highly functionalized and complex N-heteropolycycles. We also propose the study of the newly developed reactions in an electrochemical microflow cell to further boost their efficiency and sustainability.

氮杂环广泛存在于天然产物，药物，材料分子中。发展高效且绿色可持续性的合成氮杂环化合物的方法学是现代有机合成研究的重要内容。从简单化合物出发，以最少的步骤构筑复杂的氮杂环化合物是有机合成化学家面临的重要挑战。氮自由基串联环化反应可从较简单化合物出发迅速合成复杂的氮杂多环化合物，然而这方面的报道还极少。已报道的方法往往需合成酰胺衍生物做为自由基前体，增加合成步骤。另外，这些方法常常需要使用有毒有害的有机锡试剂或者过量氧化剂。本项目直接从简单易得的N–H酰胺出发，通过电催化实现多种氧化性氮自由基串联环化反应。本项目提出的方法无需有机锡试剂和氧化剂，可为多种复杂氮杂多环化合物提供高效、绿色的合成新方法。本项目先利用传统单室电解槽进行新反应开发，然后在电化学微反应器中实现新发展的反应，使其更高效和实用。

氮杂环广泛存在于天然产物，药物，材料分子中。发展高效且绿色可持续性的合成氮杂环化合物的方法学是现代有机合成研究的重要内容。从简单化合物出发，以最少的步骤构筑复杂的氮杂环化合物是有机合成化学家面临的重要挑战。氮自由基串联环化反应从较简单化合物出发迅速合成复杂的氮杂多环化合物，然而这方面的报道还极少。已报道的方法往往需合成酰胺衍生物为自由基前体，增加合成步骤。另外，这些方法常常需使用有毒有害的有机锡试剂或者过量氧化剂。本项目直接从N–H酰胺出发，通过电化学氧化，实现了多种氮自由基形成及串联环化反应。这些方法无需有机锡试剂和氧化剂，为多种复杂氮杂多环化合物提供高效、绿色的合成新方法。在项目资助下以通讯作者身份发表SCI论文19篇：Acc. Chem. Res.（１篇）、Angew. Chem. Int. Ed. （12篇）、J. Am. Chem. Soc.（3篇）、Nat. Commun.（3篇）。