金催化的共轭二烯[4+1]环加成及不对称催化合成研究

Cyclopentenes constitute an important structural motif in organic compounds，their derivatives play significant roles in chemical engineering and medical field. So exploring novel synthetic methods attracted increasing attentions by the organic chemists. In this project, we will utilize conjugated dienes as C-4 synthon and various gold carbene as C-1 synthon to afford selectively [4+1] cycloadducts, and develop a simple and efficient method for synthesizing the cyclopentene derivatives. The electronic effects of the diene units can be modified by choosing different substituted groups, and different carbene precursors are designed to generate more active gold carbene species in situ. Then the reaction conditions such as additives and solvents are optimized to achieve efficiently and selectively [4+1] cycloadditions and give a variety of the cyclopentene derivatives in high yield. Different kinds of optical active cyclopentene derivatives will be obtained through stereoselectively [4+1] reactions with different chiral phosphine and/or carbene ligands, and/or chiral anion as a catalyst. Meanwhile，the mechanism of the [4+1] reaction and the origin of chiral induce will be studied to provide theoretical basis of the design and understanding of gold carbene reactions. This synthetic methodology can be applied to construct a large library of the five-member ring compounds and as a significant platform and source for medical research.

环戊烯是有机化合物中一类重要的结构单元，其衍生物在化工和医药领域具有很重要的用途，因此研究其合成方法引起科学家的广泛关注。本项目拟采用共轭二烯作C-4源，金卡宾作C-1源，实现金催化的[4+1]环化合成，构建一条合成环戊烯衍生物的简捷途径。通过改变共轭二烯底物取代基类型调控其电子效应，以期构建用于[4+1]环加成反应的有效模型。通过构建不同类型的金卡宾前体，并筛选高效的金催化剂原位制备活性金卡宾，结合对添加剂和溶剂等因素的调控选择，实现高效、高选择性地获得系列环戊烯衍生物。其次通过构建和筛选不同手性膦配体、卡宾配体或络阴离子，制备系列手性金催化剂，实现不对称[4+1]环加成，高产率、高对映选择性地获得系列手性环戊烯衍生物。同时，利用计算化学对反应机理进行研究，为深入理解和拓展金卡宾反应提供理论指导。项目的实施将构建较大容量的环戊烯衍生物分子库，为医药领域提供重要的化合物来源和筛选平台。

金催化炔烃、联烯及共轭二烯的[4+3]和[4+2]环加成反应已经受到广泛关注，相关的反应被广泛报道。然而，金催化的[4+1]环化反应鲜有报道。基于金催化环化策略，已经初步完成本项目既定研究目标。经过多种金络合物和阴离子的组合优化，条件控制，设计合成系列共轭二烯底物以及系列卡宾前体，初步实现了金催化下的[4+1]-环加成反应。基于反应底物的合理设计，初步实现了脂肪胺类化合物的[4+1]-环加成反应，构建了系列异吲哚啉酮产品。在项目研究过程中，实现了原位产生的金卡宾与烯烃的环异构化反应，为以后的深入研究提供了实验依据。同时，对反应机理进行了初步探讨，为新颖反应设计奠定了基础。.此外，在本项目执行过程中，基于本项目中的炔烃底物、共轭二烯以及烯烃底物，发现了系列新颖串联反应，发展了新颖的反应类型，构建了系列环状化合物。研究结果总结如下：.1)基于该项目的金催化剂和炔烃底物及其衍生物，实现了金催化炔烃活化的系列串联反应高效构建茚酮、异色烯、四环桥头烯烃、吡咯等环状骨架结构。2)基于该项目的炔烃和烯烃底物及其衍生物，实现了银催化炔烃活化的串联反应高效构建具有生物活性的茚酮稠合的环己烯衍生物。3)基于该项目的炔烃底物，实现了酸催化下的系列串联反应高效构建了具有重要意义的多种茚酮类化合物。4)基于该项目的炔烃底物，实现了碱催化下或无催化剂下的系列串联反应，高效构建了具有重要意义的多碳环或杂环产品。5)基于该项目的烯烃底物，发展了Lewis酸催化下的环化反应，高效构建具有重要生物活性的二氢呋喃类化合物。6)基于该项目的金催化剂，发展了芳香酮类化合物的新颖的α-亚甲基化反应，构建了系列1，2-二取代的丙烯酮产品。总之，这些结果为进一步的反应设计，机理研究，以及构建环状产品分子库和药物筛选平台提供了基础和积累。