肟氮-氧键催化转化的新反应研究

Oximes generally possess several advantages, including wide availability, easy accessibility, good stability, and low toxicity. Considering the generally low bond energy of the oxime N–O bond, it will have many opportunities to create numerous organic compounds through the realization of new chemical transformations of oxime N–O bond. Recently, our research interests focus on the catalytic transformations of the oxime N–O bond, and have found some new organic reactions which include the synthesis of pyrimidinediones through the reaction of cyclic oxime esters and isocyanides, the generation of new C=C bond through the reaction of ketoxime ether and olefin, and the construction of spirocyclic scaffolds and polycyclic N-heterocycles from ketoxime ester and olefin or maleimide, respectively. Based on these results, we will systematically study the new chemical transformations of oxime N–O bond, which will provide efficient and practical methods for the preparation of important organic molecules. The contents of this project contain the construction of several heterocyclic skeletons, the generation of C=C bond, and remote C-H bond functionalization of carbonyl compounds. The realization of these organic reactions will significantly enrich the transformations of the oxime N–O bond. In this project, we will solve various problems, e.g., rational design of transition metal complexes and ligands, and improvement of the reactivity of many reactive intermediates. The systematic studies on these problems and success in realizing the desired reactions will prompt us to design and develop more new synthetic methods.

肟具有来源广泛、容易制备、稳定性好和毒性低等优点。鉴于肟氮-氧键键能较低，探索肟氮-氧键新的化学转化途径将创造出许多新化合物。最近，申请人课题组围绕肟氮-氧键的催化转化，发现了几类新的反应类型：环状肟酯与异腈反应合成嘧啶二酮类化合物、酮肟醚与烯烃反应构建新的碳碳双键、酮肟酯与烯烃发生环加成反应构建螺环骨架、酮肟酯与马来酰亚胺反应构建多环含氮骨架。本课题将在这些结果的基础上，系统研究肟新的化学转化途径，为重要有机分子的制备提供高效、实用的合成方法。研究内容包括：肟参与的多种杂环体系的构建、碳碳双键的构建、羰基远端碳-氢键的官能团化。这些研究将极大的丰富和拓展肟氮-氧键的化学转化类型。此外，反应涉及的过渡金属络合物和配体的合理设计与合成、多种活性中间体的反应性等基础问题的深入探索和解决将为我们合理设计和发展出更多的新型催化反应提供重要的参考和打下坚实的基础。

氮杂环骨架广泛存在于天然产物、药物、农用化学品和功能材料等分子中，为此，发展高效、简洁的合成方法来构建氮杂环骨架具有极其重要的研究意义。项目执行期间，负责人课题组以结构类型多样、来源广泛和容易制备的肟作为氮源，围绕经由氮-氧键断裂的新型环化反应开展了较深入和有特色的研究，发展了构建氮杂环骨架的系列新策略和新方法，主要包括：（1）肟参与[3+2]、[2+2+2]、[5+n]等环化反应；（2）异氰基对氮-氧键插入实现异氰基的双官能团化反应。这些研究实现了肟的新的化学转化途径，并加深了我们对亚胺-金属物种、亚胺自由基和碳自由基的化学转化的相关科学问题的深入理解。在本领域著名期刊上发表SCI论文7篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）、Org. Lett.、J. Org. Chem.和Org. Chem. Front.等，获得授权专利1项、申请专利2项。.1、提出“异氰基双官能团化”策略，通过异氰基对氮-氧键插入等过程，实现了嘧啶二酮和二氢喹啉酮化合物的简洁合成。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.和J. Org. Chem.上，得到了《有机化学》“亮点介绍”栏目和Synlett期刊“Synpacts”栏目的介绍。部分工作已获得授权发明专利。.2、将肟发展为五原子构筑基元参与[5+n]环化反应，构建了氮杂七元环和螺双氮杂环骨架。该反应显示出较好的底物适用范围和官能团兼容性。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。.3、高活性的烯基自由基的产生及进一步环化合成稠合吡啶，部分催化产物显示出较好的抗炎活性，体现了我们的方法在构建潜在生物活性分子核心骨架中的有用性。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。.4、肟参与[2+2+2]环化反应快速构建稠合芳环。这种方法可以合成多种结构新颖的稠合芳烃，这些化合物采用传统的合成方法很难实现。相关工作发表在Org. Lett.上。.5、肟参与[3+2]螺环化/芳构化串联反应，实现了多取代吡咯的简洁合成。相关结果发表在Org. Chem. Front.上。