富电子共轭二烯和重氮化合物的不对称[4+1]环加成反应研究

Metal carbene are versatile synthetic synthons in organic synthesis, it could act as electrophiles or nucleophiles in the asymmetric reactions. The asymmetric catalytic reactions of heteroatom nucleophiles with metal carbene have been widely studied. In contrast, carbon nucleophiles have received less attention so far. Electron-rich conjugated dienes are one type of most important nucleophiles, the tandem [4+1] cycloaddition reaction in which the metal carbene is attacked by carbon nucleophiles of electron-rich dienes may be proved to have obvious potential in the construction of multisubstituted cyclopentene derivatives. The proposal aims at the design of the asymmetric [4+1] cycloaddition reactions of diazo compounds with electron-rich conjugated diene and derivatives. Screening of metal catalysts such as ruthenium, rhodium, palladium, copper and iridium as well as the investigation of the chiral ligands are expected to realize the asymmetric version of the reaction, thereby providing a rapid, efficient access to structurally and optically enriched cyclopentene derivatives, which bearing one all-carbon quaternary stereocenter. The methodology is to be important with regard to synthetic applications in the synthesis of multisubstituted cyclopentene derivatives.

金属卡宾是一类非常重要的两亲（亲电和亲核）有机合成子，广泛的应用于不对称催化反应中。杂原子亲核试剂与金属卡宾的不对称催化反应已有较多的报道，但碳原子亲核试剂参与的类似反应还不多见。富电子共轭二烯作为一类重要的碳亲核试剂，进攻金属卡宾引发的不对称[4+1]环加成反应在一步构建多取代手性环戊烯化合物上具有潜在的应用价值，但却未能获得有机化学家们的关注。本项目拟研究富电子共轭二烯或其衍生物与重氮化合物的不对称[4+1]环加成反应。对钌、铑、钯、铜、铱等金属和手性配体进行筛选，控制反应的选择性，构建高光学活性、高度官能化、具有全碳季碳结构的环戊烯衍生物。本方法学有望为多取代环戊烯衍生物的合成提供一条新的途径。

光学活性的环戊烯衍生物是合成许多天然产物、生物活性物质和手性药物的重要中间体，这类化合物的合成一直是有机合成领域研究的热点。富电子共轭二烯作为一类重要的碳亲核试剂，进攻金属卡宾引发的不对称[4+1]环加成反应在一步构建多取代手性环戊烯化合物上具有重要的意义。我们课题组对铑络合物催化Danishefsky二烯与重氮乙酸酯的不对称[4+1]环加成反应进行了研究，通过一锅反应, 高化学收率（up to 97%）、高对映选择性( up to 92% ee) 的得到环戊烯酮类化合物，产物通过简单的几步转化衍生反应，高对映选择性的得到具有生物活性的化合物Herbertenediol。接着，我们又成功实现了铑络合物催化的Danishefsky二烯类似物与靛红衍生的重氮化合物的不对称[4+1]环加成反应，以高达99%的化学收率和99%的对映选择性得到氧化吲哚螺环戊烯酮骨架结构产物。同时，我们课题组也对钪催化重氮化合物与磺酰吲哚原位产生的亚胺的环加成反应进行了研究，该反应可以高非对映选择性的得到吲哚并环戊烯骨架结构产物。此外，我们对钯催化的不对称[3+2]环加成反应进行了研究，成功实现了乙烯基环丙烷与芳香醛衍生的磺酰亚胺、靛红衍生的Boc亚胺以及环状磺酰N-杂二烯的环加成反应，分别高对映选择性的得到多取代的四氢吡咯、氧化吲哚螺四氢吡咯和多取代环戊烷骨架结构化合物。另外，我们还对邻羟基苯基取代的p-QMs与磺酰吲哚原位产生的亚胺、苯并呋喃酮衍生的烯烃发生的Oxa-Michael/1,6-共轭加成反应进行了研究，高非对映选择性的得到色满螺Spiroindolenine或呋喃-2-酮衍生物。