钯催化烯基三元环与单吸电子基活化烯烃的不对称[3+2]环加成反应及应用研究

The project focuses on the Pd-catalyzed asymmetric [3+2] cycloaddition reaction of vinyl three-membered ring compounds with activated alkenes bearing single electron-withdrawing group, affording optically active five-membered ring compounds containing multiple chiral centers. The influence of the palladium catalyst, the chiral ligands with different scaffold, electronic effect and steric hinderance on the reaction will be studied. The effect of the solvents, the temperature, and the additives such as phase transfer catalyst, inorganic salt, Brøsted acid and Lewis acid on the reaction will be investigated. The [3+2] cycloaddition reaction will be realized in high yield and with high diastereo- and enantioselectivities. The applications of the optically active five-membered ring compounds in synthesis of natural products and some important synthetic intermediates will be studied. This study will offer new tool for the application of transition metal-catalyzed asymmetric cycloaddition in organic synthesis. We will have a deep understanding on the transition metal-catalyzed asymmetric cycloaddition reaction.

研究钯催化烯基三元环与单吸电子基活化烯烃的不对称[3+2]环加成反应，构建具有多个手性中心的五元环状产物。研究过渡金属催化剂，不同类型手性配体，配体的电子和立体效应对于反应的影响。考察反应条件包括反应溶剂、反应温度、添加剂如相转移催化剂、无机盐、Brøsted 酸及Lewis酸等对于反应的影响。高效、高非对映选择性和对映选择性地实现这一类[3+2]环加成反应。研究光学活性的多手性中心五元环状产物在天然产物和重要有机中间体合成中的应用。由此为过渡金属催化不对称环加成反应在有机合成中的应用提供新途径，对过渡金属催化的不对称环加成反应有更深入的认识。

发展高立体选择性的有机合成新反应是催化不对称合成中的重要研究领域之一。本项目开展了钯催化下烯基三元环化合物与单吸电子基活化烯烃的不对称环加成反应研究，实现了钯催化下烯基环氧乙烷与β-取代的α,β-不饱和酮、烯基氮杂环丙烷与3-硝基吲哚、烯基环氧乙烷与三取代硝基烯烃、烯基环氧乙烷与联烯酰胺、烯基环丙烷与缺电子炔烃的不对称[3+2]环加成反应。在此基础上，进一步发展了钯催化下烯基二噁烷酮与α,β-二取代硝基烯烃、烯基苯并噁嗪酮与3-硝基吲哚的不对称[4+2]环加成反应。实现了不对称催化反应的非对映选择性和对映选择性控制，反应可以放大至克级规模，为具有多个手性中心的五元和六元环状化合物的催化不对称合成提供了简洁高效的方法。实现了反应产物的多样性转化，反应产物可以转化为一些生物活性分子和天然产物的重要骨架。通过计算化学和核磁等手段探索了反应机理和立体选择性的控制机制。该研究为金属催化不对称环加成反应在合成化学中的应用提供了新的途径。