氮杂环卡宾与路易斯酸协同催化三元杂环扩环反应的研究

N-Heterocyclic carbene (NHC) organocatalysis is an ongoing study in the past few years. The cyclization of homoenolate/enolate intermediate is a mile stone in the development of NHC organocatalysis. However, the development was limited by electrophile classes. In this project, we are proposed to investigate cooperative effects in ring expansion reactions of three-membered heterocycles. Lewis acid (LA) is employed to activate three-membered heterocycles of oxirane/aziridine/oxaziridine derivatives. We will focus on the cyclization reactions of homoenolate/enolate with these three-membered heterocycles to inspect activating effect and guiding effect in the reactions. Mechanistic study will also be investigated by density functional theory (DFT) calculation. The implementation of this project is expected to provide some theoretical guidance and experimental basis for seeking new electrophile classes and study of NHC/LA cooperative catalysis.

氮杂环卡宾（NHC）具有独特的有机催化功能，是近几年兴起的研究热点。与醛形成的homoenolate和enolate中间体的环加成反应，是NHC有机催化反应的一个重要分支。但由于亲电体类型有限，这个领域的发展受到了很大的限制。本项目拟研究协同效应在三元杂环扩环反应中的应用，拟利用路易斯酸（LA）活化环氧乙烷类、环氮乙烷类和氧代亚胺类等三元杂环亲电体，通过NHC/LA协同催化研究homoenolate和enolate中间体与三类新型亲电体之间的环加成反应,考察NHC/LA协同催化体系的活化效应和导向效应对该类反应的影响，并利用DFT计算进行反应机理研究，建立反应的DFT模型。本项目的实施有望为新型亲电体的寻找和NHC/LA协同催化体系的研究提供一定的理论指导和实验依据。

氮杂环卡宾（NHC）具有独特的有机催化功能，是近几年兴起的研究热点。NHC与醛形成的homoenolate、enolate以及vinyl enolate中间体的环加成反应，则是NHC有机催化反应的一个重要分支。本项目的实施，完成了以下工作：（1）通过手性氮杂环卡宾与布朗斯特酸协同催化的vinyl enolate中间体与未保护的靛红之间的[4+2]环加成反应，合成了一系列具有潜在生物活性的未保护螺环吲哚吡喃二酮衍生物；（2）通过手性氮杂环卡宾与布朗斯特酸协同催化[4+2]、[3+3]、[3+2]等环加成反应，合成了一系列具有潜在生物活性的杂环化合物；（3）通过氮杂环卡宾催化不对称催化aza-Diels-Alder反应，合成了一系列具有潜在生物活性的alpha-氨基酸衍生物，并通过DFT计算，初步建立了过渡态和反应机理模型。该项目的完成进一步充实了氮杂环卡宾有机催化能力和协同催化能力的催化剂体系，也为以后的工作奠定了初步的理论基础。