可见光促进的氨基炔丙醇串联反应新策略合成氮杂环化合物的研究

Research and application of novel strategies for tandem reaction has been one of the hottest research topics in organic chemistry. Chemists have developed transition-metal-catalyzed and radical-promoted methods for the tandem reaction of propargyl alcohols. However, it is because of their shortcomings like costly catalyst or radical initiator，relatively harsh reaction condition and difficult to cyclization that realizing the tandem reaction of propargyl alcohols and constructing nitrogen heterocyclic compounds economically and controllably is challenging. This project intends to develop a photocatalytic strategy for the synthesis of nitrogen heterocyclic compounds (such as quinoline-2-ones) via Meyer-Schuster rearrangement/cyclization tandem reaction of amino propargyl alcohols with radical reagents by the use of organic dye photocatalysts under rational control. By expanding substrates and optimizing reaction conditions, it can develop the mild, economy and efficient photocatalytic technology. Meanwhile, the modern analysis and testing methods will be utilized to study the reaction mechanism throughout the project. At last, we apply the strategy to construct some specific drug frameworks. Overall, this research provides the theoretical and experimental basis for the “green industrialization” of nitrogen heterocyclic compounds.

串联反应新策略的研究及应用一直是有机化学的研究热点之一。针对炔丙醇串联反应化学家们发展了过渡金属催化和自由基促进的方法，但不仅需要使用昂贵的金属催化剂或自由基引发剂、反应条件苛刻，而且不能实现环化反应合成环状化合物。因此，如何经济、绿色、可控地实现炔丙醇串联反应并高效构建氮杂环化合物富有挑战性。本项目拟利用可见光催化策略，通过对催化体系的合理调控，在有机染料的催化下实现氨基炔丙醇与自由基试剂的Meyer-Schuster重排/环化串联反应，从而合成具有应用价值的2-喹啉酮等氮杂环化合物。通过底物拓展和条件优化，发展反应条件温和、经济、高效的可见光催化技术，借助现代分析及测试手段揭示反应机理，并将该策略应用于特定结构药物分子骨架的构建。项目的研究可望为氮杂环化合物合成的“绿色工业化”进程提供理论和实验依据。

串联反应新策略的研究及应用一直是有机化学的研究热点之一。本项目发展了可见光催化、无金属氧化剂促进及廉价过渡金属催化等串联反应策略，经济、绿色、可控地构建2-吡咯烷酮等氮杂环化合物。通过底物拓展和条件优化，开发出反应条件温和、经济、高效的串联反应新方法，并借助现代分析及测试手段揭示出反应机理。主要内容如下：（1）建立了可见光驱动的1,6-烯炔与磺酰氯在无光催化剂和添加剂体系下的磺酰化/环化反应方法；（2）发展了2-吡咯烷酮衍生物的制备方法，该方法以1,6-烯炔和羰基化合物为原料，无需使用过渡金属催化剂和添加剂；（3）发现了1,6-烯炔类化合物与酮类化合物在无催化剂、无碱体系下通过两次酮α-C(sp3)-H键氧化实现双环化串联反应；（4）探索了水相中偶氮烷基腈参与的1,6-二烯自由基环化反应；（5）实现了无催化剂和无碱的条件下醚衍生物与1,6-二烯的酰化/环化反应；（6）提出了一种以1,6-二烯类化合物与醇为反应原料，在无催化剂和碱的温和体系下经自由基过程高区域选择性环化反应的新方法；（7）报道了1,6-二烯与磺酰肼的可控环化反应，选择性实现双环化反应和碘化/磺酰化反应。项目的研究可望为氮杂环化合物合成的“绿色工业化”进程提供理论和实验依据。