叠氮甲酸酯参与的碳－氢插入反应研究

氮烯对碳－氢键的直接插入反应是合成含氮杂环和胺类化合物的有效方法。在以往的研究中，主要采用碘代磺酰亚胺化合物作为氮烯的前体，这一试剂存在着合成困难、化学性质不稳定和产物脱除磺酰基困难等较大的缺陷。本申请项目计划采用叠氮甲酸酯作为新的氮烯前体，能够很好地克服上述问题，提高氮烯的碳－氢插入反应的合成应用价值。我们在前期研究中，采用三光气和叠氮化钠的一步反应，从醇制备了叠氮甲酸酯。发现在微波辐射下，叠氮甲酸酯顺利分解和发生分子内的碳－氢插入反应，以高产率制备了含氮杂环产物。本申请项目计划在前期工作基础上，深入研究叠氮甲酸酯在微波、热和光作用下的碳－氢插入反应，发展有效的合成含氮杂环和氨基醇类化合物的新方法。此外通过对一系列过渡金属催化剂的筛选，发现适用于叠氮甲酸酯反应的催化体系，更有效地控制反应的区域和立体选择性，并进一步筛选有效的手性催化剂，实现高对映选择性的碳－氢插入反应。

在过去三年的研究中，我们首先改进了叠氮甲酸酯的合成方法，缩短了反应时间和提高了收率，此外也合成了一些结构新颖的氮烯前体。详细考察了反应条件（溶剂、反应温度、催化剂、微波辐射、添加剂等）对叠氮甲酸酯分解及后续C－H插入反应的影响。我们发现叠氮甲酸酯的结构对反应性能和产物分布影响很大，可以产生噁唑酮和七元含氮杂环等多种不同类型的产物。通过对常用过渡金属催化剂的筛选，我们发现多数催化剂对叠氮甲酸酯的分解显示较低的催化性能。在微波辐射条件下，3-苯基丙醇衍生的叠氮甲酸酯顺利发生C－H插入反应，得到五元和六元环状氨基甲酸酯产物。我们也尝试引入吡啶甲酸酯为配位和定向基团，通过与金属的配位作用，影响氮烯和碳烯的C－H插入反应，以提高反应的选择性。我们还研究了在氧化剂存在下，通过形成高价金属氧化物，对C－H键发生的选择性氧化反应，以制备相应的羟基和酮产物。.我们最近还研究了金属铱催化的含氮杂环α位的直接C－H活化反应，通过在底物中引入恰当的配位基团，能够有效活化氮原子α位的C－H键，然后与酮发生偶联和连续脱氢反应，有效构建了C＝C双键，这类反应以前未见文献报道。此外该C－H活化方法还能够进一步扩展到酰胺的类似反应，有效构建了C＝N双键。在这些反应中，不需要外加的氧化剂或者氢受体，反应中释放出氢气为副产物，因此具有突出的原子经济性和绿色化学的优点，对于合成多种含氮杂环化合物具有重要的应用价值。沿着这一研究方向，我们预期能够继续发展更多合成胺类产物的新方法。.此外，我们也研究了以有机催化共轭加成反应为基础的串联反应，通过对Michael受体、亲核试剂和催化剂的选择，成功发展了多种有效的串联反应，分别合成了手性环己酮、硝基环丙烷、2-氨基吡喃、特窗酸衍生物、4-硝基酮酯、螺吲哚酮等一系列产物，为相关天然产物和药物的合成提供了新的方法。