联烯和手性联烯中间体参与的原子经济性串联反应设计和研究

The design and development of novel tandem reaction to achieve high synthetic efficiency with high selectivity is one of the most active research areas in organic synthesis. The design and development of novel tandem reaction via allene intermediate is advantageous for the synthesis of some important molecules and those not easily accessed by general methods since the strategy utilizes the unique reactivity of allenes while avoiding the tedious processes for preparation, isolation and purification. This project will be intended to the design and development of some atom-economic transition-metal catalyzed tandem reactions utilizing in-situ generated allene or chiral allene intermediates from easily accessible alkynes and apply them to the synthesis of complex cyclic molecules. Emphasis will be focused on the establishment of an atom-economic trasition-metal catalyzed addition and isomerization sequence for the study on the reactivity of allene intermediates and the preparation of six-membered, fused and aza- cyclic compounds, as well as the development of methodologies for asymmetric synthesis of polycyclic compounds by the introduction of chiral auxiliaries or chiral catalysts in the system. The implementation of this project is expected to establish a new class of transition-metal catalyzed reaction system, to provide new methods for the rapid synthesis of a variety of cyclic compounds with asymmetric feature, and to provide new concepts and new strategies for the design and development of tandem reaction.

设计和发展新型串联反应、实现高效高选择性的合成是当今有机合成化学中最为活跃的研究领域之一。设计和发展以联烯为反应中间体的串联反应，既可利用联烯独特的反应性，又避免其合成分离过程，可以为一些重要化合物和一般方法较难合成的化合物提供新颖的合成方法，在合成中具有一定的优势。本项目拟以易得的炔烃为原料，设计和发展一系列过渡金属催化的以联烯和手性联烯为中间体的原子经济性串联反应，应用于多种结构复杂的环状化合物的合成。研究重点包括通过确立渡金属催化的原子经济性加成、异构反应体系，研究活泼联烯中间体的反应性，发展六元环、骈环和氮杂环化合物的合成方法学；通过引入手性辅基和手性催化剂，研究反应过程中手性信息转移传递规律，发展多环化合物不对称合成方法学。本项目的实施有望建立一类新型过渡金属催化的反应体系，为多种环状化合物的快速制备与不对称合成建立新方法，为串联反应的设计和发展提供新思路和新方法。

本研究项目以易得的炔丙醇类衍生物为起始原料，利用钯、铜等过渡金属的催化作用现场生成活泼联烯中间体，然后通过分子间和分子内的化学反应捕捉这类中间体，实现有机化合物的高效合成。以此思路，发展了钯催化的以联烯基醚为中间体的高区域、高立体选择性的串联反应，成功实现了以取代丙炔酸酯和炔丙基醚为原料一步合成复杂氧杂双环化合物的新合成方法。同时研究了反应机理和反应过程中的立体化学，并辅以密度泛函理论计算证明，并以光学活性的炔丙酸酯为底物，研究了反应中的手性诱导效应。以炔丙醇醋酸酯和磷氧化物为原料，首次实现了基于联烯基铜中间体的催化联烯化反应，进一步发展了铜催化联烯化、联烯-炔烃异构等串联反应，实现了官能化联烯醇和共轭二炔等重要化合物的高效合成。本项目还发展了炔丙醇类化合物的合成新技术，首次发现了可调控的金催化炔丙基碳酸酯脱羧醚化反应等。发展的几类催化新合成反应，均具有原子经济性和高选择性的特点，为结构复杂的官能化合物的高效制备建立新合成方法。项目部分成果已在ChemComm、OrgLett、Adv Synth & Catal等SCI期刊上发表论文8篇，其中影响因子大于5.0论文7篇。