基于过渡金属催化的C-S键活化串联新反应研究

Transition-metal-catalyzed C-S bond cleavage for C-C bond formation is an important topic in cross-coupling chemistry. On the other hand, ketene dithioacetals are versatile organic intermediates. The combination of the rich chemistry of ketene dithioacetals with the efficient metal-catalyzed cross-coupling methods can extend the scopes and applications of desulfurative cross-coupling reactions and are expected to develop exceptional reaction patterns and new synthetic methods. This project will investigate a set of efficient and novel cascade reactions based on desulfurative cross-coupling of ketene dithioacetals and explore their applications for accessing to important carbo- and heterocyclic compounds. It includes, 1) the investigations on new cascade reactions by using intermolecular desulfurative coupling of ketene dithioacetals as the key step, including Pd-catalyzed desulfurative C-C cross-coupling and cyclizations of alpha-oxo ketene dithioacetals with isocyanides, carbenes, alkynes and alkenes; 2) the explorations on Pd-catalyzed desulfurative double cyclizations and desulfurative cyclization-arylation reactions of alpha-alkenoyl ketene dithioacetals by using intramolecular desulfurative coupling of ketene dithioacetals as the key step; 3) the studies on other transition-metal catalysts for the activation of C-S bond of ketene dithioacetals and their synthetic applications; 4) with the deep insight into the mechanisms, these new methods will be applied for the desulfurative carbocyclization of thioethers and thioeasters. All the experimental results will give a deep understanding of the features and regulations of cross-coupling reactions. Various types of products will be obtained and lay a foundation for the synthesis of natural products and those compounds with important bioactivities.

过渡金属催化的C-S键断裂形成C-C键是交叉偶联化学领域的重要研究课题，二硫缩烯酮是应用广泛的有机中间体。将二硫缩烯酮化学的丰富研究内容与高效的金属催化偶联构键策略相结合，拓展去硫偶联反应的应用范围，有望发现新的反应模式、建立新的合成方法。本项目拟开发系列基于C-S键活化的简捷、高效串联反应，发展重要的碳环、杂环化合物的合成新途径。内容包括：1）以二硫缩烯酮的分子间去硫偶联为关键步骤的串联反应的开发，包括钯催化下二硫缩烯酮与异腈、卡宾、炔和烯的交叉偶联-环合反应；2）以二硫缩烯酮的分子内去硫偶联为关键步骤的双环化反应和环合-芳化反应研究；3）其它金属催化剂对二硫缩烯酮C-S键的活化作用及应用研究；4）在充分认识反应机理的基础上，将新方法拓展到硫酯及硫醚的去硫偶联反应中。本项目的研究结果有助于深入了解偶联反应的特点与规律，预期产物的多样性也将为合成与优化天然产物及具生物活性的物质奠定基础。

本项目探索了过渡金属催化下二硫缩烯酮类物质参与的碳碳交叉偶联反应，建立了系列新颖的碳环、杂环化合物的串联合成方法。基于本项目，将二硫缩烯酮发展成为高效的多官能团化有机硫偶联体。工作中，我们充分利用了二硫缩烯酮的结构优势和反应特性，并借鉴过渡金属催化的交叉偶联反应领域中的成功范例，通过对二硫缩烯酮分子的结构优化与设计，深入、系统地探索了过渡金属催化下二硫缩烯酮与多种偶联体的去硫交叉偶联反应。在此基础上，将新催化合成方法应用到了硫酯类化合物的去硫交叉偶联反应中。此外，本项目还开发了二硫缩烯酮与有机氟试剂的反应，完成了含氟、含硫多官能团新型有机中间体的合成，为有机硫化学与有机氟化学研究领域提供了新内容。项目的研究内容包括：一、分子间交叉偶联反应。1、以钯为催化剂，发展了4类基于二硫缩烯酮的分子间偶联新反应，包括，二硫缩烯酮与异腈的去硫交叉偶联-环合反应；与端炔的去硫交叉偶联-环合反应；与芳碘的还原去硫芳化反应；以及与溴二氟乙酸酯的交叉偶联反应；2、以铜为催化剂，发展了二硫缩烯酮与有机硅的去硫交叉偶联反应。二、分子内交叉偶联反应。以铜为催化剂，发展了二氟环丙烷取代的二硫缩烯酮的去硫环合反应。首先通过分子设计，将二氟环丙烷与二硫缩烯酮两类重要的结构单元结合，制备了二氟环丙烷化的二硫缩烯酮类中间体。之后在铜的催化作用下，实施了二氟环丙烷化二硫缩烯酮的分子内开环-去硫环合反应。三、硫酯类化合物的去硫偶联反应。将过渡金属催化的去硫偶联新方法应用到了硫酯类化合物的去硫偶联反应中，包括钯催化的邻烯丙基（高烯丙基）苯甲酸硫酯的分子内去硫交叉偶联反应，以及铜催化的插烯型硫酯的二氟环丙烷化-开环-去硫环合反应。总之，本项目的研究结果有助于深入理解有机硫偶联体参与的交叉偶联反应的特点与规律。通过多官能团化有机硫偶联体的使用，获得了系列结构多样的偶联产物，为合成与优化天然产物及具生物活性的物质奠定基础。