氮杂环卡宾-酸/碱协同或串联催化反应研究

This project will investigate the cooperative or cascade catalysis of organic reactions by N-heterocyclic carbene (NHC) and acid or base catalysts. In the first part, the NHCs/Lewis acids cooperative catalysis of the reactions of alpha,beta-unsaturated aldehydes, cyclopropanecarbaldehydes, or oxiranecarbaldehydes with various multifunctional compounds will be explored. The influences of acids on the reaction pathways, chemical yields, diastereoselectivity or enantioselectivity of these reactions will be revealed. We aim to regulate the structures of products or improve the stereoselectivity of the reactions by varying the NHC and acid catalysts. Through activating the inactive carbon-heteroatom unsaturated bonds by acids, the heterocyclic carbene-catalyzed additions of alpha,beta-unsaturated aldehydes to arylimines, pyrazole or triazole derivatives will be examined. The second part of this project is to investigate the cascade catalysis of new reactions catalyzed by both N-heterocyclic carbenes and bases, including the cascade reactions of various ortho electron-deficient vinyl or alkynyl substituted arylaldehydes, alpha,beta-unsaturated aldehydes with ortho substituted bis-alpha,beta-unsaturated aldehydes or ketones, imines, alpha,beta-unsaturated imines, electron-deficient alkynes. The aims of this work are to obtain the products that are not accessible from the reactions catalyzed by the sole N-heterocyclic carbene catalysts and to establish novel synthetic stratagy based on N-heterocyclic carbenes/bases cascade catalysis.

本项目拟研究氮杂环卡宾和酸协同催化、或和碱串联催化的有机反应。研究内容包括：第一，研究Lewis酸和氮杂卡宾协同催化alpha, beta-不饱和醛、环丙烷甲醛和环氧丙烷甲醛等与各种多官能团化合物的反应，考察Lewis酸对反应途径、产率、非对映和对映选择性的影响，通过改变氮杂环卡宾和酸种类，调控反应产物结构或提高反应立体选择性；探索通过Lewis酸对碳杂不饱和键的活化，实现氮杂环卡宾催化下alpha, beta-不饱和醛对芳基亚胺、吡唑或三氮唑衍生物等含不活泼碳杂键化合物的加成。第二，研究氮杂环卡宾和碱串联催化的反应，包括在卡宾和碱共同催化下各种邻位烯基、炔基取代芳醛、alpha, beta-不饱和醛与邻位双alpha, beta-不饱和醛酮、亚胺、不饱和亚胺、缺电子炔烃等化合物之间的串联反应，从而获得用氮杂环卡宾独立催化不能形成的反应产物, 建立基于氮杂环卡宾和碱串联催化的合成新方法。

本项目系研究氮杂环卡宾与酸协同、氮杂环卡宾与碱串联催化的新型有机反应，项目完成的工作有以下几个方面：.1. 研究了氮杂环卡宾和Lewis酸协同催化邻-甲酰肉桂酸酯的二聚反应，实现了通过NHC/Lewis酸协同催化调控反应的途径。.2. 研究了氮杂环卡宾和Lewis酸协同催化邻-（芳甲酰乙烯基）肉桂醛的二聚反应，通过NHC/Lewis酸协同催化，实现了底物从分子内环化向分子间二聚反应的转变。另外，将氮杂环卡宾和Lewis酸协同催化运用于邻-（芳甲酰乙烯基）肉桂醛和不同芳醛的分子间反应，发展了一条具有广泛适用性的构建光学活性多官能团取代茚并[1,2-c]呋喃-1-酮类化合物的新途径。.3. 探索了氮杂环卡宾和Lewis酸协同催化alpha, beta-不饱和醛与邻-（芳甲酰乙烯基）芳醛的反应，发现了反应条件调控的两种不同的反应途径，建立了构建光学纯桥环苯并[c]庚内酯的新方法。.4. 发现了氮杂环卡宾和Brønsted碱串联催化邻-芳甲酰乙烯基芳醛的新型二聚反应,建立了高效和非对映选择性构建多官能团取代苯并[a]芴-11-酮类化合物的新方法。.5. 研究了氮杂环卡宾和Brønsted碱串联催化3-邻甲酰苯酚基丙烯酸酯与N-Boc亚胺的反应，实现了碱量控制的选择性高效合成2,2-二取代苯并呋喃-3-酮和黄酮衍生物。.6. 系统探索了手性氮杂环卡宾催化邻-(芳甲酰乙烯基)肉桂醛与alpha, beta-不饱和亚胺的不对称串联反应，首次实现了杂环卡宾N-取代基对反应非对映选择性和反应途径的调控。建立了通过相同反应原料高度立体选择性合成光学活性茚并吡喃酮和茚并环戊酮衍生物的新方法.7. 研究了氧化剂存在下氮杂环卡宾催化不饱和醛与羰基取代腙的环化反应，发展了高效和高对映选择性合成4,5-二氢哒嗪-3-酮类化合物的新方法。另外，通过改变催化剂体系、碱的用量和反应条件，实现了利用相同底物选择性合成光学活性4,5-二氢哒嗪-3-酮和哒嗪-3-酮衍生物。