金属卡宾参与的多组分反应和串联反应

Multicomponent reactions and cascade reactions are capable of rapidly constructing complex molecules from simple or readily accessible starting materials. In these reactions, multiple reactions take place simultaneously or in an orderly manner, several bonds are formed in a single operation without the need of isolation of reaction intermediate. These features meet increasing demands of our society for highly efficient, sustainable and environmentally friendly organic synthesis. In this proposal, we will investigate several metal-carbene mediated multicomponent reactions and cascade reactions which include inter- and intra-molecular nitrone formation/1,3-dipolar cycloaddition/rearrangement, intramolecular nitrone formation/1,3-dipolar cycloaddition, ammonium ylide formation/nucleophilic addition, ammonium ylide formation/[2,3]-Sigmatropic rearrangement. These reactions allow rapid construction of a series of complex molecules such as multisubstituted aziridines, fused cycles, α,β-diamino phosphonates, multisubstituted indolines, α-amino acids. We will also investigate their asymmetric catalysis.

利用多组分反应和串联反应可以实现从简单易得的原料到复杂分子的快速构建。在这些反应中，多步反应同时或有序地发生，有多个化学键生成，中间产物不需要分离提纯。这完全符合人们对现代有机合成化学的要求即：高效、节能、环保。在本项目中，我们将着重研究一些金属卡宾参与的多组分反应和串联反应。这些反应包括：分子间和分子内的硝酮形成/1,3-偶极环加成/重拍串联反应、分子内的硝酮形成/1,3-偶极环加成反应、铵叶立德形成/亲核加成反应和铵叶立德形成/[2,3]-Sigmatropic重排反应。这些反应可以从简单原料高效快捷地构建多取代的氮杂环丙烷、多元稠环、α、β-二氨基磷酸酯、多取代的吲哚啉、α-氨基酸化合物。同时，我们还会探索这些反应的不对称催化。

利用多组分反应和串联反应可以实现从简单易得的原料到复杂分子的快速构建。在这些反应中，多步反应同时或有序地发生，有多个化学键生成，中间产物不需要分离提纯。这完全符合人们对现代有机合成化学的要求即：高效、节能、环保。在本项目中，我们开发建立了一系列高效高选择性的金属卡宾参与的多组分反应和串联反应。这些反应包括：1）钌催化的硝酮形成/1,3-偶极环加成/重拍串联反应，反应产率高达96%，非对映立体选择性高达99：1; 2）钴催化的烷基腙和杂环芳烃的环丙烷化反应，合成一系列氮杂多环化合物，该反应产率高达97%；3)烷基卡宾和芳烃的Buchner反应和环丙烷化反应，生成多元稠环化合物，产率高达99%；4）钴催化下的烷基腙和吡咯衍生物环丙烷化/开环串联反应生成吡咯里西啶化合物，产率从中等到优秀 （32%-87%）；5）羧酸铑催化的醌二叠氮化物和芳香化合物的串联反应，以中等到优秀的产率（45-92%）给出联苯化合物。同时我们还探索了硝酮形成/1,3-偶极环加成反应；铵叶立德形成/亲核加成反应的不对称催化。以上这些反应可以从简单原料高效快捷地构建多取代的氮杂环丙烷、多元稠环、α、β-二氨基磷酸酯、多取代的吲哚啉化合物。这些反应拓展了卡宾转移反应在有机合成中的应用范围和实际应用价值，也为有机合成提供了一些新的合成方法。基于以上这些工作，我们在国际专业学术期刊上一共发表了6篇影响因子大于5的论文，分别为Angew. Chem., Int. Ed. 一篇，Organic Letters 两篇，Advanced Synthesis & Catalysis 两篇，Chemistry-A European Journal 一篇。建立一个多学科交叉的科研梯队，并培养了五名博士研究生。