基于多组分反应的含氮、含硫杂环有序组装

High selective construction of C-hetero bond based on direct C-H functionalization is a very hot and challenging topic in synthetic organic chemistry. It is very important to realize the selective breakage of multiple C-H bonds and the orderly formation of multiple C-hetero bonds for the construction of a wide variety of heterocyclic functional molecules in one pot under transition-metal-free conditions, which is also a challenging subject of green organic synthetic chemistry. In order to overcome the shortcomings of C-H bond direct functionalization in the formation of multi-component C-hetero bonds, this project mainly focuses on sulfur and nitrogen-containing heterocycle formation based on multicomponent reactions. We will develop an effective catalytic system to realize the direct functionalization reaction with controllable regio-selectivity. The cheap and readily available inorganic sulfur and ammonium salt will be used as the sulfur or nitrogen source. With this in hand, we will further focus our research on direct functionalization of other electron-rich heterocycles and arenes and thier further transformations. Our final goal is to develop an environmentally benign and novel approach for efficient construction of sulfur and nitrogen-containing heterocycles.

基于碳-氢键功能化的碳-杂键生成反应是有机合成化学研究的前沿和热点领域，以廉价易得的原料在无过渡金属催化剂参与条件下“一锅”实现多个碳-氢键的选择性断裂和多个碳-杂键的有序生成对于构筑种类繁多的杂环功能分子具有十分重要的意义，也是当今绿色化学面临的挑战性课题。针对当前基于碳-氢键直接功能化的多组分碳-杂键生成反应中存在的不足，本课题以吲哚等富电子芳烃作为研究对象，发展无过渡金属催化剂参与条件下的多组分含硫、含氮杂环有序组装反应体系。通过系统筛选反应条件，寻找高效催化体系，实现区域选择性可控的碳-氢键直接功能化反应；以廉价易得的无机硫或者铵盐作为杂原子来源，发展吲哚参与的多组分“一锅”稠杂环选择性生成反应；通过原位引入醛基，发展吲哚参与的四组分含氮、含硫杂环生成反应。在此基础上，进一步研究其他富电子杂环和芳烃参与的多组分杂环生成反应，为构建含硫、含氮杂环化合物提供环境友好的新途径。

本课题以吲哚和其他富电子芳烃为研究对象，无机硫或者铵盐作为杂原子试剂直接参与或者促进成环反应，发展无过渡金属催化剂参与条件下的多组分杂含硫、含氮杂环选择性生成反应，实现多个C-H键选择性断裂和多个C-杂键选择性生成在“一锅”中有序完成。实现了单质硫/硒参与的多组分含硫/硒杂环生成反应、铵盐作为氮源的含氮杂环生成反应、单质硫和铵盐同时作为杂原子来源的芳香杂环生成反应、单质硫或者铵盐促进的选择性转化反应、基于吲哚和炔烃/烯烃或者酮的烯基化反应及其进一步转化反应等，这些反应大多数都在无过渡金属催化剂参与条件下即可顺利进行，部分反应加入廉价的铜或者铁作为催化剂。这些研究为采用廉价易得的原料通过多组分反应快速构建芳香杂环和其他功能分子提供了新的途径，相关研究成果共发表SCI论文22篇，获授权发明专利3项，培养毕业研究生9名，其中博士研究生7名。