基于三氮唑开环的新反应研究

α-Imino metal carbene, resulting from triazole, is one of the most important intermediates in the synthesis of nitrogen-containing compounds. According to the recent reports, ketenimine and diazonium ion can be obtained from triazole when treated with different catalysts. However, the research of these two novel ring-opening reactions of triazole is premature. In this project, we want to make clear the key factor which controls the generation of ketenimine, and design new transformations which take advantage of the special reactivity of diazonium ion and Lewis acid catalyst. Specifically, catalysts bearing nitrogen-containing anions with different electronic density and steric hindrance will be synthesized. A range of functional groups will be set up in the triazoles, and the relationship between catalyst structure and reactivity of ketenimine will be explored in detail. Furthermore, novel diazonium ion-mediated reactions employing weak nucleophiles will be developed. Lewis acid containing boron atom will be modified and applied in the efficient cascade reaction. Hopefully, value-added nitrogen-containing chemicals, which cannot be obtained from metal carbene, will be synthesized by ketenimine-mediated or diazonium ion-mediated protocols.

三氮唑作为α-亚胺基卡宾前体的研究在含氮化合物的高效合成中占有重要地位。最近的研究表明三氮唑在不同的催化体系下，可以选择性的生成烯酮亚胺或重氮基正离子中间体，但这两方面的研究均尚处于原始阶段。本项目旨在明确由各类型三氮唑生成烯酮亚胺中间体的控制因素；以及利用重氮基正离子区别于传统金属卡宾的反应特点，结合硼基路易斯酸的特性，设计新型的三氮唑开环反应。主要研究内容如下：1）合成不同电性及位阻的含氮配体，考察过渡金属、配体及添加剂等对选择性生成烯酮亚胺中间体的影响，以及对后续烯酮亚胺反应选择性的调控作用。2）基于重氮基正离子的结构特点，发展适用于弱亲核试剂的反应体系；改进硼基路易斯酸的结构，利用其能够活化极性多键的特点，设置多个亲核中心与亲电中心，通过调控反应的选择性来实现高效串联反应。希望利用上述两类中间体，发展一系列高效合成含氮（杂环）化合物的全新化学转化，补足α-亚胺基金属卡宾的短板。

近年来，三氮唑作为α-亚胺基卡宾前体的研究成为合成含氮（杂环）化合物的高效方法。值得注意的是，α-亚胺基卡宾通常是作为氮杂三碳合成子来参与反应。为了突破这一限制，在三氮唑侧链引入易迁移亲核基团，会在其与卡宾反应后产生新的两性离子中间体。.本项目的主要研究内容包括以下几方面：a) 通过重排反应生成新的两性离子中间体。课题组研究了酯基的1,2-迁移反应、1,3-迁移反应、羟基的1,3-迁移反应，以及亚磺酸酯的1,3-迁移反应等，证实了三氮唑可以突破氮杂三碳合成子的限制，经重排/环化反应，可以高效合成各种环系的含氮化合物，反应的选择性跟两性离子的稳定性息息相关。b) 三氮唑作为氮杂三碳合成子的反应。完成了重排及扩环反应。以该类反应作为关键步骤，完成了Aurantioclavine的全合成工作。c) 无过渡金属催化的三氮唑转化。.在本项目支持下，相关研究在Org. Lett.，Chem. Commun.等杂志发表论文16篇。通过本项目的研究，深入了解了各种α-亚胺基卡宾的反应活性与结构之间的密切联系，为进一步的深入研究打下坚实的基础，将进一步促进α-亚胺基卡宾在有机合成和药物研发领域的应用。