乙烯基环丙烷作为三碳组分参与的[3+x+y]反应的方法学发展与应用

Vinylcyclopropanes are usually used as a five-carbon (5-C) synthon in transition-metal catalyzed cycloadditions. Our group reported that, under the Rhodium catalysis, vinylcyclopropanes can act as a three-carbon (3-C) synthon to take part in Type-I-III [3+2] cycloadditions with alkenes/alkynes and one [3+2+1] cycloadditions with alkenes/alkynes and CO. Here we propose to develop new [3+x+y] cycloadditions of vinylcyclopropanes with various 2-C and 1-C synthons. We will study whether Rh, Ni, and Ir can catalyze Type-I-III [3+2] cycloadditions and Type-I-III [3+2+1] cycloadditions of vinylcyclopropanes with alkene/alkyne/allene and carbon monoxide to synthesize five- and six-membered rings. To further impact organic synthesis and study the scope of the [3+x+y] reactions, we will apply the previously discovered [3+2+1] and [3+2] reactions of 1-yne-VCPs for the synthesis of three natural products, Clovan-2,9-dione, Gracilamine and Panaginsene.

在传统的金属催化的环加成反应中，乙烯基环丙烷是作为五碳(5-C)组分参与反应的。前期工作中，我们发现了乙烯基环丙烷可作为三碳(3-C)组分参与与炔烃/烯烃的Type-I-III型[3+2]反应，和一类乙烯基环丙烷与炔烃/烯烃和CO的[3+2+1]反应。为进一步拓展乙烯基环丙烷作为三碳组分的[3+x+y]环加成化学，我们将研究在金属铑，镍，铱等催化下的乙烯基环丙烷与烯烃/炔烃/联二烯以及一氧化碳的Type-I-III型[3+2]反应和Type-I-III型[3+2+1]反应，期望发展出新的高效合成五元碳环和六元碳环的新方法。为了进一步探讨[3+x+y]反应在有机合成上的优势和特点，我们将开展利用1-炔-乙烯基环丙烷的[3+2+1]和[3+2]反应作为关键反应来合成天然产物Clovan-2,9-dione,Gracilamine和Panaginsene。

发展新的金属催化的环加成反应来合成不同的碳环是现代有机化学化学的前沿课题之一。本课题希望发展基于乙烯基环丙烷作为3C或5C的合成子的[3+x+y]或[5+x+y]的反应并研究这些反应的机理。另一个研究方向是将本基金研究中所发展的环加成反应以及前期所发展的[3+2], [3+2+1]反应应用于天然产物和药物分子的合成。本课题在刚才提到的两个方向上开展工作，取得一些比较满意的进展。在反应的方法学发展上，我们发展了铑催化的桥式-[5+2]反应， 铑催化的Trans-2-allene-VCPs的[3+2]反应，铑催化的allene-VCPs的[3+2]反应，铑催化的形式-[4+3]反应，和铑催化的[4+3]/[4+1]反应。这一系列的反应可以帮助构建七元环、五元环等环系。在反应的应用方面，利用铑催化的[3+2+1]反应，我们成功地实现了对超氧阴离子的产生和人类嗜中性粒细胞弹性蛋白酶的释放具有显著的抑制作用的天然产物clovan-2,9-dione的全合成。我们在利用[3+2+1]反应合成雌激素受体调节剂的研究也取得阶段性进展。与此同时，我们也在尝试将我们发展的铑催化[3+2]反应用于具有[3.3.3]螺桨烷结构的天然产物modhephene，具有5/5/5环系的天然产物panaginsene，以及serratine的全合成，这些工作也有许多重要进展。在机理研究方面，我们已经对铑催化形式-[4+3]反应、[4+3]/[4+1]反应、[5+1]和[3+2+1]反应进行了研究，目前已经取得了许多重要进展，文章正在整理。总之，我们所发展的这些新的环加成反应为化学家合成天然产物和药物分子提供了新的合成工具。我们还通过应用这些反应合成天然产物和药物分子，进一步研究和探讨了这些反应的普适性以及它们在有机合成上的应用前景。反应的机理研究对理解这些反应和指导后续的新反应发展提供了许多新的指导和建议。在本基金支持下我们共发表文章共6篇(标注基金的工作有4篇),其中Angew. Chem. Int. Ed. 1篇, Organic Lett. 1篇，Asian JOC 1篇， Synlett 1篇。其它相关合成工作和机理研究工作正在进行或正在整理发表。