可见光诱导的全碳及氧代手性季碳中心的立体选择性构建

The development of new and highly efficient synthetic methodologies for the construction of chiral quaternary centers is of great importance in current synthetic chemistry. It remains a central challenge to achieve this goal with the use of simple materials under mild reaction conditions. In this project, we will utilize the visible light-driven Wolff rearrangement and aerobic oxidation to in situ generate disubstituted aryl ketones and α-hydroxyl-β-keto esters. Following, we will focus on the development of 1) transition metal-catalyzed asymmetric cycloadditions of disubstituted aryl ketenes with allylic compounds, 2) nucleophilically catalytic asymmetric [4+2] cycloadditions of disubstituted aryl ketones with in-situ formed ortho-quinone methides and their aza-analogs and 3) transition metal-catalyzed asymmetric decarboxylative allylic and propargylic substitution reactions of α-hydroxyl-β-keto esters. In addition, we will apply these green synthetic methodologies in this project to modify natural product Quercetin. Then, the obtained products will be sent out for the primary evaluation of their biological activities. We believe that, the performance of these studies will provide a new and rapid approach to quaternary chiral centers and heterocyclic molecules which have potential application values.

手性季碳中心的构建一直是有机合成化学中的一个重要研究内容。如何利用温和的反应条件和简单易得的原料，高效、高选择性地构建手性季碳中心是一个富有挑战性的研究课题。本项目拟通过可见光驱动的Wolff重排和需氧氧化反应，原位生成双取代芳基烯酮和α-羟基-β-酮酸酯两类中间体；在此基础上，重点研究：1）过渡金属催化的双取代芳基烯酮与烯丙基底物的不对称环加成；2）亲核催化的双取代芳基烯酮与（氮杂）邻苯醌亚甲基中间体的不对称环加成；3）过渡金属催化的α-羟基-β-酮酸酯的不对称脱羧烯丙基取代反应和炔丙基取代反应；4）以上述反应为关键步骤，对天然产物槲皮素进行结构改造并完成初步的生物活性评估。该项目的实施对发展新的合成方法学、快速构建具有潜在生物活性的化合物具有重要意义。

手性季碳中心的构建是现代合成化学中的一个重要研究内容，如何利用温和的反应条件、简单易得的原料，高效、高选择性地构建手性季碳中心是一个富有挑战性的研究课题。为解决这一挑战性难题，本研究团队在项目资助下主要开展了以下四方面的研究：1.利用钯催化发展光生烯酮与烯丙基底物的[n+2]环加成反应(n = 3~8)，构建含有季碳中心的杂环骨架；2.利用有机小分子催化发展光生烯酮的[n+2]环加成反应，构建含有季碳中心的氧化吲哚和呋喃并内酰胺骨架；3.利用铜催化发展亚甲胺叶立德不对称[3+2]环加成以及炔基碳酰胺和炔丙酯的串联（环化）反应，构建含有季碳中心的手性吡咯烷及其它有价值的合成砌块；4.利用可见光催化或可见光-金属协同催化探索碳碳、碳杂键偶联反应。这些研究充分证明了金属催化、有机小分子催化、可见光催化以及这些催化模式的灵活结合，即序列催化模式、协同催化模式，为手性季碳中心的构建以及含季碳中心的手性杂环合成提供了有效的方法和新的思路。在本项目资助下，项目负责人累计发表了23篇SCI论文，包括3篇J. Am. Chem. Soc.、5篇Angew. Chem. Int. Ed.、1篇 CCS Chem.和1篇Chem. Soc. Rev.；申请并获授权专利3项目；培养博士3名、硕士5名；其中，李天任、魏怡、张凯、姜烜等多位同学获得了国家奖学金，魏怡同学还获得了2019 Reaxys PhD Prize 入围奖，张凯同学获得了俄罗斯“催化与有机合成”国际会议“优秀墙报奖”。由此说明，项目负责人圆满完成了本项目的各项研究目标。