基于铜-银共催化硝酮合成子参与构筑杂环骨架的研究

Single metal-catalyzed employment of nitrone synthons in organic synthesis suffers from exclusive response modes and low reactivity. Currently bimetallic catalyzed systems, such as Rh-Ag and Au-Ag, have been developed and have achieved significant progress. However, the applications of noble metals, and the previously reported methods mainly in C–H activations have led to disadvantages of such approaches in economic effect, and synthesis and application. Copper salts are used as cheap, commercially available and non-toxic catalysts. Silver catalysts exhibit unique catalytic activity in organic reactions. However, the Cu-Ag bimetallic catalytic systems in the field of nitrone chemistry remain less developed. Herein, we intend to introduce the copper and silver bimetallic catalyzed system into nitrone chemistry, to exploit a new reactivity profile of nitrones. With the readily available nitrones as a component, two kinds of cyclization reactions including the tandem [3+2] cyclization/aryl migration with alkynes and isocyanides, and [4+1] cyclization with cyclopropanols are designed for constructing a variety of heterocyclic skeletons, such as oxazole, oxadiazole and furan. Thereby, a novel synthetic approach involving nitrones will be provided for the synthesis of heterocyclic compounds.

单一金属催化硝酮合成子的反应往往存在着反应模式单一、催化活性较低等缺陷，为解决这一问题，人们发展了双金属共催化体系，如：铑-银、金-银等体系，取得较为丰硕的成果。然而，这些体系主要用于碳氢键的活化，且铑、金等金属价格昂贵,一定程度上限制了其发展。铜具有廉价易得、毒性低等优点，银在有机反应中展现了独特的催化活性，但是利用铜-银双金属共催化体系催化硝酮合成子的有机反应还没有得到有效发展。本项目拟将铜-银双金属催化体系引入硝酮合成子的反应中，催化硝酮类化合物与炔、异腈和环丙醇类化合物的反应。包括：硝酮与炔和异腈的[3+2]型环合/芳基迁移反应，硝酮与环丙醇的[4+1]型成环反应，构筑一系列恶唑、恶二唑及呋喃类杂环骨架，拓展硝酮新的反应类型，发展一系列构筑杂环的新策略和新方法。

本项目侧重于铜银催化硝酮反应研究，研究了催化剂、溶剂、反应温度等因素对反应的影响，考察了所设计的反应化学选择性和区域选择性，实现了对所设计的反应的选择性控制，高效构建了单杂环、双杂环、稠杂环、螺杂环等重要的杂环骨架，合成了大量结构多样性的杂环化合物，建立了一系列杂环骨架的高效构筑方法。丰富了硝酮化学和杂环合成的方法学。所使用的原料简单、易得，反应过程操作方便、绿色，反应的选择性高，产率高，环境友好。这些工作为构建杂环骨架提供了新的、有效的合成方法和策略。这些反应在原子的经济性、环境的友好性、合成方法的简便性和有效性等方面都展现出了较为突出的优点。部分成果已经在Org. Lett.、J. Org. Chem.、Adv. Synth. Catal.、Org. Biomol. Chem.、Tetrahedron、Tetrahedron Lett.等刊物上发表了论文20余篇。在本项目执行期间，申请人获得了江苏省青年托举工程资助，培养了3名硕士研究生，其中1人考取博士研究生，1名研究生获得了江苏省研究生创新项目。本项目在执行不仅顺利完成了计划规定的的内容，而且对原计划的内容有较大的扩展，超额完成原计划规定的任务。所发表的科研成果也远远超过了原计划所设定的目标。本项目的经费使用按照规定执行，除按照学校的管理规定学校提取5%的管理费外，主要用于实验的药品费、测试费、差旅费、少量用于研究生的科研补贴。