胺基β-C(sp3)官能团化/环化合成氮杂环化合物研究

Nitrogen heterocyclic compounds are widely used in chemistry, pharmacy, biology, and materials science. Chemists have developed a variety of methods to construct nitrogen heterocyclic compound skeleton and to build the nitrogen heterocyclic compounds by using transition metal catalytic nitrogen atom β-C functionalization/cyclization reaction, which is a kind of very effective method. Based on imide and enamine β-C-H functionalization/cyclization reaction, Chemists build nitrogen heterocyclic compound through some mature methods, but the reaction substrate is difficult and unstable to synthesize and separate, therefore its application in organic synthesis is limited. This project intends to adopt simple and stable N-(1-Phenyl ethyl) aniline compounds as substrates, using  imine or enamine as intermediate state which results from the oxidation of amine and Synthesis of nitrogen heterocyclic compounds by functionalization/cyclization reaction. Designing substrates and optimizing reaction conditions to develop mild, efficient and green strategies, which is to finish the intramolecular cyclization reaction of amino β-C(sp3) and cyclization/tandem reaction of conjugated N-(1-phenylethyl)aniline with other reagents to build nitrogen heterocyclic compounds, with Pd as catalyst. At the same time, exploring the reaction mechanism through modern analysis and test methods. And application of the methods to construct natural products and pharmaceutically active frameworks Therefore, this research can provide theoretical and expermental basis for synthesis and application of nitrogen heterocyclic compounds.

氮杂环化合物在化学、药学、生物学和材料科学等领域具有广阔的应用前景，化学家们发展了各种方法来构建氮杂环化合物骨架，其中利用过渡金属催化氮原子的β-C官能团化/环化反应构建氮杂环化合物是一种非常有效的方法。化学家基于亚胺和烯胺的β-C-H官能团化/环化反应构建氮杂环化合物发展了一些成熟的方法，但是反应底物难以合成、分离和不稳定，限制其在有机合成中地应用。本项目拟利用简单易得且稳定的N-（1-苯乙基）苯胺类化合物作为底物，以氧化后得到的亚胺或烯胺作为反应中间体，发生官能团化/环化反应构建氮杂环化合物。通过底物设计和条件优化，发展高效、高选择性、条件温和的过渡金属催化胺基β-C(sp3)分子内环化反应及与其它外来试剂的串联/环化反应合成氮环状化合物的方法；同时通过现代分析及测试手段，探索反应机理；并将该方法和技术应用于一些天然产物和药物分子及骨架地合成。为氮杂环化合物地合成和应用研究提供理论和实验依据。

基于氮杂环及硫杂环化合物在化学、药学、生物学和材料科学等领域的广泛运用，化学家们发展多种构建这些杂环化合物骨架的方法，目前利用C-H官能团化/环化反应构建氮杂环和硫杂环化合物是最常用和最有效的方法之一。本项目在前期工作者的基础上，进一步发展了以C-H官能团化为工具来合成氮杂环和硫杂环化合物的方法。主要内容和结果表现在以下几个方面：1. N-β-C(sp3)类型底物（亚胺或者胺类化合物）和N-β-C(sp2)类型底物（2-（2-卤代苯基）-吲哚）通过C-H官能团化自环化及或者与外来试剂（亚硝酸叔丁酯和水）串联环化反应构建氮杂环化合物（ [1,2,5]恶二唑并[3,4-c]喹啉、吲哚2-羰基吲哚类化合物、喹啉-2,4-二酮类化合物和二苯并咔唑）；2. N-α-C(sp3)类型底物（N-苄基芳胺和苄胺）和N-β-C(sp2)类型底物（肉桂酰胺），在有硫试剂(S和K2S)的条件下，通过串联环化反应得到氮硫杂环化合物（苯并噻唑、萘并噻唑和苯并噻嗪酮）；3.在取得一定经验后，设计了不需要含氮原子的底物，以1,3丁二烯类化合物为底物与硫化钾通过sp3和sp2的C-H官能团化串联环化反应生成多取代的噻吩；4.最后，对其他方向也进行了研究，以过渡金属钯作为催化剂，通过碳钯杂环中间体，发展了双硅基化反应合成双硅烷化合物和脱羧偶联串联环化反应构建多环化合物的方法。该项目为合成氮杂环、氮硫杂环、硫杂环、含双三甲基硅化合物和多环化合物提供了可靠的途径。同时通过现代分析及测试手段，探索反应机理；并将该方法和技术应用于一些天然产物和药物分子及骨架地合成。