过渡金属催化肟酯与胺基α-C(sp3)官能团化/环化反应研究

Nitrogen-containing heterocyclic compounds are abundant in natural products, pharmaceutical drugs and materials that are widely used in the fields of chemistry，medicine, pesticide and material science. The transition-metal catalyzed functionalization/cyclization reactions of nitrogen atom α-C-H with oxime esters are a simple and effective method of constructing nitrogen-containing heterocyclic compounds. However, many of the existing methods suffer from the limited substrate scope, unstable substrates, low yield and poor atom economy. This project aims to develop transition-metal catalyzed functionalization/cyclization reactions of amino α-C(sp3) with oxime esters, providing a number of nitrogen-containing heterocyclic compounds. In the study, we attempt to explore the mechanism through various means，which will provide theoretical guidance for future research and applications.. This work will foucs on: (1) develop mild, highly efficient and selective strategies to complete cyclization reactions of oxime esters and amines via the amino α-C(sp3) functionalization, using transition metal complexesas catalysts; (2) application of the methods to construct natural products and pharmaceutically active frameworks.

含氮杂环化合物是许多天然产物、药物及材料分子的重要骨架，在化学、医药、农药和材料科学等领域有着广泛的应用。利用过渡金属催化肟酯与氮原子的α-C官能团化/环化反应构建含氮杂环化合物是一种比较简单而有效的方法。然而，大部分已报道的合成方法存在反应底物范围窄、底物不稳定、产率低及反应原子经济性不好等问题。本项目拟利用过渡金属催化肟酯与胺基α-C(sp3)官能团化/环化反应合成一系列含氮杂环化合物。在该研究中，将通过各种手段探索反应机理，从而为今后的研究及应用提供理论指导。本研究集中在以下方面：（1）发展条件温和、高效、高选择性的过渡金属催化肟酯与胺基α-C(sp3)官能团化/环化反应反应研究；（2）将该方法和技术应用于一些天然产物和药物活性分子骨架的合成。

肟酯化合物是一种重要的有机合成子，可用于合成许多具有生物活性的含氮杂环化合物，其中包括合成吡咯、吡啶、异喹啉、异恶唑、咪唑等。通过肟酯的环化反应可以简单、高效地直接构建含氮杂环化合物，然而，大部分已报道的合成方法还存在一些问题，比如底物适用范围有局限性、反应条件苛刻、需多步反应及反应选择性不好等问题。因此，利用肟酯，发展简单、高效的环化反应合成含氮杂环化合物的新方法仍然非常有必要。基于此，本项目的主要研究内容为利用肟酯的环化新反应构建含氮杂环化合物，从而为以后的肟酯的研究与应用提供理论指导。本项目主要研究成果包括以下几个方面：.（1）发展了一种简单高效无配体参与的铜催化肟酯与2-胺基苄醇氧化环化合成喹啉化合物的方法。该反应在室温下即可反应，反应条件温和、简单，能以中等到良好的产率选择性地得到多取代喹啉化合物，底物兼容性高。另外，该反应还适用于克级规模的反应。肟酯作为反应的内部氧化剂，使该合成方法更具有吸引力。.（2）发展了一种新颖、简单、高效的铜催化肟酯与ɑ-胺基羰基化合物[3 + 2]环化反应合成3-胺基吡咯的方法。反应的最佳条件：以10 mol%的醋酸铜的催化剂，以DMSO为反应溶剂，在80 oC氩气氛围中反应12小时。该反应底物官能团兼容性好，底物适应广泛，反应条件温和，副产物（醋酸和水）绿色，可合成多样化的用其它方法难以合成的3-胺基吡咯化合物。.（3）发展了一种新的铁催化肟酯与廉价易得的饱和羰基化合物[3 + 3]环化合成吡啶化合物的方法。该方法经过氧化脱氢/环化/氧化芳构化的串联反应，一步选择性地构建了多取代吡啶化合物。反应首先是饱和羰基化合物的β-C(sp3)-H键官能团化，然后与肟酯发生环加成反应。ɑ,β-不饱和酮是反应的关键中间体。