基于炔胺中间体的协同催化合成方法研究

This project is aimed at obtaining structurally and chemically unique ynenamine species using novel synergistic catalysis, which might lead to discovery of previously unattainable chemical transformations. Synergistic catalysis is an innovative concept. It uses two orthogonal catalysts and activates two reaction partners at the same time. This catalysis mechanism enables the synthesis of high energy chemical bonds and functional groups, by greatly reducing the activation energy barriers of the underlying transformations. Currently, the synergistic use of small molecule and metal catalysts is in its infancy. With more catalyst systems and new reactions being developed, the strategy of synergistic catalysis will have a profound impact on synthetic organic chemistry. Our group recently established an amine/gold synergistic system that converted aldehydes/ketones to ynenamines. These special enamine species exhibited unique chemical properties. They could be intercepted by various electrophiles or oxidants, generating synthetically valuable allenyl aldehyde (ACIE 2013) and ynone compounds (JACS，2014). Based on these preliminary results, we will design new synergistic catalysts, synthesize novel ynenamine compounds, and study their chemical behaviors and reaction mechanisms under different conditions. We will also develop novel synthetic methodologies such as double α-functionalization of carbonyls using ynenamine as the pivotal intermediate. This exercise will provide innovative synthetic tools to access complex structures.

本项目旨在发展新颖的协同催化体系，高效合成结构与化学性质独特的炔烯胺物种，并利用这类中间体发展传统方法无法实现的化学转化。协同作用机制是一种新兴的催化策略。它利用两种正交催化剂，同时活化两个反应底物，可以克服高活化能垒，构建高能量的化学键及官能团。目前，有机小分子与过渡金属的协同催化研究尚处于起步阶段，发展新的协同体系和新反应，将为有机合成化学的发展提供重要的科学思路。项目组前期工作建立了胺+金的协同催化模式，可以将羰基转化为炔烯胺。这类特殊的烯胺物种表现出独特的化学性质，可以被多种亲电试剂及氧化剂捕捉，一步获得具有重要合成价值的联烯醛（ACIE 2013）和炔酮（JACS 2014）。本项目计划在此基础上，发展新的协同催化机制，研究多种炔烯胺化合物的合成，探索它们在不同化学环境下的反应性质与反应机理，并发展羰基α-位双官能团化的新颖合成方法，为复杂分子结构的构建提供重要化学手段。

项目执行顺利。项目团队在前期工作的基础上，发展了炔二烯胺的合成方法，研究了其底物适用性，实现了适用范围广的1,2,3,4-四取代丁二烯的制备方法。我们发现该炔烯胺中间体可以与各种亲电试剂发生一系列新颖的环化、重排反应，生成多种环系骨架，并可以被亲核试剂捕捉，进行原位的6-π电环化反应。本项目在该炔二烯胺中间体的基础上，利用金催化剂和二级胺的协同，实现了炔酮的α-位炔基化反应，获得了高度共轭的二炔烯胺中间体，并发展了手性胺与手性磷酸的协同策略，实现了其高度选择性的不对称α-氟化反应，获得了α-炔-α-氟双官能团化的手性炔酮产物。项目组在金/胺协同催化的前期研究的基础上，实现了联烯醛经由炔烯胺中间体的高度不对称α-炔基化反应，合成了手性四取代联烯产物。 在炔烯胺设计理念的启发下，本项目设计α-碘烯胺作为新型卡宾等价体，首次实现了醛的不对称α-环丙烷化。该烯胺中间体在手性二级胺的作用下，可以以高度立体选择性合成一系列独特的手性[3,5]并环结构。最近项目组利用α-碘代醛作为 Donor-Accepter卡宾等价体，实现了非过渡金属催化的硫叶立德[2,3]-重排反应，制备了一系列含有季碳中心、联烯和杂环化合物，为硫叶立德化学提出了新的思路和催化模式。综上所述，本项目在前期工作的基础上，发展了多类新的协同催化机制，特别是有机小分子与金属，以及两个手性小分子催化剂连用的体系，研究了多种炔烯胺中间体的高效合成，并探索了它们在不同化学环境下的反应性质与反应机理，为复杂分子结构的构建提供了重要的化学手段。