基于碳碳键断裂的螺环化合物的合成反应研究

C-C bond is known as the basic structural unit of organic compounds, C-C bond cleavage and recombination could modify the core structure significantly, which is highly atom economic for the development of green chemistry. However, application of C-C bond cleavage in synthetic chemistry was limited to the construction of cyclic and polycyclic cores, only few synthetic routes to spirocyclic compounds has been reported with this strategy. This project will utilize transition-metal-catalysis as a key tool to improve the research of C-C bond cleavage and spirocyclization reactions. Cleavage of C-C bond with high ring strain of three or four membered ring will produce metallacycle intermediate by controlling catalyzed conditions. Cheap and easily accessible halogenated phenols will be utilized to synthesize various spirocyclic compounds with the metallacycle intermediate in high chemoselectivity and regioselectivity. Meanwhile, the theoretical model will be constructed combining the experiment conclusion with theoretical calculation which will support the follow-up study and provide new ideas for the synthesis of bioactive spirocyclic compounds.

碳碳键是构成有机化合物的基本结构单元，碳碳键断裂与重组可以最大限度改变化合物的结构，具有较高的原子经济性，符合当代绿色化学的发展理念。然而利用这一策略构筑的化合物局限于单环或者并环骨架，对于螺环化合物合成的报道却寥寥无几。本项目拟采用过渡金属催化为核心手段，探索基于碳碳键断裂的螺环化反应研究。该工作选用张力较大的三元环或四元环为研究对象，通过条件的控制，形成环金属中间体，继而与简单易得的卤代苯酚作用，以高的化学选择性和区域选择性实现碳碳键断裂的螺环化反应，构筑骨架多样的螺环化合物。此外，期望通过实验验证和理论计算相结合的方式，提出最合理的反应机理，为后续的研究提供理论依据，并为具有生物活性的螺环化合物的合成提供新思路。

项目计划以断裂构成有机化合物的基本结构单元碳碳键为契机，采用过渡金属催化为核心手段，探索基于碳碳键断裂的螺环化反应研究。在项目进展初期，选用张力较大的三元环或四元环为研究对象，简单易得的卤代苯酚作为偶联片段，以期构筑骨架多样的螺环化合物，但是课题进行一年的深入研究后，并未得到理想的结果。随后改变策略，以探寻更加简单高效的螺环构筑新方法，可喜的是，经过大量的尝试，最终高化学选择性、高区域选择性实现了简单三组份的[2+2+1]去芳构螺环化转化，构筑了一系列结构新颖的五元螺环分子骨架。除此之外，还发展了去芳构化/脱卤的反应新策略，利用路易斯酸催化，实现了卤代萘酚不对称去芳构[4+1]螺环化反应，得到了一系列手性的吡唑螺环己二烯酮类结构。与此同时，项目执行过程中也探索了其他的单原子合成子，以三级羟胺作为双功能单氮源，借助钯催化碳氢键活化/双胺化的反应策略，发展了基于SN1型碳氮键断裂的[2+2+1]新反应，一步实现了五元氮杂环的高效构建，获得了3,n(n=4,5,6)-三环吲哚的分子骨架。