Pictet–Spengler类反应机理的理论研究和新反应设计

Pictet-Spengler reaction is among the most powerful methods on functionalization at C2 position of indoles. This project focuses on theoretical investigation into the mechanism of this reaction, with a special emphasis on the reaction profile of the stereoselective migration of dearomatized spiro cyclic intermediates derived from indole, pyrrole and phenol scaffolds. The influences of the properties of the migratory groups, the size of the spiro ring, the acidity of the catalyst, the configurations of the other chiral centers in the substrate, etc. to the reaction mechanism as well as the stereochemistry outcome will be studied. This theoretical research is beneficial for the design and development of novel highly selective Pictet-Spengler-type reactions.

Pictet-Spengler反应是实现吲哚2-位官能团化的一类重要方法。本项目采用计算化学方法研究这类反应的机理，特别是基于吲哚、吡咯、苯酚骨架的螺环去芳构化中间体发生立体选择性迁移的反应历程。探索迁移基团性质、螺环大小、外加酸强度、底物中其他手性中心构型等因素对该反应机理和立体化学结果的影响规律。利用理论研究得到的结论帮助设计和发展新型的高选择性Pictet-Spengler类反应。

Pictet-Spengler反应是实现吲哚2-位官能团化的一类重要方法。本项目的研究工作基本按照计划顺利进行。通过本项目的实施我们取得了以下成果：(1) 在对反应机理深入理解的基础上首次高对映选择性地合成了含有三个手性中心的五元氮杂螺环假吲哚化合物，实现了其芳基亚胺单元的高对映选择性迁移反应，并利用DFT计算对其反应机理进行了研究，为文献中广泛推测的Pictet–Spengler类反应的“螺环化/迁移”机理提供了有力的证据。(2) 利用DFT计算研究了金属钯催化多取代吡咯分子间不对称烯丙基去芳构化反应的机理。首次提出在钯催化的分子间不对称烯丙基取代反应中亲核试剂与π-烯丙基片段之间的次级轨道相互作用对于反应对映选择性的控制起到了关键作用。(3) 研究了Lewis酸催化的2,3-二取代吲哚与D–A氮杂环丙烷的反应。发现在Sc(OTf)3或者Fe(OTf)3的催化下2,3-二取代吲哚与D–A氮杂环丙烷可以分别发生吲哚C6位官能团化反应和[3+2]形式环加成反应。并利用DFT计算提出了较为罕见的吲哚C6位官能团化反应的可能机理。(4) 利用DFT计算研究了金属铑催化由碳氢键活化启动的2-萘酚与炔烃的不对称去芳构化反应的机理，提出了反应中观察到的优秀的区域和对映选择性的可能成因。