有机催化在立体选择性构建全碳季碳手性中心及天然产物全合成中的应用研究

All-carbon quaternary chiral centers extensively exist in fine chemicals, pharmaceutical intermediates and natural products. However, Enantioselective construction of all-carbon quaternary center has been one of the most challenging research topics in organic synthesis. On the other hand, organocatalysis has attracted so much attention because of its advantages such as environment-friendliness,low cost，and easy operation etc.. In this proposal, the organocatalytic multi-component Domino reaction will be deeply studied to enantioselectively construct the all-carbon quaternary center on various substrates, which could be expected to provide a highly efficient pathway for asymmetric construction of all-carbon quaternary center. The corresponding organocatalysts will be designed, synthesized, and screened to investigate the relationship of structure-activity on the performance of the enantioselective construction of all-carbon quaternary center. Furthermore, this developed methodology will be applied to the first enantioselective synthesis of a natural product-Viridin, a highly biologically active pentacyclofuranosteroid. And this developed methodology will serve as the key step for the whole synthetic sequence. The studies in this proposal would significantly facilitate the application of organocatalysis in the synthesis of natural products and fine chemicals.

全碳季碳手性中心普遍存在于精细化学品、药物中间体以及天然产物结构中；而立体选择性地构建全碳季碳手性中心一直以来是最具挑战性的难题之一；另一方面，有机催化作为目前有机合成中的研究热点之一，由于其具有环境友好、成本低廉、易于操作等诸多优点, 受到了广泛关注。本项目将通过研究有机催化下多组分串联反应，寻求高效率、高立体选择性地构建全碳季碳手性中心的方法;针对不同结构特征的反应底物,广泛地探讨形成全碳季碳手性中心的合成方法,为解决这一难题提供一条有效的途径；通过催化剂的设计、合成以及结构与性能关系的研究,筛选出具有优异催化性能的催化剂体系；此外，针对具有非常重要生物活性的天然产物- Viridin的结构特征,利用所建立的方法学来立体选择性地构建全碳季碳手性中心作为整个合成路线的关键步骤。由此，本项目将为有机催化在天然产物、精细化学品的合成中开辟更为广阔的应用前景。

季碳中心广泛存在于多种精细化学品、药物中间体以及天然产物结构中，构建季碳中心特别是全碳季碳中心一直以来是精细合成中的一大难题，而不对称形成季碳手性中心则更挑战性。近年来发展的有机催化方法学，具有环境友好、成本低廉、易于操作、立体选择性好等诸多优点。本项目提出了基于有机催化作为构建季碳中心地有效解决方案，通过有机催化剂设计合成、环化及多组分串联反应设计，高效率、高立体选择性地构建季碳包括全碳季碳中心，同时构建多样的含季碳中心的多元杂环骨架，以利于在生物活性方面的研究。主要研究成果包括以下几方面：.1.以脯氨酸和一级氨基酸为母体结构设计合成了20种结构新颖的磺酰胺以及酰肼手性催化剂，并深入探讨了结构与性能关系,针对不同类型的反应筛选出多种具有优异催化性能的催化剂体系：在构建含季碳手性中心3-羟基-2-吲哚酮结构中取得了高达92%ee和99%产率；催化三组分1,3偶极反应构建含全碳季碳手性中心螺环体系，显现了非常优异的立体选择性和催化活性（99% ee，20:1 dr, 95%产率）；首次确切地发现了阻碍磺酰胺类有机催化剂在立体选择性催化羟醛缩合反应中起到催化作用的关键中间体，并通过简单水的添加以消除其影响而促使反应的进行，最终取得满意的催化结果；.2.基于1,3-偶极反应构建结构新颖的含季碳中心杂环或螺环体系；设计全新的链接方式进行分子内环丙烷开环进行【3+2】环加成过程一步组装成复杂天然产物Scandine带有一个全碳季碳中心的核心骨架，并具有高度非对映选择性（>20:1dr）以及很宽的底物耐受性；首次实现了靛红与胺反应生成的叶立德在适当酸催化作用下进行自身1，3-偶极环化反应便捷且高选择性地（仅生成单一异构体或>20:1 dr)构建多样的含有两到三个全碳季碳中心双吲哚酮螺咪唑环以及2,3-和2,5-双吲哚酮螺哌嗪多环体系，并且反应过程中的区域选择性可简易地通过胺结构加以调控；.3.基于多米诺反应构建了含季碳中心多元杂环体系。设计以含亲核性官能团的α,β-不饱和化合物与α,β-不饱和烯醛之间发生了新颖的Michael-Michael-缩醛化三步串联反应高效、高非对映选择性地组装含有季碳中心苯并四氢吡喃衍生物（仅生成单一异构体）；首次以吡啶作为导向基团、脯胺酸酰胺为手性控制，通过与2,3-吲哚二酮进行连续两步反应以高产率（达90%）和高非对映体选择性（>20:1d