光催化三元/四元碳环化合物开环/环化串联反应研究

The tandem reaction is an efficient method for the construction of ring compounds in organic synthesis, and the tandem ring-openning/cyclizaiton of carbocyclic compounds is a fundamental challenge in current synthetic organic chemistry. This project aims to develop new visible-light promoted ring-openning/cyclization tandem reaction of carbocyclic compounds and radical reagents. In this study, we attempt to capture the intermediates, determine the quantum yields, and synthesize a number of cyclic compounds. The main contents are as follows: (1) Develop mild, efficient and green strategies to complete the tandem ring-openning/cyclization of carbocyclic compounds with high selectivity, by the use of visible light catalysis. (2) Application of the new strategies to the tandem ring-openning/cyclization of complicated carbocyclic compounds. (3) Application of the methods to construct natural products and pharmaceutically active frameworks.

串联反应是有机合成化学中一种高效构筑环状化合物的方法，其中碳环化合物开环/环化串联反应是一项非常具有挑战性的课题。本项目拟开展光催化碳环化合物自由基试剂的开环/环化串联反应研究，合成一系列环状化合物，进一步发展新的有机合成方法学。在研究中，将进行反应中间体的捕捉，光量子产率的计算，揭示反应本质，为今后的研究及应用提供理论指导，主要内容如下：（1）发展条件温和、高效和高选择性的光催化三元/四元碳环化合物与芳基重氮盐及其它自由基试剂的开环/环化串联反应研究；（2）将发展的最佳催化体系应用于复杂碳环化合物的开环/环化串联反应研究中；（3）将方法和技术应用于一些天然产物和药物分子及骨架的合成。

环状化结构是重要的有机结构单元，广泛的存在于绝大多数药物和天然产物中。环状化合物的合成一直是有机合成中的研究热点。因此开展三元/四元碳环化合物的开环/环化串联反应研究对于合成多环化合物具有重要意义。.基于三元/四元碳环结构的特殊性，本项目采用自由基进攻的策略，在可见光催化或氧化自由基的条件下实现了碳环化合物的开环/环化反应，主要包括以下内容：（i）三元碳环化合物（甲烯基环丙烷和乙烯基环丙烷类衍生物）的自由基开环/环化反应；（ii）四元碳环化合物（环丁酮肟酯类衍生物）的开环/插二氧化硫反应。本项目开发的开环/环化串联反应使用廉价过渡金属或不使用金属催化剂，反应条件温和，底物适用范围广。借助动力学同位素效应、自由基抑制实验、荧光量子产率实验、开光/避光实验和荧光淬灭实验等方法，研究了碳环化合物开环/环化反应的机理并提出了各个反应的可能机理。. 本项目还将上述方法拓展应用到可见光催化碳-碳不饱和键的双官能团化反应，实现了可见光催化自由基参与炔酸酯、炔酰胺、炔基吲哚、烯丙醇中碳-碳不饱和键的双官能团化反应。本研究合成了多种稠环和螺环类化合物，避免了强酸、强碱和强氧化剂的使用。反应过程绿色环保，反应选择性高，符合当代绿色化学及精细化工发展的基本要求。. 在本项目的执行过程中，项目主持人及参与成员系统地研究了各种自由基参与三元/四元碳环化合物开环/环化串联反应的作用机理，开发出了碳环化合物的新型开环/环化串联反应体系。项目组还将研究方法拓展到碳-碳不饱和键的双官能团化反应，也获得了很好的效果。这项研究将不断丰富有机化学的内涵，拓宽碳环化合物扩环反应方法和技术在有机合成中应用的新途径，并为其工业化实现提供理论指导和技术基础，这无论在理论上还是在实践上都具有重要的意义。