基於鈀催化碳氫官能團化反應的含氮雜環的合成

《基於鈀催化碳氫官能團化反應的含氮雜環的合成》是依託南開大學，由何剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於鈀催化碳氫官能團化反應的含氮雜環的合成
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何剛
• 依託單位：南開大學

中文摘要

含氮雜環化合物許多具有獨特的活性和功能，在科研和日常生活中有著廣泛的套用。如何高效地合成各種結構的氮雜環骨架，一直是有機合成化學家不斷探索的研究方向之一。近年來，碳氫鍵官能團化反應的蓬勃發展為含氮雜環的合成提供了一個新的思路，並在此方面取得了大量傑出的成果。本項目擬採用基於碳氫鍵官能團化反應的策略構建氮雜環骨架，包括四氫喹啉環、四氫異喹啉環和目前尚未有很好方法合成的苯並氮雜環丁烷。同時將採用碳氫鍵官能團化反應作為關鍵步驟，完成具有顯著生物活性的天然生物鹼Stepharine、Pronuciferine和Phoebegrandine A的合成。本項目的成功開展將進一步促進碳氫鍵官能團化反應的發展並拓展其在有機合成中的套用，具有重要的學術意義和套用價值。

結題摘要

氮雜環結構是許多醫藥分子和有機功能材料的核心骨架，關於氮雜環骨架的高效合成和轉化方法學研究已經發展成為有機化學的一個重要分支。其中，具有較高環張力的苯並氮雜環丁烷骨架長久以來吸引了眾多合成化學家的關注。然而其自身具有的較高環張力，為苯並氮雜環丁烷的合成造成了巨大的挑戰。在本項目實施之前尚未有關於苯並氮雜環丁烷的高效實用的合成方法報導，造成了此類化合物在有機化學及相關學科的套用受到嚴重製約。在本項目中，我們基於分子內碳氫鍵氨基化的策略發展了一條苯並氮雜環丁烷的高效合成方法。為了克服分子內成環反應的高能壘，我們設計併合成了一種基於二甲基丙二酸骨架的新型三價碘氧化劑（PhIDMM），利用二甲基丙二酸片段與高價環鈀中間體的雙齒螯合作用抑制了較易發生的分子間氧化反應，通過調節反應的動力學促進了分子內氨基化的進行（Nat. Chem. 2016, 8, 1131-1136）。通過該方法，我們合成了一系列苯並氮雜環丁烷分子，並在此基礎上對其反應活性進行了細緻的研究。我們首先發展了質子酸催化的苯並氮雜環丁烷與吲哚片段的4+2環加成反應，高效合成了一系列含氮稠環骨架，為communesin家族生物鹼核心骨架的構築提供了新的策略(Chin. J. Chem. 2019, 37, 119-125)。其次，我們發展了銠催化的碳氮鍵活化策略，實現了苯並氮雜環丁烷與一氧化碳的4+1插羰反應，為氧化吲哚啉骨架的合成提供了新的方法。在本項目中，我們還對四氫喹啉骨架，天然產物Stepharine、Pronuciferine 和Phoebegrandine A的合成進行了探索，目前尚未有成果發表。