基于杂原子取代炔烃的有机合成方法学研究进展发表于《自然-通讯》

发布日期:2017-11-24     浏览次数:1665次    发布者:黄伟珺    

      我院叶龙武教授课题组和吕鑫教授课题组在过渡金属催化的杂原子取代炔烃氧化反应方面取得重要进展,相关成果以“Divergent synthesis of N-heterocycles viacontrollable cyclization of azido-diynes catalyzedby copper and gold”为题于2017年11月23日在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications, 2017, 8, 1748)。


              

       炔烃是有机合成中一类非常重要的合成子,其原料易得、化学转化丰富,π酸活化的炔烃特别是末端炔烃可接受一系列亲核试剂的选择性进攻,从而实现CC键、CH键和CX键的高效构筑。但是,该类加成反应主要发生在末端炔烃的β位(即非末端)。究其原因,普遍认为是由炔烃的电性所决定,β位电正性更强,所以更易接受亲核试剂的进攻。叶龙武课题组致力于实现针对该类炔烃加成反应的区域选择性调控。其中策略之一是电性导向基策略,即在末端炔烃的α位(即末端)引入杂原子用以改变炔烃的电性,从而使亲核试剂选择性地进攻α位,导向基可后续方便切除(导向基也可留在分子内发生进一步有用转化),从而以间接方式实现选择性翻转。近年来,叶龙武课题组在过渡金属催化杂原子取代炔烃氧化反应(Chem. Sci.2014, 5, 4057;Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 8245;ACS Catal. 2016, 6, 6055等)、胺化反应(Chem. Sci. 2015, 6, 1265;J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9567;Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 605等)以及环异构化反应(ACS Catal. 2017, 7, 4004;Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 4015等)等方面取得了系列重要进展,特别是这些方法已成功应用于几十种天然产物、生物活性分子和药物的高效简洁合成。

       最近,该课题组研究发现,利用金属铜(II)可很好地催化同时连有炔基和叠氮基的杂原子取代炔烃的氧化反应,这是首例廉价金属催化的该类二炔氧化反应,同时也是首次报道的叠氮基捕获经炔烃氧化途径产生的金属卡宾。特别是,利用该方法实现了一系列多环含氮杂环分子(具有药物核心骨架)的高效构建。例如,对该类环化产物进行几步简单的化学转化,则可方便合成DHODH抑制剂、caspase-3抑制剂等生物活性分子。有意思的是,从同样的炔烃底物出发,在金催化下则会发生串联环化反应,进而得到合成上非常有用的吲哚并吡咯化合物。因此,通过简单的金属和氧化剂调控,便可实现两类重要三环氮杂环分子的可控合成。吕鑫教授课题组通过密度泛函理论(DFT)计算,很好地诠释了该类反应的机理,特别是明晰了反应化学选择性和区域选择性控制的根源。

        该研究工作主要由叶龙武课题组2015级博士生申文波完成,博士生周波、李龙和本科生刘鑫协助完成。吕鑫教授课题组博士生孙青负责理论计算,郑南峰教授课题组博士生严娟珠协助单晶测试。研究工作得到国家自然科学基金委优青项目、面上项目(21622204, 21572186, 91545105),福建省杰出青年科学基金(2015J06003),厦门大学校长基金(20720150045),厦门大学大学生创新创业训练计划项目(2016G10384076)和国家基础科学人才培养基金项目(J1310024)的资助。

       论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01853-1