手性环丙烯构建策略用于对映选择性合成偕二氟亚甲基三元环化合物

作为最小的不饱和环状分子,环丙烯独特的刚性结构和多变的反应活性吸引了化学家的研究兴趣.自1922年Demjanov[1]报道了环丙烯化合物的首例合成以来,现已发展了一系列环丙烯的合成方法.手性环丙烯的合成是通过炔烃和重氮化合物的[2+1]不对称环加成反应.根据底物的不同,这些不对称环加成反应可以分为四类:(a)末端炔烃和单取代重氮化合物的反应,(b)末端炔烃和双取代重氮化合物的反应,(c)非末端炔烃和双取代重氮化合物的反应,(d)非末端炔烃和单取代重氮化合物的反应.在这四类反应中,末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称反应相对容易进行.1992年,Doyle和Müller等[2]报道了手性铑催化剂[Rh2(5R-MEPY)4]促进的末端炔烃和重氮醋酸酯之间的不对称环丙烯基化反应(Scheme 1a).随后各种手性催化剂包括[Rh2(OAc)-(DPTI)3][3]、Ir(salen)衍生物[4]和[Co(3,5-diMes-Chen-Phyrin)][5]等被先后报道用于末端炔烃和单取代重氮化合物的不对称[2+1]环加成反应.     

氧杂环丁烷的扩环反应

氧杂环丁烷是一类重要的小杂环化合物,也是重要有机合成中间体,在有机化学、药物化学和高分子化学中都有广泛的应用.作为具有较大环张力的小杂环化合物,氧杂环丁烷类化合物除可以发生开环反应外,也很容易发生扩环反应,构建含氧普通环到大环化合物.主要总结了氧杂环丁烷的扩环反应,包括重氮化合物作为卡宾前体与氧杂环丁烷的扩环反应、金属催化的分子间环加成和邻基参与的分子内环加成反应及亲核扩环反应等.分析了一些扩环反应的机理,并对扩环反应未来的发展提出了新的展望.     

色胺衍生的α-重氮酰胺在铑(Ⅱ)催化下的反应研究

对色胺取代的α-重氮酰胺中间体(5)在铑(Ⅱ)催化下的反应进行了研究,分别得到了C-H插入产物(8),卡宾俘获氧气而得到的氧化产物(9),环丙烷化反应-开环-水解产物(10),环丙烷化反应-开环-氧加成重排产物(11)和C-C插入产物(12)。5,8~12的结构经1H NMR,13C NMR和MS表征。对可能的反应机理进行了探讨。     

亮点介绍

正金催化的重氮化合物和三嗪的[4+1]/[4+3]环加成反应Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,11867~11871重氮金属卡宾的高活性使其被广泛运用到各种偶极环加成反应中.1,3,5-三嗪作为稳定的亚胺前体被应用到胺甲基化反应中,常州大学制药与生命科学学院孙江涛课题组首次利用三嗪为形式上的1,4-偶极子,在金催化下和不同种类的重氮化合物进行反应,选择性地进行[4+1]或[4+3]环加成而生成五或七元氮杂环.这两类新型环加成反应对     

Rh(Ⅱ)络合物催化分解重氮酰胺和重氮酯的研究

报道了有关二价铑络合物催化的重氮酰胺和重氮酯的分解反应研究.这些重氮化合物在二价铑催化下所显示的不同反应途径说明铑(Ⅱ)卡宾的反应除了电子效应之外,还可能受到反应底物的构象控制.在一些情况下,反应底物的构象可能成为控制反应化学选择性的主要因素.     

重氮化合物转化中的氮基团保留反应研究进展

重氮化合物是一类非常重要的有机合成中间体, 它在有机合成化学以及药物设计研发、化学生物学、材料化学等领域具有重要的应用价值. 传统的重氮化合物的转化反应类型包括了Wolff重排, 经由过渡金属卡宾或者类卡宾中间体的插入反应, 催化的环丙烷化反应, 以及近年来发展的过渡金属催化的经由卡宾中间体的交叉偶联反应等. 重氮化合物除了发生作为卡宾前体的经典反应之外, 它们还可以经由氮基团保留的转化过程, 在目标分子中保留重氮基团或者其它含氮原子的官能团. 该种策略提供了一种高效而选择性地构筑含氮功能分子、尤其是官能化的氮杂环的合成途径. 其中, 不对称的C-N键的选择性构筑, 以及不对称的氮杂环分子的组装, 仍然具有重要的合成价值和重大的挑战意义. 本篇综述根据反应的机理和类型, 将这部分研究工作分为六部分内容进行介绍.     

一价铜催化的N-对甲基苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇的串联反应:一种四氢呋喃类化合物的新合成方法

最近几年来,利用稳定的重氮类化合物和N-对甲基苯磺酰腙类化合物作为金属卡宾前体,在过渡金属催化下通过形成金属卡宾的偶联反应引起了人们广泛的兴趣.金属卡宾前体与有机金属物种反应,可以生成金属卡宾中间体,并发生金属上基团的转移插入过程,得到新的有机金属物种,从而实现丰富的偶联反应.这类经由金属卡宾转移插入过程的交叉偶联反应为构建C?C键,C?N键以及许多环状化合物和不饱和有机分子结构提供了可靠而强有力的工具.本课题组一直致力于研究该类经由金属卡宾中间体的催化转化和偶联反应,报道了在铜催化下,对甲苯磺酰腙以及重氮类化合物可以与端炔反应,通过所形成的炔基铜卡宾中间体的转移插入过程,可高效得到联烯类化合物.该类反应条件相对温和,并且有很好的底物普适性.不仅各种多取代的联烯类化合物,而且苯并呋喃,菲以及呋喃等结构都可由这类铜催化的腙和炔烃的偶联反应来得到.在这些反应中,通过炔基铜卡宾中间体上炔基的转移插入过程,在形成了C(Sp3)-Cu键以后,通过铜的1,3-迁移过程,可以得到联烯结构,随后发生分子内杂原子的亲核进攻或者6π电子环化过程来实现苯并呋喃,菲等杂环类结构的构建.另一方面,该类反应进一步拓展和研究,可望得到其他有价值的有机分子骨架.环状的醚类结构,如四氢呋喃结构,也是有机化合物中常见的结构类型,我们希望从目前已经发展成熟的卡宾前体与炔烃生成联烯的偶联反应出发,通过分子内的串联过程来高效地构建取代的环状醚类结构.我们设想,在炔烃上引入氧原子作为亲核试剂,在形成联烯化合物以后,通过分子内氧原子对联烯基的亲核进攻,来实现串联的分子内关环反应,从而构建环状醚类结构.本文以CuI为催化剂,3-丁炔-1-醇为炔烃偶联组分,采用二芳基对甲苯磺酰腙作为金属卡宾前体,实现了取代四氢呋喃的合成.在对甲苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇类化合物发生偶联反应生成二芳基联烯基化合物以后,采用一锅法实现分子内的关环反应,从而生成亚烯基取代的四氢呋喃化合物.该串联反应不仅具有原料易得和操作较为简便等优点,而且底物普适性和官能团耐受性都较好,多种取代的二芳基腙类化合物都能以较好的收率得到目标产物,从而为四氢呋喃类化合物的合成提供了一种新的方法.该反应进一步展示了经由金属卡宾中间体的交叉偶联反应的普遍性,将在有机化学和有机合成领域具有广泛的研究和应用价值.     

一价铜催化的N-对甲基苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇的串联反应:一种四氢呋喃类化合物的新合成方法（英文）

最近几年来,利用稳定的重氮类化合物和N-对甲基苯磺酰腙类化合物作为金属卡宾前体,在过渡金属催化下通过形成金属卡宾的偶联反应引起了人们广泛的兴趣.金属卡宾前体与有机金属物种反应,可以生成金属卡宾中间体,并发生金属上基团的转移插入过程,得到新的有机金属物种,从而实现丰富的偶联反应.这类经由金属卡宾转移插入过程的交叉偶联反应为构建C–C键,C–N键以及许多环状化合物和不饱和有机分子结构提供了可靠而强有力的工具.本课题组一直致力于研究该类经由金属卡宾中间体的催化转化和偶联反应,报道了在铜催化下,对甲苯磺酰腙以及重氮类化合物可以与端炔反应,通过所形成的炔基铜卡宾中间体的转移插入过程,可高效得到联烯类化合物.该类反应条件相对温和,并且有很好的底物普适性.不仅各种多取代的联烯类化合物,而且苯并呋喃,菲以及呋喃等结构都可由这类铜催化的腙和炔烃的偶联反应来得到.在这些反应中,通过炔基铜卡宾中间体上炔基的转移插入过程,在形成了C(Sp3)-Cu键以后,通过铜的1,3-迁移过程,可以得到联烯结构,随后发生分子内杂原子的亲核进攻或者6π电子环化过程来实现苯并呋喃,菲等杂环类结构的构建.另一方面,该类反应进一步拓展和研究,可望得到其他有价值的有机分子骨架.环状的醚类结构,如四氢呋喃结构,也是有机化合物中常见的结构类型,我们希望从目前已经发展成熟的卡宾前体与炔烃生成联烯的偶联反应出发,通过分子内的串联过程来高效地构建取代的环状醚类结构.我们设想,在炔烃上引入氧原子作为亲核试剂,在形成联烯化合物以后,通过分子内氧原子对联烯基的亲核进攻,来实现串联的分子内关环反应,从而构建环状醚类结构.本文以CuI为催化剂,3-丁炔-1-醇为炔烃偶联组分,采用二芳基对甲苯磺酰腙作为金属卡宾前体,实现了取代四氢呋喃的合成.在对甲苯磺酰腙与3-丁炔-1-醇类化合物发生偶联反应生成二芳基联烯基化合物以后,采用一锅法实现分子内的关环反应,从而生成亚烯基取代的四氢呋喃化合物.该串联反应不仅具有原料易得和操作较为简便等优点,而且底物普适性和官能团耐受性都较好,多种取代的二芳基腙类化合物都能以较好的收率得到目标产物,从而为四氢呋喃类化合物的合成提供了一种新的方法.该反应进一步展示了经由金属卡宾中间体的交叉偶联反应的普遍性,将在有机化学和有机合成领域具有广泛的研究和应用价值.     

基于醋酸铑、磺酸和手性亚磺酰胺基脲共催化的α-重氮酯与酰胺不对称N—H插入反应研究

研究了醋酸铑[Rh2(OAc)4]、手性亚磺酰胺基脲和非手性磺酸共催化的α-重氮酯与酰胺化合物的不对称N—H插入反应.研究发现α-重氮酯在醋酸铑催化下形成金属卡宾,该金属卡宾与酰胺反应生成潜手性活泼叶立德中间体.在催化剂量的手性亚磺酰胺基脲和非手性磺酸存在下,潜手性叶立德中间体发生不对称质子化,合成了手性α-氨基酸衍生物.反应过程中,手性亚磺酰胺基脲和非手性磺酸作为"手性质子梭"催化不对称质子迁移从而实现了反应的对映选择性控制.该方法发展了非手性铑、手性亚磺酰胺基脲和非手性磺酸不对称共催化体系,为合成α-氨基酸衍生物提供了一种新途径,反应收率最高可达84%,对映选择性最高可达77%.     

三氟甲基重氮甲烷在有机合成中的应用

三氟甲基重氮甲烷是一种活泼的重氮试剂,与重氮甲烷、重氮乙酸乙酯一样可以发生卡宾反应、偶极环加成反应等多种反应;相比于其他重氮试剂这种化合物的独到之处在于能有效、原子经济地向分子内引入三氟甲基.本文从三氟甲基重氮甲烷的制备方法和反应性能两方面进行论述,着重综述了近十余年以来三氟甲基重氮甲烷的卡宾反应、偶极环加成反应等多种反应在有机合成中的应用,从而展示具有广泛用途的三氟甲基化合物的优良合成方法.     

α-重氮-1,3-环己二酮类化合物在有机合成中的应用

金属铑盐催化下α重氮环二酮与π键的［３＋２］环加成反应是合成复杂的稠杂环化合物的一种简捷有效的新方法，本文重点介绍了α重氮１３环己二酮通过这类反应合成呋喃环结构化合物的最新研究成果。     

铑(Ⅱ)催化重氮苄基膦酸酯与芳香亚胺的氮杂环丙烷化反应

铑(Ⅱ)催化重氮苄基膦酸酯与芳香亚胺反应,一步合成氮杂环丙烷-2-膦酸酯．该方法立体定向地得到唯一的反式构型产物,反应历程是重氮化合物先与亚胺形成叶立德中间体,然后发生自身环丙烷化反应．     

高立体选择性合成环氧乙烷-2-膦酸酯的研究

利用铑(Ⅱ)催化重氮苄基膦酸酯与芳香醛或酮化学专一地进行环氧化反应,高产率、高立体选择性地合成了顺式环氧乙烷-2-膦酸酯.反应历程是重氮化合物先与醛或酮形成羰基叶立德中间体,然后发生自身环化反应.产物经红外光谱、1H核磁共振谱、质谱和X射线衍射确定结构.     

1,3-偶极环加成反应修饰卟啉化合物

利用1,3-偶极环加成反应对卟啉大环进行修饰是近年来卟啉研究的一个新热点。环加成产物因在可见光谱长波段范围的特征吸收,在构筑人工光反应体系和用作光动力疗法中的光敏剂等领域有重要应用价值。本文综述了1,3-偶极环加成反应在修饰卟啉化合物方面的研究进展,包括：卟啉作为亲偶极体能与甲亚胺叶立德、硝酮、重氮烷、羰基叶立德、腈氧化物等1,3-偶极子反应生成各种新型杂环稠合卟吩类化合物;卟啉化合物作为1,3-偶极子能与C₆₀等亲偶极体反应,生成β位取代的各种新型卟啉化合物;以及扩展卟啉也可以作为亲偶极体与甲亚胺偶极子发生1,3-偶极环加成反应等。     

Rh(II)络合物催化分解重氮酰胺和重氮酯的研究

报道了有关二价铑络合物催化的重氮酰胺和重氮酯的分解反应研究 .这些重氮化合物在二价铑催化下所显示的不同反应途径说明铑 (II)卡宾的反应除了电子效应之外 ,还可能受到反应底物的构象控制 .在一些情况下 ,反应底物的构象可能成为控制反应化学选择性的主要因素 .     

无过渡金属催化2-重氮-3,5-二氧代-6-炔酯/炔酮/炔酰胺的区域选择性逆转环化:重氮γ-吡喃酮和重氮3(2H)-呋喃酮衍生物的合成

在六氟锑酸/乙醇的体系中,80℃条件下,2-重氮-3,5-二氧代-6-炔酯/炔酮/炔酰胺环化生成重氮γ-吡喃酮衍生物;然而,在乙酸/三乙胺/1,2-二氯乙烷体系中,25℃条件下,其环化反应主要生成重氮3(2H)-呋喃酮.在Rh(II)催化下,这些重氮化合物与烯烃可以进行有效的分子间环丙烷化.     

亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究了单重态亚烷基卡宾与甲醛发生的三种环加成反应的机理 ，采用MP2/6－31G~*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。根 据能量数据可以预言环加成反应（1）的a途径将是单重态亚烷基卡宾与甲醛环加成 反应的主要反应通道，该反应由两步组成：（I）亚烷基卡宾与甲醛生成了一富能 中间体（INT1a），是一无势垒的放热反应，（II）中间体异构化为产物亚烷基环 乙烷，其势垒为24.1 kJ·mol~(-1)(MP2/6-31G~*)。     

铜化合物催化重氮乙酸乙酯环丙烷化反应

研究了以铜化合物催化重氮乙酸乙酯与烯烃的环丙烷化反应,首次计算了反应关键中间体铜-卡宾的环丙烷化选择性P及该中间体的解离常数K,结果表明:1.反应体系中可能存在着铜-卡宾与游离卡宾的平衡;2.P、K与所用的催化剂有关。使用不同的催化剂,温度对反应选择性的影响也不同,对以上结果进行了理论探讨。     

联烯的自由基反应

联烯是含有1,2-丙二烯官能团的重要化合物,具有很高的反应活性.概述了联烯及其衍生物的自由基反应,包括分子间自由基链加成和分子间-分子内自由基串联加成反应,及其在天然产物中的应用.联烯进行分子间自由基链加成反应时,自由基对联烯的加成既可发生在中间碳原子上,也可发生在末端碳原子上,主要取于所形成中间体的稳定性,空间效应、电负性和溶剂等因素也有影响.一般以碳为中心的自由基(如CH3·,CCl3·等)易进攻末端碳原子,而以杂原子为中心的自由基(如Br·,RS·,ArSO2·等)易进攻联烯的中心碳原子.联烯及其衍生物也易与烯烃、联烯、烯炔和乙烯酮进行[2 2]环加成反应,还可以与卡宾环丙烷化,这些反应都是通过自由基机理进行的.     

Rh(II)络合物催化分解重氮酰胺和重氮酯的研究

报道了有关二价铑络合物催化的重氮酰胺和重氮酯的分解反应研究。这些重氮 化合物在二价铑催化下所显示的不同反应途径说明铑（II）卡宾的反应除了电子效 应之外，还可能受到反应底物的构象控制。在一些情况下，反应底物的构象可能成 为控制反应化学选择性的主要因素。