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北京大学余志祥课题组[5+1]反应的发展与应用

六元碳环是最为常见的碳环骨架,它存在于许多天然产物、药物、香料及农药等有机分子中。目前,最有效并广泛使用的合成六元碳环的反应是Diels-Alder反应。在今天绿色合成/原子经济合成/步骤经济合成的要求下,化学家一直在致力于发展更多合成六元碳环的反应。北京大学化学学院余志祥点击查看介绍课题组的主要研究方向之一是发展新的合成不同分子环系结构的成环反应,并利用这些成环反应来解决天然产物和药物分子在合成上的一些问题。到目前为此,余志祥课题组发展了一系列合成不同环系的新反应,可以用于合成四元、五元、六元、七元和八元环,从而为化学家提供高效的合成工具。在六元碳环的构建方面,余志祥课题组发展了一种[3+2+1]反应,并成功用于几个天然产物的合成。这里我们要介绍的是该课题组所发展的三类合成六元碳环的[5+1]反应及其在合成上的应用。


2012年,余志祥课题组报道了铑催化剂催化的乙烯基环丙烷与一氧化碳的[5+1]环加成反应(反应a, 图1),该反应可以用于构建单个六元碳环以及5/6和6/6并环体系Org. Lett., 2012, 14, 692);在2016年,他们发现九羰基二铁可促进烯基环丙烷与一氧化碳的[5+1]环加成反应(反应b, 图1),该反应则主要用于构建单个六元碳环Tetrahedron, 2016, 72, 2752);另外,他们又开发了铑催化剂催化的联烯基环丙烷与一氧化碳的[5+1]环加成反应(反应c, 图1)用来合成不同取代基取代的六元碳环Org. Biomol. Chem., 2016, 14, 5945)

图1. 余志祥课题组所发展的三类[5+1]反应合成六元碳环


对于上述三种类型的[5+1]反应,余志祥课题组还实现了其中两类反应的应用(图2)。2016年他们利用本课题组发展的铑催化剂催化的联烯基环丙烷与一氧化碳的[5+1]反应作为关键反应实现了天然产物(−)-galanthamine的不对称形式全合成(Org. Biomol. Chem., 2016, 14, 5945)。同年他们通过自己课题组发展的另一类铑催化剂催化的[5+1]反应,从乙烯基环丙烷底物和一氧化碳出发,经过4步完成了(−)-mesembrine的不对称全合成J. Org. Chem., 2016, 81, 10165)。在该天然产物的不对称合成中,他们还利用了上海有机化学研究所汤文军课题组发展的手性AntPhos配体。近期,余志祥课题组从线性的二烯炔底物出发,通过烯炔环异构化/[5+1]环加成的连续反应,完成了四氢异喹啉酮骨架的合成Chem. Commun., 2017, 53, 2158)。如果在反应体系中不加入一氧化碳,他们可实现6/5环系的构建。这一研究的另一个亮点是,该策略可以用于构建桥头四级碳原子的6/6和6/5骨架,而这一结构一直是有机合成化学中的一个挑战。

图2. 余志祥课题组运用[5+1]反应合成复杂分子和天然产物


余志祥课题组希望继续发展更多的新型成环反应,并将这些反应应用于天然产物和药物分子的合成中。另一方面,他们希望全世界有更多的课题组能利用他们的成环反应来实现目标导向和功能导向的分子合成。


余志祥教授简介


余志祥,北京大学化学学院教授,理论和合成有机化学学术带头人,独立课题研究组组长。1987-1991,武汉大学,学士; 1994-1997,北京大学,硕士; 1997-2001,香港科技大学,博士; 2001-2004,加州大学洛杉矶分校,博士后; 2004-2008,北京大学副教授,博士生导师;2008至今,北京大学,教授,博士生导师,独立课题研究组组长,理论和合成有机化学学术带头人。


余志祥教授主要从事将理论计算和有机合成相结合来研究有机化学的反应机理,发展有机合成方法,并将该合成方法学应用于天然产物与药物分子的合成。


http://www.x-mol.com/university/faculty/8608


参考文献:

1. “Rh(I)-Catalyzed [5 + 1] Cycloaddition of Vinylcyclopropanes and CO for the Synthesis of α,β- and β,γ-Cyclohexenones”

Guo-Jie Jiang, Xu-Fei Fu, Qian Li, and Zhi-Xiang Yu,* Org. Lett., 2012, 14, 692.


2. Fe2(CO)9-Mediated [5 + 1] Cycloaddition of Vinylcyclopropanes and CO for the Synthesis of α, β-cyclohexenes”

Cheng-Hang Liu, Zhe Zhuan, Sritama Bose, and Zhi-Xiang Yu,* Tetrahedron, 2016, 72, 2752.


3.“Rh-Catalysed [5+1] Cycloaddition of Allenylcyclopropanes and CO: Reaction Development and Application to the Formal Synthesis of (–)-Galanthamine”

Cheng-Hang Liu and Zhi-Xiang Yu,* Org. Biomol. Chem., 2016, 14, 5945.


4. “A Concise Synthesis of (−)-Mesembrine”

Lu-Ning Wang, Qi Cui, and Zhi-Xiang Yu,* J. Org. Chem., 2016, 81, 10165.


5. “An Enyne Cycloisomerization/[5+1] Reaction Sequence to Synthesize Tetrahydroisoquinolinones from Enyne-Enes and CO”

Zhe Zhuang, Chen-Long Li, Yu Xiang, Yu-Hao Wang,and Zhi-Xiang Yu,* Chem. Commun., 2017, 53, 2158.


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