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【学术】化学化工学院李杨课题组在美国化学会刊《JACS》上发表关于环己炔化学的最新科研成果

来自: 化学化工学院       作者:谢丽   编辑:谢丽       时间:2018-11-29

    近期,重庆大学化学化工学院李杨课题组在其研究领域又取得了突破性进展。该组成员邱大川与石佳荣(共同一作)首次将苯炔前体通过氧化去芳构化方式转化为多取代环己炔前体(图1),该研究成果以“Cyclohexenynone Precursors: Preparation via Oxidative Dearomatization Strategy and Reactivity”为题,发表在新一期的美国化学会期刊《JACS》上(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 13214–13218)(影响因子14.357)。李杨教授自2012年加入重庆大学以来,一直从事有机合成方法学研究,专注于通过芳炔实现芳烃多官能化研究及应用,近年来在该领域连续取得了一系列研究成果:Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1707;J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5670;J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10814;J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 623;J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 3555;Org. Lett. 2016, 18, 3130;Org. Lett. 2016, 18, 3726;Org. Lett. 2018, 20, 1919。这一最新研究进展,将李杨课题组的研究领域从合成苯环衍生物结构扩展到了具有环己烷结构的化合物构建中来。

 


图1. 通过芳炔前体去芳构化获得多取代环己炔前体


    含有脂肪族六元环的结构(又称为环己烷)广泛存在于天然产物和药物分子中,例如胆固醇、四环素等生物活性分子(图2)。与苯炔化学类似,高活性的脂肪族环己炔可通过发生亲核、环加成等反应,同时在炔键上进行多种双官能化。因此,可将环己炔作为一个合成砌块,高效构建多取代脂肪族环烃类化合物。然而,与苯炔化学研究相比,环己炔化学仍远远落后,其原因一方面可归于对其反应类型的开发不足;另一方面是对环己炔上四个非炔键位点官能化较困难。针对这些不足,李杨课题组设想,可否通过易官能化的苯炔前体来制备多取代的脂肪族环己炔前体?通过文献调研发现,氧化去芳构化可温和高效地实现上述目标。利用该手段生成的脂肪族六元环不仅可保留苯环上原有的取代基,还能通过打开苯环大p键的方式“释放”出新的官能团。


图2. 含环己基的天然产物与药物分子


    基于上述设想,李杨课题组通过去氧化芳构化方法合成出两类环己炔前体1a及2(图3a)。化合物1a及2不但在其六元环上含有羰基,甲氧基以及烯烃等取代基,这些基团还可转化为多种其它官能团,且所有转化中TMS及OTf基团未受影响,大大扩展了这一去芳构化手段能够获得的多取代环己炔前体的范围(图3b)。进一步研究发现,1a与2经过活化可高效地生成相应的环己炔中间体i及ii;当i及ii与不同试剂反应时,展示了良好的反应性及选择性,例如,[4+2]、[3+2]、[2+2]环加成反应,亲核反应及C-N键插入等反应(图3c)。这些反应实例显示,这两类环己炔活性中间体可快速构建不同种类的多取代环己烃类化合物,具有广阔的潜在应用价值。


图3. 两类环己炔前体的制备及反应性研究


    对这两类环己炔前体的进一步研究,李杨课题组发现,它们不仅可发生亲核反应及各种环加成反应,其上的取代基团使它们拥有了简单环己炔不具备的反应特性。如图4所示,在活化试剂的作用下,环己炔中间体与芳基烯丙基亚砜作用,可得到各种多取代的1,3-环己二酮产物,一步将炔键转化为饱和碳碳键。这一化学转化,经历了烯丙基硫叶立德中间体v,以及随后发生的[2,3]-叶立德重排串联过程。传统苯炔化学反应只能得到芳烃衍生物,无法将苯环的大p键破坏;而这一发现充分利用了脂肪族炔键的双p键特性,将生成的脂肪族烯烃利用到后续串联反应中来,揭示了环己炔化学有别于苯炔化学的新特性。


图4. 环己炔前体与芳基烯丙基亚砜反应


    小结:李扬教授课题组通过氧化去芳构化途径,首次合成了两类多官能团取代的环己炔前体,解决了传统环己炔前体难以在六元环上引入取代基的难题。这些前体不仅可进一步衍生化,还有着优良的反应活性及选择性。除此之外,他们也开发出了这些新颖环己炔前体与烯丙基亚砜的新型化学反应,其反应性是传统苯炔化学所不能实现的,为环己炔化学的发展提供了新的研究思路。

 

    本课题研究受到国家自然科学基金面上项目以及重庆大学中央高校基本科研业务费的资助。


    论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b08915


    李杨课题组主页:http://hgxy.cqu.edu.cn/szll/l_y.htm