中文摘要：
C_(sp3)-H氧化官能化反应被认为是一种最为直接和高效的构建C-C键的合成方法。与传统构建C-C键的偶联反应相比,这种新反应避免了繁琐的预官能团化和去官能团化过程,大大减少了反应步骤,具有很好的原子经济性。近年来,通过甘氨酸衍生物C_(sp3)-H官能化反应来高效合成α-氨基酸与杂环化合物逐渐引起研究者的广泛关注。但是此类反应通常需要用到剂量的氧化性试剂以及过渡金属催化剂,还有一些反应需要在较高温度下进行;此外,通过甘氨酸衍生物不对称C_(sp3)-H官能化反应来合成光学纯α-氨基酸依然是该领域极具挑战性的课题。近十年来,因其反应条件温和以及环境友好等优点,可见光诱导的光氧化还原催化已经成为了有机合成领域重要的合成手段之一。但是,将可见光催化成功用于甘氨酸衍生物C_(sp3)-H官能化反应的例子极为稀少。本论文的研究主要围绕可见光催化的甘氨酸衍生物C_(sp3)-H(不对称)官能化反应展开,具体包括以下五部分内容:一、实现了可见光促进的甘氨酸衍生物与未活化烯烃间的氧化脱氢偶联串联芳构化反应(图一)。采用这种可见光促进的新方法,我们以便宜易得的甘氨酸衍生物和简单的烯烃为原料,在温和的反应条件下(室温以及空气氛围中),通过简单的操作,以18-84%的产率合成了一系列取代的喹啉衍生物。二、实现了可见光促进的甘氨酸衍生物与吲哚间的需氧氧化交叉偶联反应(图二)。采用这种新方法,我们在温和的反应条件下以中等到优异的产率(39-96%)得到一系列3,3'-二吲哚甲烷衍生物。该方法也被成功应用于生物碱天然产物Streptindole和Arsindoline B的合成。而且,由于使用非金属催化体系,该方法在在实际应用方面具有较大潜力。三、通过可见光催化与有机催化协同活化的模式,首次实现了甘氨酸酯或酰胺与非活化醛、酮间的不对称交叉脱氢偶联反应(图三)。采用这一新反应,我们以甘氨酸衍生物和醛或酮为原料,高效(up to 84%yield)和高立体选择性(up to 97%ee,99:1 dr)地制备了一系列光学纯的非天然α-烷基α-氨基酸衍生物。该反应过程为:甘氨酸衍生物在可见光诱导下被氧化为亚胺中间体,然后此亚胺中间体再与酮或醛和手性仲胺有机催化剂原位生成的烯胺中间体进行不对称曼尼希反应。四、通过可见光催化与手性铜(Ⅱ)配合物协同活化的模式,实现了甘氨酸衍生物与硝基烷烃之间的不对称氧化交叉脱氢偶联反应(图四)。采用这一新反应,我们以甘氨酸衍生物和硝基烷烃为原料,在空气氛围及室温条件下,高效(up to85%yield)和高立体选择性(up to 98%ee,97:3 dr)地合成了一系列光学纯β-硝基-α-氨基酸衍生物。进一步的机理和应用研究仍在进行过程中。五、我们发展了一种无光催化剂条件下可见光促进的甘氨酸衍生物与芳基环氧化合物之间的形式[2+3]环加成反应,在该反应中,甘氨酸衍生物首先与苄基碘化合物之间形成一种电子供体-接受体(electron donor-acceptor,EDA)复合物,然后在可见光诱导下发生电荷转移(图五)。该研究提供了一种从简单易得的原料出发,在温和反应条件和简便操作条件下获得多取代1,3-恶唑烷化合物的实用的新方法。采用这种新方法,我们以32-77%的产率合成了40例多取代1,3-恶唑烷化合物。而且,反应的克级规模制备使得这种方法在进一步应用研究中非常有吸引力。
