【人物与科研】中国海洋大学刘延凯课题组：不对称有机催化合成螺-桥或笼状杂环化合物

导语

含有螺-桥环或笼状多环体系的杂环骨架可作为重要的中间体用于合成具有药理及生理活性的化合物。因此，这类骨架的不对称合成方法受到了化学家的广泛关注。近日，中国海洋大学刘延凯课题组发展了一种高效的多组分催化体系，其能够高立体选择性地合成一系列螺-桥或笼状杂环化合物。该成果近期发表在Organic Letters上（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02375）。

课题组合影

刘延凯副教授简介

刘延凯副教授，于2010年7月在四川大学获博士学位，师从陈应春教授（杰青）。主要研究方向：手性有机小分子催化的不对称合成反应研究及手性药物合成。2009年，以交换生的身份在德国科隆大学Prof. A. Berkessel研究小组，进行了为期4个月的手性不对称催化研究。2011年，获得了欧盟最著名的奖学金Marie Curie fellowship（玛丽居里奖学金），在西班牙Instituteof Chemical Research of Catalonia（ICIQ）研究所，Prof. P. Melchiorre指导下进行博士后研究工作。

前沿科研成果

不对称有机催化合成螺-桥或笼状杂环化合物

课题组研究发现，邻羟基肉桂醛由于其结构特性，经亚胺盐活化后非常适合于构建含有桥环结构的复杂多环体系，因此作者设想，通过其与多羰基底物的反应，也许可以实现手性螺-桥环和笼状多环骨架的构建。但由于底物存在多个反应位点，如何控制反应的区域选择性和立体选择性是一个亟待解决的难题。

为克服这一困难，作者提出了一种全新的催化模型：邻羟基肉桂醛在仲胺催化剂和羧酸的存在下，被活化得到亚胺正离子，与羧酸负离子形成离子对；双功能硫脲叔胺催化剂通过氢键作用，同时活化双羰基底物和以亚胺盐形式被活化的邻羟基肉桂醛。最终形成的五组分催化剂-底物复合物能够以高区域选择性、高立体选择性得到螺-桥或笼状杂环化合物。

当应用芳香族双羰基底物2时，反应能够顺利得到含螺-桥环骨架的产物5，作者通过模型反应的建立和条件的筛选，获得了最优的反应条件，并进一步对底物适用性进行考察（图1）。

图1 底物范围考察一

（来源：Organic Letters）

作者进一步发现，当应用脂肪族双羰基底物时，反应则会经历不同的进程得到复杂的笼状杂环产物7，作者同样对底物的适用性进行了考察（图2）。

图2 底物范围考察二

（来源：Organic Letters）

随后，作者分别对底物5a、7a进行了一系列结构转化（图3）。首先，底物5a在DMP的作用下可被氧化得到产物8，在DAST的作用下可得到氟代产物9，在BF₃·Et₂O的作用下可分别与BnSH和Et₃SiH反应得到化合物10和11。另外，底物7a可在Swern氧化的条件下反应得到产物12，在BF₃·Et₂O和Et₃SiH的作用下得到化合物13，与乙酸酐在碱性条件下反应可在羟基上引入乙酰基得到产物14。

图3 产物衍生化

（来源：Organic Letters）

总结，作者发展了一种全新的催化体系，能够高区域、高立体选择性地构建结构复杂的螺-桥环及笼状骨架。另外，通过控制底物的类型，反应可经历不同的进程得到不同骨架的产物，所发展的反应底物适用范围广，立体选择性高。

本文的第一完成单位是中国海洋大学医药学院，中国海洋大学医药学院的刘延凯副教授和核磁室王聪老师为该文章的共同通讯作者。文章第一作者是中国海洋大学医药学院硕士研究生王琛，该工作得NSFC-山东联合基金重点项目的支持。

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