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背景中环类杂环化合物在天然产物、药物分子以及其他具有生理、药理活性的分子中广泛存在,但纵观药物化学发展历程,传统的合成手段存在步骤繁琐、资源损耗大等弊端,因此,开发新型反应模式用于高效构建中环类杂环骨架迫在眉睫。随着金属化学的日益发展,科研工作者们基于过渡金属催化的碳氢官能化导向合成的策略,绿色、原子经济性地一步构建碳碳键或碳杂原子键,与底物形成金属中间体来降低反应活化能而缩短反应历程达到高效合成的目的,同时具有简化反应原料等优势开发了各种各样的新型反应模式,已经发展成为药物合成、有机材料等领域的热门策略之一。目的基于过渡金属催化碳氢键活化策略,使用以羟基、氨基作为导向基团的底物,与炔丙醇酯、偕二氟炔烃等偶联试剂环化,实现化学调控性和位点选择性的多样性合成,高效、绿色地组装中环类杂环化合物骨架,开发多种新型的反应模式。不仅为丰富有机合成方法学注入了新的力量,还能为复杂分子药物结构提供前体化合物,从而加速新药的研发进程。方法(1)在[Cp*Rh Cl2]2的催化下,以2-乙烯基苯酚和苯丙炔醇碳酸酯为底物,以醋酸铜(2 equiv)作为氧化剂,醋酸铯(1 equiv)作为碱,以DMF为溶剂在120 oC下反应24小时。进行控制实验、动力学同位素实验和DFT计算阐明反应机制。(2)使用装配有供电基团的Cp环配体的[Cp*Rh(III)]作为催化剂,在特戊酸钾(1 equiv)的作用下,邻烯基苯磺酰胺底物参与反应,以DCE作为反应溶剂在80 oC下搅拌24小时。通过DFT计算和控制实验探究反应历程。(3)从1-萘酚底物出发,与偕二氟亚甲基炔烃偶联,在Cp*Rh(OAc)2催化下,使用醋酸铯(1 equiv)作为碱,以二氧六环为溶剂在80 oC中反应24小时。开展控制实验和氘代实验推测反应可能经历的循环路径。结果(1)利用两个含氧官能团作为瞬态辅助基团(AGs),通过易于获得的邻烯基苯酚与炔丙基碳酸酯底物,开发了一种温和的Rh(III)催化[5+2]环化的反应模式,得到具有广泛底物范围和良好官能团耐受性的七元环苯并噁庚因衍生物,其结构通过单晶衍射分析得到确证。我们结合密度泛函理论(DFT)计算和机理实验研究对反应机制进行了合理的推测。(2)利用Ts取代的邻烯基苯胺,在Cp*CyRh(III)催化剂和特戊酸钾组合的强大催化体系下,通过位点选择性活化芳基的C-H键,首次实现分子内脱氢环化顺利构建出八元环内磺酰胺/酰胺结构骨架。实验和计算结果表明,反应经历芳基C-H键活化、烯烃插入、β-H消除和氢转移的过程,并且中间涉及铑-氢物种活性中间体的形成以及释放主要副产物H2,具有氧化还原中性和高度原子经济性。(3)通过Rh(III)催化的羟基导向,实现了1-萘酚与偕二氟亚甲基炔烃的区域/化学选择性合成,直接构建具有广泛底物相容性的二氟化二氢苯并[de]色烯化合物。独特的氟效应使反应经历分子内1,3-氢迁移以形成环外双键的非常规路径。结论综上,基于过渡金属催化的碳氢官能化导向合成的策略,我们利用Rh(III)催化实现了羟基、氨基导向高效合成一系列苯并噁庚因、八元环内(磺)酰胺、二氟化二氢苯并[de]色烯衍生物等中环类杂环骨架。此外,我们还结合实验和计算研究,对反应的机制进行探讨并推测出合理的循环路径。后续对于化合物的生理活性研究有待进一步的开展。因此,本研究为高效、温和合成中环类杂环药物分子骨架提供了更多新的思路。