含氮杂环结构广泛存在于天然产物及药物分子中, 具有广谱的生物和药理活性, 受到有机化学家及药物化学家们的高度关注. 开发其绿色、高效的合成方法, 尤其是不对称合成方法一直是热门研究课题. 近年来, 基于脯氨酸等氨基酸手性模块设计合成的系列有机小分子催化剂不断被报道, 为不对称构建含氮杂环化合物提供了高效快捷的途径. 综述了我们研究小组在有机催化不对称构建含氮杂环化合物领域的研究成果, 讨论了关键反应涉及的催化机理.

桥环化合物广泛存在于天然产物和具有重要生理活性的分子中, 在药物化学、天然产物化学、合成化学、材料化学及生命科学等领域具有重要的应用价值. 近年来, 经过广大化学工作者的不懈努力, 已发展了系列高效构建桥环化合物的新方法. 从环加成反应和串联反应两种策略出发, 详细介绍近五年来用于构建桥环化合物的方法及最新研究进展, 简要分析目前方法的优势及存在的问题, 以期为从事有机合成及相关领域的研究者提供有益借鉴和参考.

3,3'-二吲哚甲烷类化合物是一类重要的吲哚生物碱, 其结构单元广泛存在于天然产物、功能性材料以及合成药物分子中. 因其具有多样的生物活性和功能, 如抗氧化、抗炎症、抗血管生成、抗菌以及抗癌活性等, 构筑3,3'-二吲哚甲烷类杂环化合物备受关注. 传统的合成方法, 尤其是对称结构的3,3'-二吲哚甲烷类化合物的合成主要在化学量的Brønsted酸或Lewis酸存在下, 吲哚衍生物与羰基化合物经傅-克反应缩合得到. 而过渡金属的使用可引起化合物中金属残留以及环境污染. 总结和探讨了从2010年至今3,3'-二吲哚甲烷类化合物的合成方法, 尤其是对无过渡金属参与条件下, 对称结构的3,3'-二吲哚甲烷类化合物以及非对称结构3,3'-二吲哚甲烷类化合物制备的最新进展以及相应的反应机理, 旨在为该类化合物生物活性测试提供重要的理论依据和技术支持.

二氧化碳(CO ₂)作为一碳合成子具有储量丰富、无毒无污染、绿色清洁等优点, 因此在有机化学领域使用CO ₂作为一碳合成子反应一直以来受到广泛的关注. 过渡金属催化不饱和烃与CO ₂反应合成羧酸是CO ₂作为一碳合成子的重要应用之一, 这类反应可以通过串联羧化的策略实现, 过渡金属催化不饱和烃先与有机金属试剂反应在原位生成新的有机金属试剂, 之后再与CO ₂完成羧化. 常用的有机金属试剂如格氏试剂、有机锌试剂和有机铝试剂均能够完成这类反应. 根据不饱和烃的类别, 并根据羧化反应的类型介绍过渡金属催化不饱和烃与有机金属试剂及CO ₂的串联羧化反应.

含氧及含氮杂环化合物广泛应用于医药、化工及材料等领域, 其合成方法一直备受关注. 近年来, 自由基加成串联环化策略被认为是构筑含氧及含氮杂环化合物的简洁、高效方法之一. 根据杂环种类的不同进行分类, 综述了近年来基于自由基加成环化历程合成各类含氧及含氮杂环化合物的研究进展.

通过金催化选择性氧化1,3-共轭炔基炔酰胺, 为4-羰基丁-2-炔酰胺化合物的合成提供了一种新的方法. 这种含有活化的不饱和炔烃的1,4-双羰基化合物是有机化学中一种重要的合成子. 利用该金催化氧化方法, 可以高度选择性地对共轭炔烃的1,4-位进行氧化得到2-炔-4-羰基丁酰胺化合物, 而不是生成较为常见的1,2-双羰基化合物. 在该选择性氧化的条件下, 可以以较高的收率得到一系列4-羰基丁-2-炔酰胺化合物.

砜是天然产物和活性分子中常见的结构, 也是合成反应的重要中间体. 利用5-氯-8-氨基喹啉(AQ')作为双齿导向基团, 以各种芳基亚磺酸钠为磺酰化试剂, 通过铜催化实现了邻位C(sp ²)—H直接磺酰化. 该反应具有较高的官能团兼容性和广泛的底物范围, 适用于具有双取代基和稠环的底物. 另外, AQ'作为双齿导向基团易于脱去, 为合成砜类化合物提供了一种新型的方法. 更重要的是该反应放大至克级规模依然具有良好收率.

手性含硫化合物在药物化学和不对称合成领域中应用广泛, 发展这类化合物的新合成方法是有机合成化学的重要任务. 烯烃的不对称亲电硫化反应为手性含硫化合物的合成提供了一条方便的途径, 通过这种方式不仅可以在烯烃母体分子上引入一个含硫基团, 同时也能够引入另外一个重要的官能团. 我们课题组设计、合成了一系列手性双官能硒醚/硫醚催化剂, 并成功将其应用在不同种类烯烃的分子内和分子间的不对称三氟甲硫基化、烷硫基化和芳硫基化反应, 高对映选择性地合成了各种手性含硫化合物. 总结了我们课题组在手性双官能硒醚/硫醚催化的烯烃不对称亲电硫化反应中的研究进展, 并对该领域的发展进行展望.

去芳构化反应是有机化学热点研究领域之一, 可从二维平面分子出发构筑高官能团化的三维立体分子. 近年来, 苯炔作为一类高活性中间体被有机化学家们广泛用于去芳构化反应研究中, 并取得了一系列创新成果. 从含氮芳杂环同苯炔的去芳构化反应、苯炔与双烯体的[4+2]环加成去芳构化反应以及苯炔以其它途径参与的去芳构化反应三个方面, 对机理进行系统性综述, 并对该类反应未来的发展方向予以展望.

报道了一种铁催化烷基酮类化合物硼化合成三级α-羟基硼酸酯的反应, 使用了可商业购买的FeBr₂作为催化剂, 加入醇作为添加剂来加速反应的进行, 同时避免副反应的发生. 通过该方法合成了一系列三级α-羟基硼酸酯化合物, 反应具有很好的底物兼容性以及官能团兼容性. 该铁催化剂对于大位阻的酮类化合物的硼化反应, 表现出优于铜催化的活性. 同时该反应可应用于克级规模的制备, 随后通过对三级α-羟基硼酸酯的C—O键进行官能化, 将所得的三级α-羟基硼酸酯转化为三级烷基硼酸酯以及偕二硼、偕硅硼类化合物.

缩合剂是指用于促成羧酸与胺或者醇直接缩合构建酰胺键或酯键的一类试剂的总称. 由于酰胺和酯的重要性, 缩合剂的开发成为了学术界与工业界广泛关注的一个重要研究方向. 多肽合成就是α-氨基酸在缩合剂的作用下反复形成酰胺键的过程, 因此, 缩合剂在多肽合成中发挥着至关重要的作用. 当前多肽合成所使用的试剂和技术大多是20世纪50~80年代发展起来的, 这些试剂和技术的天生弊端逐渐显现出来. 比如传统多肽缩合剂过度活化α-氨基酸而诱发的外消旋化和其它副反应导致的副产物成为药物多肽生产过程中一个极为关切的问题. 另外固相多肽合成的低原子经济性给可持续发展带来了极大的挑战. 这些问题只能依靠原始创新的颠覆性技术和全新的缩合方法来解决. 我们课题组致力于通过发展新试剂和新反应来解决多肽与蛋白质化学合成领域的难题. 本文系统介绍了我们发展的一种结构全新的炔酰胺类缩合试剂及其在酰胺、酯、大环内酯、多肽、硫代多肽合成中的应用研究进展.

腈可用于构建新的碳-碳、碳-杂原子键, 所得产物丰富多样. 酰胺基团广泛存在于医药、农药和天然产物中, 此外, 酰胺还是有机合成反应中重要的中间体. 在目前报道的酰胺类化合物的合成方法中, 腈的水合反应已成为学术界和工业界最广泛使用的获得初级酰胺类化合物的方法之一. 早期腈的水合反应中通常涉及强酸、强碱的使用, 但在该类反应体系下, 往往存在产率低及反应选择性差等问题, 且所得酰胺容易过度水解成羧酸. 为了克服这一局限实现腈的高效水合, 且满足绿色化学的要求, 近年来, 不同的催化体系相继被开发, 如过渡金属配合物催化剂、金属阳离子催化剂、金属纳米粒子催化剂、离子液体催化剂及其它类型催化剂. 对这些催化体系下腈的水合反应研究进行阐述和总结, 并对该领域的发展前景进行了展望.

Dendralenes作为一种含有支链骨架的交叉共轭聚烯烃, 是多种天然产物和光电材料的基本骨架, 也是快速构建手性多环结构的重要中间体, 在功能材料、天然产物化学、聚合物化学和合成化学等诸多领域占据重要地位. Dendralenes的合成与衍生化应用是一个曾经被忽视但正在兴起的领域. 近年来, dendralenes的合成得到了较快发展, 按dendralenes共轭单元数的不同概述了其合成领域的最新成果, 重点介绍反应设计与机理, 并展望了dendralenes的后续合成与应用研究发展.

报道了利用铜催化叠氮-炔酰胺的环化反应合成异喹啉衍生物的方法. 首先通过铜催化分子内叠氮-炔酰胺环化反应生成α-亚胺铜卡宾中间体, 随后再分别被分子间的吲哚和苯胺捕获生成相应的C—H和N—H插入产物. 该方法操作简便、反应条件温和、底物普适性广, 为含有异喹啉-吲哚和异喹啉-苯胺骨架的天然产物和活性分子的合成提供了一条简便和高效的途径.

炔酰胺作为一种杂原子取代的炔, 具有独特的结构特征, 其反应活性和稳定性能够达到很好的平衡, 已作为一种多功能型的有机合成子被广泛应用于有机化学中. 尤其是随着炔酰胺高效型和原子经济型制备方法的出现, 炔酰胺参与的反应类型渐渐趋于多样化. 在这多样化的反应类型中有关炔酰胺成环反应的研究占主要部分, 这跟炔酰胺的结构特征密切相关, 炔酰胺炔基上的α碳具有一定的亲电性, β碳具有一定的亲核性, 有利于成环反应的发生. 另一方面, 炔酰胺参与成环反应所生成的含氮环状化合物, 为大量活性天然产物和药物分子的构建提供了重要的结构单元, 因此, 关于炔酰胺参与的成环反应的研究具有重要的意义. 概述了近年来炔酰胺参与成环反应的最新研究进展.

钙钛矿太阳能电池由于其高能量转换效率(最高报道认证效率为25.2%)、低成本和易于制造等特点, 成为下一代光伏技术的关注焦点. 虽然钙钛矿材料本身可以传导空穴, 但其效率比较低. 空穴传输材料的使用成为有效提取电荷和提高钙钛矿型太阳能电池效率的关键因素. 总结了近期报道的低成本、高性能有机小分子空穴传输材料(效率大于19%), 从螺环结构、噻吩衍生物以及其它结构进行介绍, 并从合成策略和化学修饰等角度评估结构-性能的构效关系及其对器件效率和稳定性的影响, 最后对有机小分子空穴传输材料的发展趋势进行了展望.

报道了无外加配体参与的以吡唑作为导向基团的铱催化的sp³碳氢键的区域选择性硼化反应. 在催化量的[Ir(OMe)(cod)]₂存在下, 该反应能够顺利地将苄位的二级碳氢键转化成碳硼键. 该反应具有非常广谱的官能团兼容性, 能够以良好到优秀的产率生成相应的产物. 此外, 导向基团吡唑能够通过臭氧接转化成酰胺.

1,4-二烯结构广泛存在于一系列具有生物活性的化合物分子中, 其构建是有机合成中的重要研究领域之一. 使用简单易得的原料合成1,4-二烯具有重要的研究意义. 发展了镍催化的1,3-丁二烯、醛、炔和氢氯二茂锆的多组分偶联反应, 用于高效合成1,4-二烯产物. 该反应的原料均简单易得, 其中1,3-丁二烯更是大宗化工产品. 通过简单的炔烃氢锆化反应现场制备烯基锆试剂直接参与反应, 无需分离纯化. 反应以优秀的区域选择性和立体选择性合成了一系列(E,E)-1,4-二烯产物. 简单温和的反应条件使该方法具有广泛的底物适用范围和优秀的官能团兼容性. 该反应提供了一种合成1,4-二烯产物的高效且实用的方法.

利用大位阻芳基异腈作为羰基源, 发展了钯催化下的烯丙基羰基化Negishi偶联反应. 大位阻芳基异腈的使用可以有效地避免羰基化反应过程中β-H消除副反应的发生, 可专一区域选择性、高立体选择性地实现β,γ-不饱和酮的精准合成, 解决了传统一氧化碳化学中长期存在的区域选择性较差的难题. 有机锌试剂作为含碳原子亲核试剂, 反应拥有条件温和, 底物适用性广等优点.

含硼有机化合物在合成化学中具有重要的应用价值, 硼氢化反应是构建有机硼化合物最常用的方法之一. 利用4-二甲氨基吡啶硼自由基与缺电子烯烃的自由基硼氢化反应, 高区域选择性地构建了α-硼取代产物. 该反应条件温和, 官能团容忍性好, 底物范围广. 多种α,β-不饱和酯、酰胺、羧酸、腈、三氟甲基化合物、砜以及磷酸酯均能顺利发生反应, 得到的含硼产物可以进一步应用于后续碳-碳键的构建.

一氧化碳是一种廉价的活性气体, 其反应原子经济性高并且可以有效地延长碳链, 因此CO是一种非常重要的碳源, 特别是在羰基化反应中. 羰基化反应是合成酸酐、酰胺及酯等含羰基化合物的最有效的方法之一. C—H键广泛存在于有机化合物中, 近几十年来, C—H键活化和官能团化的研究取得了很大的进展, C—H键与CO的反应也引起了人们的广泛关注. 主要综述了过去几十年间, 过渡金属, 如钯、钌、铑、钴和铜, 催化的碳氢键与一氧化碳反应的研究进展.

报道了一种在无过渡金属条件下可见光催化炔烃与环酮肟衍生物的串联氰基烷基磺酰化/环化反应, 通过SO₂的插入合成2-氰基烷基磺酰基-9H-吡咯并[1,2-a]吲哚. 该碳碳叁键的双官能团化包括自由基机理, 依次经历了亚胺自由基的形成、环酮的开环、SO₂的插入、磺酰基对碳碳叁键的加成、分子内环化和异构化.

报道了一种以二硒醚为硒基来源, 8-氨基喹啉为导向基的铜催化空气氧化的苯甲酸衍生物邻位C(sp²)—H键的硒化反应. 该方法仅需空气作为氧化剂, 避免了额外的化学氧化剂的使用, 同时具有较好的底物普适性和官能团兼容性.

通过电氧化苯硫酚和胺合成了一系列次磺酰胺化合物. 该电合成反应无需金属催化剂和氧化剂, 采用简单的装置如单室电解槽, 并且使用恒电流电解, 具有底物范围广、原料简单易得、操作简便和环境友好等优点, 为结构多样的次磺酰胺的合成提供了简洁的新策略.

报道了一类由叔丁基自由基引发的1,2-炔基迁移反应. 该反应利用特戊醛在二叔丁基过氧化物(DTBP)介导下能产生叔丁基自由基的特性, 将其与1,4-烯炔底物发生自由基加成及炔基迁移过程, 合成了一系列α-炔基酮化合物, 产率优良, 实现了非活化烯烃的烷基炔基化. 基于实验结果及文献报道, 提出了可能的反应机理, 涉及叔丁基自由基激发的自由基加成、反“鲍德温”规则的3-exo-dig环化及炔基迁移过程. 该反应具有官能团兼容性高、无需金属催化剂及操作简便等优点, 为非活化烯烃的双官能团化提供了一种有效的策略.

C—N键广泛存在于药物、天然产物以及功能材料中, 它的构建是有机合成化学的重要研究方向之一. 近年来,随着有机电化学的深入发展, 以有机电化学作为绿色合成手段, 高效地构建C—N键受到了合成化学家的广泛关注. 综述了从2015年至今有机电化学在构建C—N键领域所取得的研究进展, 对反应的条件和机理进行了总结, 并对该领域所面临的挑战及发展方向进行了展望与探讨, 希望能对从事该领域研究的学者以及相关人员提供参考.

(杂)芳基硼酸及其衍生物在合成化学、材料科学和药物化学领域具有广泛的用途, 因此, 其合成方法研究一直备受关注. 铱催化的C—H硼化反应是合成这类化合物最为有效的途径之一, 然而, 由于反应机理的限制, 区域选择性可控的C—H硼化是铱催化体系的一大挑战, 同时也是该领域的一个重要发展方向. 系统介绍了最近几年铱催化的芳烃远端硼氢化反应的最新进展.

Minisci反应是指亲核性的碳自由基与缺电子含氮芳杂环间发生的自由基取代反应, 是构建新的碳-碳键的一种重要方法. 另一方面, 作为一种绿色合成的技术和手段, 有机电合成近几年来再次受到人们的关注. 介绍了近期电化学条件下Minisci反应的研究进展.

通过使用简单的Et₃N催化容易获得的β-取代NH-烯胺酯和对甲苯磺酰叠氮的反应, 高效实现了全取代的1,2,3-三氮唑的合成. 在该方法中, 水用作反应的唯一介质, 以高底物适用性和中等至优秀的产率合成了1,2,3-三氮唑产物. 对照实验表明, 使用稳定的NH-烯胺作为底物, 可能是通过NH基团与水之间的氢键作用实现水介导反应的关键因素. 研究还发现, 在相同条件下经由相应的N-烷基烯胺酯和对甲苯磺酰叠氮的反应, 选择性地生成N-烷基磺酰胺.

报道了铁催化的烷基过氧酰或者叔丁基过氧酯对1,3-共轭烯烃的Heck型脱羧烷基化反应. 这个方法提供了一个有效的对1,3-共轭烯烃进行Heck型烷基化的途径, 不但收率高, 而且有些情况下具有很高的区位选择性. 此方法也可以用来对生物活性分子进行后期Heck型烷基化修饰.

报道了六个分子内氢键诱导的芳香酰胺折叠体的合成, 其多步合成中最后一步都通过形成腙键完成. 所有分子的两端都引入三氟一碘代苯作为卤键供体及吡啶作为卤键受体. 分子间形成的I…N卤键及其它卤键被用于调控折叠体骨架在固体中的自组装结构. 晶体结构揭示, 分子间卤键可以诱导不同分子形成扩展的之字形阵列, 二聚体大环和超分子螺旋结构. 当分子两端的卤键供体和受体平行排列时, 折叠体倾向于形成超分子二聚体大环. 长的四聚体和五聚体折叠结构两端的卤键供体和受体形成大的夹角, 展示出不同的卤键模式. 两个分子的端位碘原子与甲醇或水形成I…O卤键, 其中一个五聚体分子与甲醇通过卤键形成超分子单股螺旋结构. 另一个五聚体通过分子间I…O=C卤键形成另一种超分子单股螺旋. 两个单股螺旋进一步相互堆积, 形成新的超分子双股螺旋阵列.

报道了一种钯催化分子内Heck环化串联反应. 该反应使用3-取代保护的吲哚酰胺衍生物作为原料, 碘化钯作为催化剂, 4-(二甲氨基)三苯基膦作为配体, 在乙腈和甲苯混合溶剂中发生串联反应, 以优良的收率合成了氮杂桥环化合物. 该反应具有良好的官能团兼容性和较高的合成效率, 为“一锅法”构建稠环化合物提供了一种简便的方法.

报道了Rh(III)催化的N-甲氧基-1H-吲哚-1-甲酰胺与亚砜型叶立德的选择性C(2)—H活化/环化反应. 该方法为二氢嘧啶并吲哚酮衍生物的制备提供了一种新方法, 产率中等至优良, 具有反应条件简单温和, 催化剂用量低, 底物适应性广等特点.

报道了一种高效的δ-腈基-δ-芳基-双取代的对亚甲基苯醌和二芳基氧磷的1,6-共轭加成反应, 合成了含有氰基取代的季碳中心的二芳基甲烷膦氧化合物. 在温和的反应条件下此磷氢化反应能够顺利进行, 以74%~92%的收率得到目标产物. 另外, 该反应具有优秀的官能团兼容性, 展示出了很好的底物范围. 所合成的含有氰基取代季碳中心的二芳基(多取代甲基)膦氧化合物在发展新的配体方面具有潜在的应用价值.

富电子苯酚类化合物的位点选择性C—H键碘化是一个挑战性的反应. 报道了一类钯催化的、利用4-碘基-3-硝基苯甲醚为温和的碘化试剂, 实现无保护2-芳基苯酚和2-苯氧乙酸类化合物的C—H键碘化反应. 该反应适用于一系列富电子的苯酚类衍生物, 且能够获得优秀的位点选择性和良好的官能团耐受性. 结果表明, 对于具有挑战性底物的C—H键碘化, 经由形式复分解的C—H键碘化反应是一个潜在的有用方法.

报道了金属引导由N-(2-炔基芳基)内酰胺发散型合成羰基稠合的吲哚/吡咯的方法. 该反应通过可调控的酰基正离子区域选择性傅-克环化反应进行, 同时具有底物范围广, 原子经济性和步骤经济性高等优势, 有望用于含有相关结构的生物活性分子的合成.

含氮化合物广泛存在于天然产物、药物分子和合成中间体中, 因此在有机化合物中引入含氮官能团具有重要的意义. 尽管过渡金属催化的C—N偶联反应为含氮化合物的构建提供了一种应用广泛的策略, 然而需要多步预官能团化的反应底物. 近年来, 过渡金属催化的碳氢键胺化反应为碳-氮键的构建提供了更具原子经济性和步骤经济性的全新策略. 与钯、铑等贵金属相比, 铜、钴、镍等廉价金属由于地球储量丰富, 更为廉价易得, 且往往具有独特的催化活性, 而受到广泛关注. 按照廉价金属、碳氢键和胺化试剂的类型进行分类, 综述了近年来铜、钴、镍催化的导向基辅助的碳氢键胺化反应研究进展, 着重探讨了各种胺化试剂及其应用, 并对目前该领域的局限性和发展趋势进行了分析和展望.

氮杂环卡宾(NHC)催化在有机催化领域占有重要地位, 其催化的有机反应具有反应方式独特、反应位点丰富、底物和产物结构多样性等特点. 然而, 随着有机合成的深入发展, 传统的、单一的催化体系在底物反应活性及反应选择性方面也逐渐面临一些瓶颈和挑战. 近年来, 联合催化策略通过两种单一催化体系的有效结合, 能够实现单一催化体系无法实现的化学转化, 从而能够更好地实现反应性及反应选择性的精准调控, 逐渐成为有机合成中的重要催化策略. 主要综述了近十年来氮杂环卡宾/过渡金属联合催化方面的最新研究进展.

有机氯化物已经被广泛应用到医药、农药及材料等领域. 此外, 有机氯化物也是重要的合成砌块, 作为起始原料参与到多种反应中, 例如自由基反应、取代反应以及偶联反应等. 烯烃的氢氯化反应是合成有机氯化物最直接高效的方法之一, 在过去三十年已经取得了很多突破性的成果. 系统介绍了近三十年烯烃氢氯化反应的研究进展, 按照是否涉及金属催化, 主要分为无金属参与的氢氯化反应和金属催化的氢氯化反应. 分别着重介绍了其相应的反应类型及相关机理, 并对今后的发展方向进行了展望.

共价有机框架材料(covalent organic frameworks, COFs)是一类由轻质元素(C、O、N、B等)通过共价键构成的新型结晶多孔材料. 由于其具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度, COFs具有其它传统材料无法比拟的优点. COFs作为非均相配体负载金属离子能够实现不同类型的催化反应, 且催化剂能够重复使用. 总结了COFs作为非均相配体负载不同金属离子催化的有机反应最新研究进展.