我院叶龙武教授课题组在基于炔烃转化的杂环合成方法学研究方面取得重要进展，相关成果以“Asymmetric one-carbon ring expansion of diverse N-heterocycles via copper-catalyzed diyne cyclization”为题于近日在线发表于Science Advances。
单碳同系化反应（homologation reaction）是一种非常有效的分子骨架编辑策略，近十年受到了很大的研究关注。其中，氮杂环的单碳扩环反应因其可以将简单易得的氮杂环转化为具有潜在应用价值且传统方法难以获得的复杂氮杂环，已成为当前分子编辑领域的一大研究热点。然而，相关的不对称催化极具挑战，目前仅有两例报道且都局限于使用易爆、难以合成的重氮化合物作为反应前体。
近日，课题组基于其先前有关铜催化二炔不对称环化反应（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16961; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7618; Chem. Sci. 2021, 12, 9466; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115554; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210637; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303670; Chem. Sci. 2023, 14, 3493; Nat. Commun. 2023, 14, 7058; Nat. Commun. 2024, 15, 2232; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202411709）的研究基础，从多种氮杂环连接的二炔底物出发，以廉价金属Cu(I)作为催化剂，结合上海有机所唐勇院士课题组发展的带有大位阻边臂的双噁唑啉（SaBOX）手性配体，通过单碳扩环反应合成了一系列具有潜在生物活性的吗啉、哌嗪和哌啶衍生物。该反应具有以下特点：（1）通过远程立体化学控制策略，首次实现了经烯基阳离子途径的氮杂环不对称单碳扩环反应；（2）建立了基于炔烃的氮杂环不对称单碳扩环转化；（3）首次通过酰胺键的插入来实现氮杂环的不对称单碳扩环反应。同时，该反应展现出良好的底物普适性，大多数例子都表现出优秀的对映选择性。通过密度泛函理论（DFT）计算，进一步明晰了该类不对称催化反应的机理和不对称控制模式。
该研究工作主要由叶龙武教授课题组2022级博士生李福帅完成，并得到课题组其他研究生和本科生协助，理论计算部分由南昌航空大学孙青博士完成，特别感谢魏赞斌工程师协助完成单晶测试。研究工作得到国家自然科学基金委（22125108、22331004）的资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq7767
