新型螺环手性季铵盐相转移催化剂设计合成及其应用于相关手性氨基酸的催化不对称构建

Catalytic asymmetric synthesis for enantiomerically enriched compound has been one of the most active current areas of chemical research in both industrial and academic settings. The increasing demand for optically pure compounds has stimulated the development of chiral phase-transfer catalysts, which accelerates the rate of ion transfer of a substrate from one phase to the other via the formation of catalyst–substrate ion pair. Over the past few decades, many chiral quaternary ammonium salts, derived from natural cinchona alkaloid/amino acids/ tartaric acids and axial biaryl compounds, have been developed as phase-transfer catalysts, and their successful applications in catalytic asymmetric reactions. Despite these notable achievements, the development of chiral quaternary ammonium salts is still highly desirable. Starting from chiral optically pure (R)- or (S)-1,1′-spirobiindane-7,7′-diol (SPINOL), this project will focus on (1) the synthesis of a series of new quaternary ammonium salts with spirocyclic frameworks; (2) the development of catalytic asymmetric reactions for the synthesis of fluorinated α-amino acids; (3) the design of catalytic asymmetric approaches to fluorophores-containing α-amino acid derivatives as small-molecule organic probes.

手性化合物的催化不对称合成一直是有机化学研究的前沿领域，在学术研究和产业界，都受到化学工作者极大关注。手性季铵盐是一类重要的相转移催化剂，可有效促进非均相不对称有机合成反应；目前手性季铵盐类相转移催化剂主要由天然手性金鸡纳碱、酒石酸和氨基酸及轴手性联萘酚衍生合成，其手性骨架相对还比较少，促进的不对称有机合成反应类型也需要大量拓展。基于此状况，本项目的研究内容和目标是发展新型螺环骨架手性季铵盐相转移催化剂，并研究其在相关不对称有机合成反应中的应用，即以手性螺环二酚为起始原料，（1）设计发展系列全新的螺环骨架手性季铵盐相转移催化剂及混合螺环-轴手性季铵盐相转移催化剂；（2）利用这些催化剂研究新的不对称有机合成反应，构建含氟及氟烷基的手性氨基酸；（3）研究新的不对称烷基化反应，构建含荧光基团的手性氨基酸，发展新型有机小分子生物探针。

有机催化不对称合成手性化合物是有机化学研究的前沿领域，受到化学工作者极大关注。其中手性季铵盐是一类重要的小分子有机相转移催化剂，可有效促进非均相和均相不对称反应。该项目主要发展了新型手性螺环季铵盐和磷酸作为有机小分子催化剂，并研究其在不对称反应中的应用。取得如下研究成果：（1）设计合成一类新型螺环骨架手性季铵盐相转移催化剂，并用于功能甘氨酸亚胺酯不对称烷基化反应，手性产物经转化制得含氟L-多巴；（2）研究了手性螺环及联萘酚衍生的磷酸催化剂，在不对称曼尼希反应、氮杂达参反应、1,6-共轭加成反应中的应用，高对映选择性构建系列手性产物；（3）设计制备了含螺环和联萘骨架的含糖氨基硫脲手性催化剂，研究了其在丙二酸半酯与环状磷酸亚胺的不对称脱羧曼尼希反应，构建手性氨基磷酸衍生物。此外，在项目支持下还完成了手性铑配合物催化内炔与二氟重氮乙烷的环丙烯化反应，高对映选择性构建二氟甲基环丙烯化合物。. 通过该项目的实施，已发表学术论文25篇；申请发明专利6项，授权发明专利1项；组织撰写英文学术专著上下2册。培养博士毕业生5名、硕士毕业生6名。马军安荣获2018年度“中国化学会黄维垣氟化学奖”。此外，马军安作为大会主席成功举办了中国化学会第十六全国氟化学会议（2021年7月2-5日，天津）。