二氧化碳作为C1合成子的不对称催化反应研究

The chemical fixation of CO2 into highly value-added chemicals has become one of the most active topics in organic chemistry. Nevertheless, the corresponding investigation of catalytic enantioselective transformation of CO2 is still in its early stage, with very limited highly enantioselective examples reported. Highly enantioselective conversion of CO2 to form enantioenriched molecules with complex structure is highly desirable, which enable the simple and easy available CO2 to become a versatile carbon source in academia as well as in the fine chemical industries. This project aims to develop the catalytic enantioselective reactions with CO2 as a C1 synthon by two strategies: the tandem catalytic asymmetric nucleophilic addition-carboxylative cyclization sequence and the desymmetrization reaction of CO2 with prochiral oxetane or azetidine, p-quinol or p-quinamine, as well as dialkynes. The construction of some key intermediates in the synthesis of natural products will be attempted by using the thus developed new reactions. To tackle the challenges associated with the reactivity and enantiofacial control, new chiral phosphorus ylide-(salen)MX bifunctional catalysts and new chiral P-chirogenic phosphine ligands will be developed and evaluated in the corresponding enantioselective desymmetrization reactions.

通过化学方法固定二氧化碳，将其转化成高附加值化学品的研究已经得到广泛关注，但相应不对称催化反应的探索才刚刚起步，成功例子很少。发展二氧化碳参与的不对称催化反应，利用简单易得的二氧化碳作为C1合成子，实现结构复杂多样的手性化合物的高立体选择性合成，具有重要的理论意义与实际应用价值。本项目拟利用不对称亲核加成-羧化环化串联反应以及基于氧（氮）杂环丁烷、醌醇（胺）或潜手性双炔与二氧化碳的去对称化反应两种途径，来发展二氧化碳参与的不对称催化反应，并应用于一些天然产物关键中间体的合成。针对二氧化碳固有的低反应活性以及反应立体选择性不易控制等难题，本项目将设计开发手性膦叶立德-salen金属络合物双功能催化剂和膦手性配体来研究拟开发的新反应。

发展二氧化碳参与的不对称催化反应，从简单易得原料出发实现结构复杂多样的手性化合物的高立体选择性合成，具有重要意义。在本项目资助下，我们围绕二氧化碳参与的不对称催化反应开展研究工作，基于不对称催化串联反应和动力学拆分两种途径，发展了系列二氧化碳参与的不对称反应，实现了手性环胺基甲酸酯和环碳酸脂的多样性和高立体选择性合成；此外，对惰性C-F键与二氧化碳的羧化反应进行了探索，实现了系列氟代羧酸的绿色合成。首先，基于二苯基胍/银协同催化的羧化环化反应体系，发展了手性磷酸催化的不对称氢转移-羧化环化，手性铜催化的炔丙基取代-羧化环化串联反应，以及高炔丙胺与二氧化碳的羧化环化反应，分别实现了含α-氟代烷基、含末端烯基的手性噁唑烷酮以及1,3-噁嗪二酮的高立体选择性合成；其次，利用动力学拆分策略，发展了手性银催化的外消旋炔丙醇与二氧化碳的羧化环化反应，实现了手性环碳酸脂的合成。此外，分别利用铜催化和电化学手段，发展了惰性Csp2-F键和Csp3-F键与二氧化碳的脱氟羧化反应，实现了Z构型α-氟代丙烯酸以及γ,γ-二氟乙烯基乙酸的绿色合成。相关工作发表标注基金号论文12篇，其中SCI论文11篇，包括Chem. Sci (2篇)；以及在国内优秀期刊《中国化学快报》和Org. Chem. Front.上各发表论文1篇，在《有机化学》上发表论文2篇，另有部分工作在整理待发表。获授权中国发明专利2项。