新型手性光敏伯胺催化剂的设计、开发与应用

Organocatalysis and photocatalysis are two promising fields that fit the concepts of "green Chemistry". Recently, the combination of these two catalytic strategies, which could produce chiral molecules via photo radical processes, have attracted much attention. Although much efforts have been made in this field, there are still much limits existed and more effective chiral visible light photocatalytic strategy are highly desirable. In this project, we aim to develop a novel type of multifunctional asymmetric visible light photocatalysts and explore their applications in several important asymmetric organic transformations. Based on the stabilities of chiral primary amine, amide and thiourea under visible light irradiation, a rational integration of chiral primary amine moiety, amide or thiourea based hydrogen-bonding moiety and Ru/Ir based photosensitizer moiety will be performed and a synergistic catalytic system is expected. several enamine/iminium based catalytic asymmetric radical transformation of ketones/aldehydes will be performed with the aid of hydrogen-bonding based radical enantiocontrol. The reaction mechanism will also be explored by using physical organic chemistry research methods.

绿色环保、高效经济是现代有机合成化学的大势所趋，而有机小分子催化和可见光催化的发展则从不同的角度践行了该研究趋势。尽管已有一些有机小分子和光敏剂协同催化的不对称反应报道，但目前无论从策略和反应多样性上都存在较大的局限性。本项目拟开拓一类全新的多官能手性光催化剂，并探索其在若干重要不对称有机反应中的应用。依托伯胺、酰胺、硫脲等官能团的光稳定性，项目研究拟将手性伯胺催化基团、基于酰胺或硫脲的氢键基团和基于钌或铱的光敏基团有机整合在一起，充分发挥其协同催化作用，通过氢键对自由基中间体的手性控制，实现烯胺/亚胺催化的醛酮类底物的若干重要不对称自由基转化过程，并通过多种物理有机研究手段详细探索该系列反应的反应机制。

氨基/光敏协同催化是羰基化合物不对称官能化的重要研究策略，其可以克服烯胺催化的局限，实现烯胺与亲核类底物的偶联。在本项目支持下，我们开展了共价键联伯胺-光敏双官能催化剂的设计开发以及催化测试，并探索了多类挑战性氨基-光敏协同催化不对称转化反应体系。研究发现，氨基催化、光催化与钴催化三种催化过程相结合可以实现环状酮类化合物与N-苯基四氢异喹啉之间的不对称脱氢偶联反应，而通过氨基催化与光催化过程的结合可实现1，3-二羰基化合物与炔酸酯之间的不对称自由基脱羧炔基化反应。同时，我们发现含萘环的伯叔二胺是一类新型的配位诱导型催化剂，其可以与过渡金属通过π配位作用实现协同催化过程。基于此，我们实现了羰基化合物的不对称烯丙基化反应，同时结合位阻控制不对称烯丙基化过程实现了对映选择性的调控。此外我们还发展了包括不对称氧化脱氢，不对称胺甲基化，不对称Retro-Claisen反应等在内的多种重要且极具挑战性的伯胺催化不对称反应，并探索了其反应机理与规律。项目研究4年来共发表论文19篇，其中Angew. Chem. Int. Ed.3篇，J. Am. Chem. Soc. 2篇，Nature Commun. 1篇，申请发明专利2项且均已获得授权，完成了项目预期目标。