手性氮杂环卡宾过渡金属络合物催化的一些不对称偶联反应研究

N-Heterocyclic carbenes (NHC)-transition metal complexes as the catalysts have been extensively employed into organic synthesis. In addition, asymmetric coupling reaction is one of promising and challenging research area. Therefore, this research project is related to some asymmetric coupling reactions catalyzed by chiral N-heterocyclic carbene (NHC)-transition metal catalysts, and the key point focuses on the issues of catalytic efficiency and enantioselectivity of asymmetric coupling reaction. Firstly, three types of N-heterocyclic carbene (NHC)-transition metal complexes as the catalysts will be designed and synthesized in this research project. Secondly, some intermolecular and intramolecular asymmetric coupling reactions will be carefully selected and developed according to the matching relationship between the chiral NHC ligands, the catalytic metal ions and the substrates. The optically avtive single or multistereogenic carbocyclic, heterocyclic compounds, axial chiral compounds as well as some chiral pharmacologically active intermediates, will be synthesized and obtained in enantioenriched form. Finally, based on the data of modern spectroscopic analysis and kinetic experiments, the scientific nature of chiral transmission, chiral induction and asymmetric amplification will be explored and understood in this research project. Furthermore, quantum theoretical calculation will be used to locate the corresponding intermediates and transition states, and to clear their reaction mechanisms.

N-杂环卡宾(NHC)-过渡金属络合物作为催化剂在有机合成中的应用越来越广泛，另外，鉴于不对称偶联反应研究是一个富有希望和挑战性的研究领域之一。因此，本研究项目围绕手性氮杂环卡宾(NHC)-过渡金属络合物催化不对称偶联反应展开研究工作，重点研究催化剂的效率和对映选择性问题。首先，设计、合成三个系列的手性氮杂环卡宾(NHC)-过渡金属络合物催化剂。其次，依据手性NHC配体-催化金属离子-底物三者之间的匹配关系，发展一些分子间或者分子内的不对称偶联反应体系，并合成一些具有单一或多立体手性中心的碳环、杂环、轴手性结构的光学活性化合物以及一些手性药物活性中间体等。最后，运用现代波谱分析手段和动力学实验，揭示手性催化过程中手性传递、手性诱导和不对称放大的科学规律。并结合量子化学理论计算，推导出研究反应的中间体和过渡态，并进一步理解此类不对称偶联反应机理。

手性氮杂环卡宾配体（NHC）具有良好的结构稳定性、热稳定性、耐水性和耐氧化性等优点，适合于作为手性催化剂和手配体应用于不对称催化反应研究。本项目以L-氨基酸、异斯特维醇(Isosteviol)、(1R,2S)-1-氨基-2-茚满醇、光学纯的1，2-二苯基乙二胺(DPEDA)、1,2-二氨基环己烷(DACH)和1,1'-联二萘酚(BINOL)为手性源，经过多步转化形成并环结构的手性三氮唑NHC催化剂。将所合成的三个系列手性NHC催化剂应用于芳基不饱和醛与羟吲哚衍生的不饱和酮酸酯或者2,2二取代的1,3-环戊烯酮的串联的Michael-分子内Aldol-内酯化反应和不对称去对称化反应，均获得良好的收率和优秀的对映选择性。运用现代波谱分析手段和控制实验，揭示手性催化过程中手性传递、手性诱导和不对称放大的科学规律。并结合量子化学理论计算，进一步理解了它们的反应机理。鉴于手性Box配体、手性亚磷酰胺和手性双膦配体在催化不对称反应中显示出高效的催化活性，并能够很好的控制反应的对映选择性，因此，我们课题组合成了多个系列手性-氨基酸、BINOL和手性DPEN衍生的Box、Pybox配体以及手性BINOL和TADDOL衍生的手性双膦、手性亚磷酰胺配体。并将这些手性配体的过渡金属络合物应用于铜络合物催化的【4+2】环加成、Friedel–Crafts反应、Friedel–Crafts反应/Aldol、以及钯络合物催化去芳构化【3+2】环加成、Friedel–Crafts-半缩酮串联环化反应等，实现了一系列新的碳-碳、碳-杂官能团化转化和多个类型的稠环、桥环、螺环氮氧杂环化合物的合成。我们所合成的一些新型骨架的化合物，比如光学活性的氮、氧桥环骨架并螺环羟吲哚化合物，被应用于癌细胞体外生物活性测试，结果表明特定结构的氮氧桥环骨架并螺环羟吲哚化合物对癌变细胞具有一定的抑制活性。