铱催化硅基烯烃的不对称加氢反应研究

Asymmetric hydrogenation of silyl alkenes represents a very challenging transformation, which is mainly due to the weak coordination of the substrate with the metal center. As a result, the conversion is not very successful in the present circumstance. This project is about the asymmetric hydrogenation of the silyl alkenes with the Ir-catalyst, which will efficiently produce the chiral silyl compounds. The proposed reaction will be explored from the scope of substrates, the chiral ligands, and the reaction conditions, then the stereo effect and electron effect of introduction of a silyl group onto the alkene will be fully studied, finally the possible reaction mechanism will be revealed. Some preliminary research have been carried out, including the preparation of some substrates and three chiral N,P-ligands, and the asymmetric hydrogenation reaction of several silyl alkenes with good to excellent enantioselectivities. The primary experimental results support the proposal well, and further research will focus on the asymmetric reduction of other type substrates by scanning of the catalysts as well as the reaction conditions, and further conversion of the silyl products will also be expected. Investigation on this conversion will be of theoretical significance on the Ir-catalyzed asymmetric hydrogenation, and also the enantio-enriched silyl compounds will have a potential value in synthetic chemistry.

由于硅基烯烃与金属中心的的弱配位特性，其不对称加氢反应具有很强的挑战性。目前关于该转化的研究极少，且并不十分成功。申请人拟在手性铱催化剂作用下，通过对硅基烯烃进行不对称加氢反应，实现含硅手性物的高效合成。通过探索反应底物、手性配体以及反应条件等多方面的相互关联，从电子效应以及立体位阻效应方面研究硅基的引入对烯烃不对称加氢的影响，揭示硅基烯烃的不对称加氢反应的作用机制。申请人已开展了一些前期研究，制备了部分反应底物，合成了三个手性N,P-配体，对其开展了不对称加氢反应研究。已有的实验结果有力支撑着预期设想，进一步的研究将会致力于通过反应条件调控以及催化剂调整来实现其他类型硅基烯烃的不对称加氢反应，并对产物进行转化研究。本申请不仅在烯烃的加氢反应研究方面具有很重要的理论意义，而且考虑到硅基基团的广泛用途，还具有潜在的应用价值。

手性含硅有机物在材料、药物化学、合成化学研究领域有非常广泛的用途，因此发展有效方法对其进行高效合成具有比较重要的意义。本项目围绕硅基烯烃的不对称加氢反应以及硅氢化反应，开展了手性含硅有机物的制备，包括如下研究工作：1. 噁唑啉配体设计及合成：基于手性噁唑啉优势结构，设计并合成了多个含三氮唑结构的丙二酸型双噁唑啉以及N,P-配体；2. 硅基烯烃的不对称加氢反应：项目获批前，课题组已经对1，1-双取代硅基烯烃进行了不对称加氢反应研究，发表了相关研究论文，并用作项目申报基础。项目获批后，课题组使用Ir催化剂对多种硅基烯烃的不对称加氢反应进行了考察，研究结果表明硅基尺寸会显著影响碳碳双键的加氢反应，前述合成的N,P-配体可对部分硅基烯烃加氢反应表现出很好的立体化学控制，其中三取代硅基烯烃的加氢产物ee值最高可达85%。但是需要指出的是：Pfaltz课题组在本研究项目获批过程中，报道了申请书中所设计的多种类型的硅基烯烃的加氢反应，且所使用的手性Ir催化剂也基本一致；3. 硅基烯烃的不对称硅氢化反应及手性硅烷产物转化：使用Pd催化体系对硅基烯烃进行不对称硅氢化反应研究，高效获得了手性二硅基产物，其收率及绝对构型均得到了很好控制，使用计算化学手段阐明了反应的立体化学产生的根本原因，选择性氧化硅氢化产物中的一个硅基，可将其转化为手性β-羟基硅烷，ee值最高可达98%；4. 叠氮烯烃的加氢反应：此外，还以加氢反应为关键策略，设计并实现了2-叠氮肉桂酸苄酯通过一步加氢来实现底物中三个位点的转化，即：叠氮基团的还原，碳碳双键的还原以及苄基酯的脱除，从而实现α-氨基酸的高效合成。