卤代烯烃的高效不对称氢化反应研究

Chiral alkyl halides and their derivatives are one type of the most important compounds not only because that the carbon-halogen bond is found in many natural products and biologically active compounds but also because of their wide applications in the asymmetric synthesis and the preparation of new materials such as liquid crystals. Asymmetric hydrogenation of alkenyl halides is one of the most useful methods for the preparation of such type of optically active products. However, successful examples of asymmetric hydrogenation of alkenyl halides are rare because of the hydrodehalogenation side reaction. Considering the electron effect and steric effect of catalysts on hydrodehalogenation reaction, rigid monodentate N-heterocyclic carbene (NHC) ligands and bidentate NHC ligands with strong σ-donor abilities will be synthesized and coordinated with Ru, Rh and Ir to catalyze the asymmetric hydrogenation of alkenyl halides. Broad screening of catalysts and systematic optimization of reaction conditions could give exquisite control over enatioselectivity and the ratio of olefin hydrogenation to hydrodehalogenation. Preliminary research on the mechanism of hydrodehalogenation would be conducted as well. This project will offer new strategy to explore efficient catalysts for the hydrogenation of alkenyl halides and provide practical protocol for the synthesis of optically active pharmaceutical agents.

手性卤代烷烃及其衍生物作为不对称合成中的重要中间体，是很多天然产物和医药分子的关键活性骨架，在液晶等新型材料的制备中也具有广泛的应用。卤代烯烃的不对称氢化是合成手性卤代烷烃及其衍生物直接高效且绿色经济的方法之一，但由于反应中存在严重的脱卤还原副反应，相关成功例子的报道较少。考虑到催化剂的电子效应和立体效应对脱卤还原反应的影响，本项目拟设计合成具有强σ-给电子能力的刚性骨架的手性单齿氮杂环卡宾配体和官能团化的手性双齿氮杂环卡宾配体，进一步与Ru、Rh、Ir等构建成手性氮杂环卡宾金属配合物，研究其在卤代烯烃的不对称氢化反应中的催化性能。根据系统的催化剂筛选和反应条件优化的结果，调控卡宾配体的结构，达到抑制脱卤还原副反应的目标。通过控制实验对脱卤还原副产物的生成机理进行初步研究，为发展卤代烯烃不对称氢化中高效实用的手性催化剂提供新的思路，为制备具有重要应用价值的手性药物提供新的方法。

设计并合成系列新型手性配体，与Ru 、Rh 、Ir 等配位构建金属配合物催化剂，并将其应用于卤代烯烃的高效不对称催化氢化等一系列催化反应具有重要的应用前景。围绕项目研究目标，重点在配体设计与合成、催化手性及非手性反应、均相及非均相催化等方面开展了研究，取得的主要结果如下：1）本项目在研究卤代烯烃的不对称氢化过程中，通过设计新型配体，发现了一类特殊的C-N轴手性化合物的合成方法。该方法使用分子内C-N偶联合成具有生物活性和催化潜能的C-N轴手性骨架。同时，我们对该系列化合物进行后续衍生，合成相应的手性单膦配体，并证实该手性单膦配体在不对称催化反应中具有较好的催化性能。2）本项目在底物合成过程中，发展一种钯催化邻卤苯胺串联合成3-氰基吲哚化合物的反应策略，该方法为杂环化合物的合成提供了有价值的新方法，开阔了杂环化合物的合成策略，在药物合成上具有极大的潜力与应用价值。