以惰性碳氢键活化为关键步骤的亚胺不对称催化芳基化反应研究

Asymmetric catalytic arylation of imines is an efficient way to synthesize synthetically important optically active chiral alfa-aryl amines. In view of the fact that previous reports mainly relied on the use of various aryl metallic compounds such as arylboric acid as arylation reagents, which was less atom-economic, this project aims at developing a new method to realize the asymmetric catalytic arylation of imines with activation of C-H bond as the key step, thus being able to avoid the use of aryl metallic reagents. It will provide a highly atom-economic and step-economic synthetic pathway for the enantioselective synthesis of chiral alfa-aryl amines. To identify an efficient chiral catalyst and optimal reaction conditions, we propose a feasible research plan, mainly focusing on the chiral ligand development, central metal screening, substrate design, as well as other reaction condition optimizations. Moreover, in order to figure out the major factors affecting reactivity and stereoselectivity, we plan to perform a detailed mechanistic studies by means of evaluation of isotope effects, kinetic studies, crystal growing，XRD techniques, NMR detections and so on to collect as much information about the key reaction intermediates as possible. Finally, we wish to develop a general strategy to control the stereoselectivity of such kind of reaction, which may find further applications in other asymmetric catalytic reactions involving activation of inert C-H bond as the key step.

亚胺的催化不对称芳基加成反应是对映选择性合成重要手性alfa-芳基胺化合物的有效途径。鉴于之前的方法大都依赖于使用各种芳基金属试剂如芳基硼酸，原子经济性欠佳，本项目拟发展一类以碳氢活化为关键起始反应步骤的亚胺不对称芳基加成反应，避免使用芳基金属试剂，为对映选择性合成手性alfa-芳基胺提供一条原子经济性和步骤经济性的新途径。为探索有效的手性催化剂和最佳反应条件，我们针对目标反应提出了较为系统的研究方案，主要侧重于手性配体开发、中心金属筛选、底物设计以及其它反应条件优化。我们拟借助同位素效应、动力学实验、单晶培养、X射线衍射和核磁检测等手段对反应催化机理做系统的研究，以期获取关键反应中间体的结构信息，认识影响反应活性和控制立体选择性的关键因素。最后，希望能发展出有效控制该类反应立体选择性的一般策略，并能在更多的以碳氢活化为关键步骤的催化不对称加成反应中得到成功运用。

过渡金属催化的惰性C-H键对极性不饱和键的不对称加成反应是一个具有高度挑战性的课题，目前在该领域的研究进展非常少。因为碳氢键活化本身不易发生，它们常常需要苛刻的反应条件如高温，所以要想在后续的加成反应中实现立体选择性控制非常困难。在本项目经费资助下，我们主要研究了以惰性碳氢键活化为关键步骤的，对碳氮双键、碳氧双键、碳碳双键、碳碳三键的不对称芳基加成反应。（1）在对碳氮双键的加成反应研究中，我们实现了钴催化的糖精衍生的亚胺与二苯基乙炔反应生成螺环茚类产物（J. Org. Chem., 2016, 81, 6093-6099），对于相应的不对称催化反应，我们也取得了97%的产率和72%的ee值。由于其他课题组抢先报道了几乎相同的研究结果，我们终止了该研究。尽管如此，我们在2-苯基吡啶与N-Ts亚胺的不对称催化反应中取得了一些初步结果。（2）对碳氧双键的不对称加成反应，以醛为反应物，我们获得了50%收率和65%ee，该工作还在继续完善中。（3）对碳碳双键（C=C）的不对称加成反应，目前已经取得良好进展，以85%收率和85%ee获得目标产物。另外，在该子课题的研究过程中，我们意外发现了一个无金属催化的由喹啉氮氧与端烯反应合成2-烯基喹啉产物的新方法，该工作发表在Org. Lett.上（2016, 18, 1796-1799）。（4）我们还对极性碳碳三键（C≡C）的不对称加成反应进行了研究，实现了N-甲氧基苯甲酰胺与二氟代炔烃的不对称反应，对映选择性地合成了炔基或氟代烯基的手性3,3'-二取代异吲哚酮类化合物并取得了不错的收率和立体选择性，该工作已被Angew. Chem. Int. Ed.接收。综上，通过对本项目的实施，我们成功实现了若干过渡金属催化的惰性C-H键对极性不饱和键的不对称加成反应，为一些重要手性化合物的不对称合成提供了高效的方法，大大提高了合成的原子经济性和步骤经济性。