不对称碳氢硅化反应构建手性有机硅化物

This research proposal mainly focuses on the development of transition-metal catalyzed hydrosilyl group directed enantioselective C–H silylation. Based on the design of novel chiral bis-amine ligand/transition-metal catalyst system, the goal is to provide a highly efficient and enantioselective way for the construction of a variety of chiral organosilanes, that enrich the chemical diversity of chiral organosilicon compounds. Both intermolecular and intramolecular enantioselective C(sp2)–H or C(sp3)–H silylation will be investigated via desymmetrization or dynamic kinetic resolution. This methodology will be applied to the synthesis of diverse structural organosilicon compounds containing carbon center chirality, silicon center chirality, planar chirality and axial chirality. Moreover, the potential use of these chiral organosilanes as the novel chiral organocatalysts or ligands will also be studied and explored.

本项目主要围绕过渡金属催化的基于硅氢导向的新型不对称C–H硅化反应开展研究。通过发展新型的手性双胺配体/金属催化体系，高效、高对映选择性地实现多样化的手性有机硅（双硅）化合物的构建，丰富手性有机硅化学的内容和空间。具体我们将采用去对称化或动态动力学拆分的策略，对C(sp2)–H键和C(sp3)–H键进行包括分子间和分子内的不对称硅基化反应，构建包括含碳中心手性、硅中心手性、平面手性和轴手性的有机硅化物，解决构筑结构多样化有机硅化物的合成瓶颈。并在此基础上，进一步研究和探索这些手性硅化物作为手性有机小分子催化剂、手性配体在新型不对称催化反应中的应用。

大自然在演化过程中产生了大量以碳为手性中心的光学活性化合物，其在生命的演化中发挥着至关重要的作用。然而，与碳同一族的硅，自然界中并不存在以其为手性中心的光学活性有机硅化合物。一直以来，人们对含硅中心手性有机硅化物的合成、结构、及性能都研究较少。对映选择性合成硅中心手性化合物一直以来也充满了挑战。在过去的三年里，本项目从二氢硅烷出发，通过发展手性过渡金属铑催化的不对称碳氢硅化反应，实现了多种结构硅中心手性化合物的高效、高对映选择性构建，为硅中心手性有机硅烷的催化合成提供了近乎最理想，绿色的解决方案。在第一阶段研究工作中，我们通过巧妙的串联设计一釜接力，实现了串联的不对称碳氢硅化/烯烃硅氢化反应，构建了一系列全碳取代的硅中心手性苯并噻咯和二氢苯并噻咯类衍生物。在第二阶段研究工作中，我们通过精准控制，实现了分子内的直接不对称碳氢硅化环化反应，高效构建了一系列环状的硅中心手性单氢硅烷（5-7元环）。在第三阶段研究工作中，我们进一步实现了更具挑战性的分子间的不对称碳氢硅化反应，实现了呋喃、噻吩杂芳环的直接硅基化构建手性杂芳烃单氢硅烷。值得一提的是，在我们的工作之前，这些相关结构的手性硅烷是传统方法难以或无法获得的。同时，我们对获得的这些手性硅化物，也进行了相关的功能和应用探索研究，其在合成化学、材料科学、药物化学等领域都展示出了潜在的重要价值。