新型螺吡咯类手性仲胺催化剂的设计合成及其应用研究

The recently described concept of organocatalysis greatly promoted rapid advance of organocatalytic reactions, and now has been considered as an important research field in the area of asymmetric catalysis. Among them, the design of new catalyst scaffold and novel steric controlling mode have been recognised as two core research methods for the development of new organocatalytic reaction system. In previous work, we have developed a highly efficient and stereoselective 1,3-dipolar cycloaddition catalyzed by a N,O-Ligand and copper complex, which provided a series of spiro-pyrrolidine derivatives in high yields. In view of the structurally novelty of spiro-pyrrolidine scaffold and the unique chiral environment, we are dedicated to the design and synthesis of structurally novel spiro-pyrrolidine organocatalyst having better steric controlling ability, which will be applied for a series of "enamine catalysis " and "iminium catalysis" based asymmetric catalytic reaction by the utilization of these spiro-pyrrolidine catalysts featuring diverse chiral substituents and new steric control mode. The project proposed herein is expected to be able to address the issues of current organocatalytic reactions, for example the difficulty in diastereroselectivity control, relative low enatioselectivities in some reaction, especially the long-distance steric control problem. In conclusion, this project could lay the foundation of developing highly efficient organocatalytic system, which in turn provides a new thinking in the design of chiral catalysts for the development of chiral technology.

近年来有机催化概念的提出大大促进了有机催化反应的发展，并已成为不对称催化领域的重要研究热点。其中，全新骨架的催化剂设计和新立体控制模式的提出已成为有机催化研究领域的两条核心研究思路。申请人在前期研究中发展了一种高效，高立体选择性N,O-配体/Cu(II)催化的新型1,3-偶极环加成反应，并合成得到一系列螺环吡咯烷衍生物。鉴于该螺环吡咯烷骨架的结构新颖性和其独特的手性环境，本项目致力于设计并合成一系列结构新颖，不对称诱导能力更强的螺吡咯烷类有机催化剂，并借助其手性诱导基团的多样性和立体控制模式新颖的特点，应用于一系列新型的基于“烯胺催化”和“亚胺离子催化”的不对称催化反应中，以期解决目前有机催化中的非对映选择性调控问题，以及一些催化反应中对映选择性不够理想，尤其是远程立体控制较难实现的问题。本项目研究不仅有望为发展一系列高效的有机催化体系奠定科学基础，并有望为手性技术的发展提供新的催化剂设计思路。

基于新概念和新骨架的手性仲胺类催化剂设计是不对称催化领域的一个重要研究热点。本项目致力于设计合成一系列结构新颖螺吡咯烷类有机催化剂，并发展一系列新型手性仲胺催化的不对称反应体系，主要进展如下：.1、基于甘氨酸酯希夫碱与衣康酰亚胺，以及氮杂环丁烯的不对称1,3-偶极环加成反应，合成了螺吡咯烷类、螺氮杂环丁烷类二级胺催化剂及相应的叔胺双功能催化剂共计40个。.2、发展了一系列基于(螺环)有机胺类催化剂的不对称反应，包括以下九个方面：1)吲哚双烯和吡咯双烯，与烯醛的不对称反电子需求Diels-Alder， 得到四氢咔唑化合物（最高>20:1 dr和98% ee）和六氢异吲哚产物（最高>20:1 dr和99% ee）；2）靛红衍生的亚甲胺亚胺与烯醛的不对称[3 + 3]环加成，得到3-螺N杂环吲哚啉酮化合物（>99%的ee值，3:1 dr）；3）吲哚甲醛与烯醛的不对称[4+2]环加成，得到二氢咔唑化合物（最高99% ee）；4）α,β-不饱和醛与酮亚胺的不对称[3+3]环加成，得到哌啶酮类化合物（最高99% ee）；5）3-氨基苯并呋喃与烯醛的不对称[3 + 3]环加成，获得手性苯并呋喃并四氢吡啶类衍生物（最高>20:1 dr和99% ee）；6）烯醛与2-吲哚甲醇的不对称[3 + 2]环加成，得到环戊二烯并吲哚骨架产物（最高>20:1 dr和99% ee）；7）2-甲基吲哚与烯醛发生不对称芳甲基化反应及串联环化，获得吲哚并四氢吡啶骨架化合物（最高99% ee）；8）3-羟基吲哚酮与三氟甲基取代烯基吲哚酮的Michael/内酯化串联反应，构建三氟甲基取代螺吲哚酮内酯骨架（(最高98:2 dr，98% ee）；9）环丁酮与吲哚硝基烯烃的不对称Michael加成/扩环重排串联反应，构建氮杂卓并[1,2-α]吲哚化合物（最高96% ee，>20:1 dr)。.3、发展了双功能仲胺催化的吡唑啉酮亚胺与羟基吲哚的不对称氮杂傅克反应，成功构建吲哚并吡唑啉酮化合物（最高99% ee），并以该反应为模型反应研究了螺环仲胺催化剂中的氮杂环丁烷、吡咯烷在立体选择性中的影响。.本项目研究发展了10个类型的新型仲胺催化不对称反应，合成了300余个结构多样的手性杂环化合物，一定程度上丰富了不对称仲胺催化领域的内涵和外延。