新型桥联有机小分子/过渡金属配体双功能催化剂的设计、合成及不对称催化反应研究

Recently the cooperative catalysis combining organocatalysis and transition metal catalysis has been attracting much attention as it can realize many reactions that could not be achieved by either organocatalysis or transition metal catalysis solely. However, even great achievements have been made in this field, cooperative catalysis suffers from a poor compatibility and narrow substrate scope. One of the solutions is to develop bridged bifunctional ligand-organocatalyst. There are few reports in this new research field that limited to the use of catalysts derived from pyridines and cinchona alkaloids. In order to develop novel catalysts and catalytic systems with better applications, we will design and synthesize bridged bifunctional ligand-organocatalysts combining chiral BINOL and chiral tertiary amines, which will be applied in methodology development of great importance, such as cycloadditions and cascade reactions focused on activations of alkynes. This project aims to improve the compatibility in cooperative catalysis, to provide efficient catalysts and catalyst systems, and to give more novel reaction methodologies for the synthesis of natural products and the constructions of important chiral frameworks.

近年来，由于有机小分子/过渡金属协同催化兼具有机催化和过渡金属催化能力于一身而能完成单独催化剂所无法实现的反应，因此成为研究热点。而该催化方式存在催化剂兼容性有待改善、底物范围相对有限等问题。其解决方案之一是设计合成单分子双活化的桥联配体/有机小分子催化剂，但现有催化剂设计局限在吡啶衍生物和金鸡纳碱衍生物的使用上，催化剂和催化体系的普适性还难以让人满意，因此这一新兴的研究领域亟待拓展和发掘。申请人拟设计合成基于手性联二萘酚的桥联叔胺-配体双功能催化剂，与过渡金属配合催化反应，通过催化剂结构的调整改善催化剂兼容性，利用单分子双活化的优势进一步拓展底物范围，并将之应用于发展新型的反应方法学，如环加成反应和基于炔基活化的串联反应；本项目旨在发展新颖高效的催化剂和催化体系，解决有机小分子/过渡金属协同催化中催化剂兼容性的问题，提供更多可以应用于天然产物或是重要手性骨架的新型实用的反应方法学。

小分子有机催化剂的设计与应用是合成化学领域中的重要研究内容，对于拓展不对称催化合成的应用范围，进一步提升药物、材料和农药等相关领域研发效率起到重要作用。基于BINOL，我们设计合成了一系列双功能膦催化剂，并将之应用于[3+2]环加成反应，取得了较好的收率(高达>99%)和对映选择性(高达95%ee)。. 同时，我们在尝试项目申请书中的消旋体化合物合成时，意外发现了铜盐催化炔酸酯衍生物合成芳杂环的反应。由于杂环是天然产物、药物、材料和农药中的重要中间体和结构单元，其简便快捷合成非常重要。我们对这些异常反应进行了拓展，并推及其他炔基衍生物的转化；由此我们也发现了富电子亚胺的供体-受体反应策略，得到了较多结构复杂、含优势母核结构的杂环化合物。. 总之，我们依据项目书中的设计，并对异常反应现象和结果分析和进一步拓展，开展了基于炔基衍生物串联反应制备杂环、基于亲核性亚胺的供体-受体策略制备杂环和基于BINOL的手性膦双功能催化剂催化反应研究等三条主线进行研究，发展了一系列新颖催化剂和若干简便实用的反应方法学。在此基础上发表了研究论文13篇。