零价钯催化的不对称羰基化反应研究

Transition-metal-catalyzed asymmetric carbonylation reaction enabled by chiral ligands is an extremely challenging task due to the presence of carbon monoxide (CO), existing normally in large amount excess, in competitive coordinating with chiral ligands to transition metal catalyst. Up to date, successful reactions of this kind mainly limit to asymmetric hydrocarbonylation and nucleocarbonylation of alkenes, with scattered examples of other reactions generally in poor to moderate enantioselectivity. This research proposal is based on our achievements on palladium-catalyzed carbonylation and asymmetric imidoylation (via isocyanide insertion) to investigate palladium(0)-initiated asymmetric carbonylation of a series of rationally designed aryl halides as substrates through strategies such as cascade reaction, dearomatization, desymmtrization, and kinetic resolution. Thus, diversified central, planar, and axial chiral carbonyl containing compounds will be generated. The goal of this investigation is to greatly expand the reaction types of Pd-catalyzed asymmetric carbonylation, offering efficient pathways to a variety of carbonylation products in a highly enantioselective manner.

由于一氧化碳与过渡金属良好的配位能力，大过量的一氧化碳会削弱手性配体与金属中心的配位，因此，过渡金属催化的通过手性配体调控的不对称羰基化反应是一个极具挑战性的课题。目前成功的例子大部分是基于烯烃的不对称氢羰基化和二价钯催化的亲核羰基化反应，而其它类型的反应比较少，并且对映选择性普遍不高。本研究计划将在我们课题组钯催化的羰基化和不对称亚胺化（异腈插入）反应的基础上，系统地研究零价钯催化的芳基卤化物启动的不对称羰基化反应，通过巧妙的底物设计，利用串联反应、去芳构化、去对称化以及动力学拆分等策略，实现几类中心手性、平面手性和轴手性羰基化合物的构建。通过对该研究计划的实施，我们将进一步拓展不对称羰基化反应的类型，为构建结构多样的手性羰基化合物提供有效的高对映选择性的合成方法。

本项目在执行期间，按照原计划进行，通过钯催化的一氧化碳迁移插入为关键步骤，形成的酰基钯中间体在手性配体的调控下再选择性地被分子内或分子间的各种亲核试剂捕获，从而构建各种手性羰基化合物。采用这一策略，不仅可以有效抑制大过量的一氧化碳和手性配体与钯中间体的配位竞争，而且可以极大地丰富所构建的手性羰基化合物的种类。利用这一策略我们已成功合成了多种多样的手性羰基化合物，实现了中心手性和轴手性化合物的高效合成，具体的研究内容包括：（1）通过钯催化的不对称Heck/羰基环化反应，构建手性氧化吲哚螺环类化合物；（2）实现了钯催化的多米诺亚胺化/Heck反应/C–H活化反应，通过异腈接力策略构建含有全碳季碳中心的稠杂环；（3）通过官能化异腈的策略实现了钯催化的不对称亚胺基环化反应构建轴手性化合物；（4）通过双异腈连续插入策略实现了钯催化的不对称亚胺基环化反应构建固有手性八元氮杂环；（5）实现了钯催化的含有非活化烯烃的官能化异腈的四组分串联亚胺基-甲氨酰化反应；（6）实现了钯催化的不对称7-exo-trig Heck羰基化串联反应合成二苯氮杂卓酮类阻转异构体；（7）实现了钯催化的多米诺Heck/羰基化/胺羰基化反应合成手性杂环取代的α-羰基酰胺。项目共发表SCI论文16篇，申请中国发明专利1项。