稀土有机化合物催化不饱和键对氮氢键的不对称串联插入反应

The tandem insertion reaction of several multiple bonds into an amine N–H bond has been a highly efficient and atom-economical way to various complex nitrogen-containing structures prevalent in natural products and biologically active molecules. The development of highly enantioselective versions of this type of reactions has been a very challenging yet promising research subject. This project is devoted to the development of asymmetric tandem insertion reaction system of several multiple bonds into an amine N–H bond catalyzed by chiral rare-earth metal complexes, especially by chiral half-sandwich rare-earth metal complexes containing a linked indenyl-multidentate coordinating side-arm ligands. By examining the effects of several parameters of the complexes, including the chiral skeletons, the electronic and steric nature of different substituents of these ligands and the size of the metal ion, on the catalytic activity and stereoselectivity, the finding of highly efficient catalysts would be expected, with which the highly enantioselective tandem insertion reaction system of several multiple bonds, such as C≡N and C=C bonds, into an amine N–H bond would be realized. The execution of this project would further expand the application of rare-earth metal complexes in the field of asymmetric synthesis, enrich the rare-earth metal chemistry, and thus has both important theoretical significance and potential economic value.

多个不饱和键对氮氢键的串联插入反应是构建广泛存在于天然产物和生物活性分子中的各种复杂含氮结构的一种高效、高原子经济性的方法。发展高对映选择性的这类反应是一个颇具应用前景又有一定挑战性的研究课题。本项目拟发展手性稀土金属有机配合物，特别是半夹心型含多齿配位性侧链的单茚手性稀土金属有机配合物，催化的多个不饱和键对氮氢键的不对称串联插入反应体系。通过研究配体中手性骨架的类型、取代基的电子和立体因素、中心金属离子半径等对催化活性和立体选择性的影响，期望筛选出高性能的催化剂，实现两个或多个不饱和键，如碳氮三键和碳碳双键等，对氮氢键的高对映选择性串联插入。该项目的成功实施将进一步拓展稀土金属有机配合物在不对称合成领域的应用，丰富稀土金属有机化学的研究，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

多个不饱和键对氮氢键的串联插入反应是构建广泛存在于天然产物和生物活性分子中的各种复杂含氮结构的一种高效、高原子经济性的方法。发展高对映选择性的这类反应是一个颇具应用前景又有一定挑战性的研究课题。本项目主要研究手性稀土金属有机配合物，特别是半夹心型含多齿配位性侧链的单茚（芴）手性稀土金属有机配合物，催化的多个不饱和键对氮氢键的不对称串联插入反应。该领域研究进展缓慢，零星报道仍集中于烯胺与腈的串联插入，对映选择性的反应仍未见报道。本项目拓展了稀土金属有机配合物在不对称合成领域的应用，丰富了稀土金属有机化学的研究。.我们的研究发现：（1）亚乙基桥联茚（芴）基-(1R,2R)-N,N-二甲基-1,2-环己二胺稀土配合物对多个不饱和键与氮氢键的串联插入反应没有催化活性；（2）亚乙基桥联茚基-(1R,2R)-N,N-二甲基-1,2-环己二胺稀土配合物可以有效催化烯键对氮氢键的不对称插入，对映选择性最高可达87% ee；（3）亚乙基桥联芴基-(1R,2R)-N,N-二甲基-1,2-环己二胺稀土配合物可以催化烯键对氮氢键的插入、高效催化酮的氰硅化反应，但都没有对映选择性；（4）三硅氨基稀土配合物和三烃基稀土配合物可以催化仲胺对2,2-二烃基-4-戊烯腈的串联插入反应，简单的脂肪族仲胺与2,2-二甲基-4-戊烯腈的反应在室温下、数小时内几乎定量完成；（5）三烃基稀土配合物对仲胺与2-烃基-4-戊烯腈的串联插入反应的催化活性更高，多数脂肪族仲胺与2-烃基-4-戊烯腈的反应在 ̶ 25ºC的低温下、2小时内几乎定量完成，trans/cis选择性大多超过90:10；（6）手性脒类化合物与三烃基稀土配合物反应，现场形成的手性脒基稀土配合物可以催化烯丙基苄基胺与苯甲腈的串联插入反应，对映选择性最高可达62% ee。.继续前一基金课题的研究工作：实现了四氢呋喃木酚素的高效、高选择性合成；实现了cis-2,3-二取代-1,1-环丙烷二羧酸酯的高选择性合成；Lewis酸催化环丙烷并γ‑丁内酯与杂联烯、氨茴内酐或醛/酮的环化反应，环丙烷并γ‑丁内酰胺与醛或醛亚胺的环化反应。丰富了D-A型环丙烷化学的研究。