基于氢键活化环氧化物的不对称开环反应研究

手性合成在有机合成化学中占有重要地位，本项目拟利用离子液体特殊的结构可调性，对其进行修饰并合成含单氢键给体和含双氢键给体模型的功能化手性离子液体。同时，研究不同模型功能化手性离子液体的催化性能，结合它们在环氧不对称开环反应中的催化效率，本项目拟利用功能化手性离子液体对环氧化物的活化作用及其形成的有效手性环境来控制不对称开环反应的区域选择性和立体选择性，进一步探讨功能化手性离子液体氢键活化环氧化合物的催化机理。根据功能化手性离子液体的催化特性，将其应用于药物及中间体合成，以提高反应的立体选择性、收率等，使原子利用率达到最大化。通过本项目的实施，可大大丰富手性催化剂的种类，同时也丰富和发展了药物合成新方法，促进不对称催化合成化学的发展，进一步拓宽有机催化的研究领域。

本项目获国家自然科学基金（No. 21072153）资助后，研究小组在手性催化剂的设计、合成、结构与性能研究基础上，开展了含氢键给体的手性催化剂促进的不对称新反应研究工作，旨在发展一些高选择性的不对称新反应。通过项目组的共同努力，目前已取得了系列创新性研究结果。具体来说，我们首先通过合理的设计并合成了一系列新型含氢键给体的手性催化剂，主要包括含双氢键给体的手性硫脲化合物和含氢键给体的手性氨基酸及其衍生物，并进行结构的表征。接着，基于不对称有机催化策略，将这些手性催化剂应用于含有季碳中心的手性氧化吲哚类化合物和天然产物Phaitanthrin A及其类似物的合成：（1）基于叔胺催化酮类化合物形成烯醇负离子中间体机理，实现了含氢键给体手性叔胺硫脲催化的甲基炔酮和靛红在水相条件下的不对称直接aldol反应，以中等到良好的收率和对映选择性得到3-烷基-3-羟基吲哚啉-2-酮化合物类目标产物；（2）基于含氢键给体手性硫脲双氢键活化机理，实现了3-位单取代的氧化吲哚和贫电子炔酯的不对称加成反应，高Z/E选择性和高立体选择性的得到了3-位含有多取代烯烃的手性氧化吲哚衍生物。该类产物在简单反应条件可顺利的转化成其他高光学活性的手性化合物，如手性氨基酸衍生物等，进一步体现了其合成应用价值；（3）基于含氢键给体手性硫脲双氢键活化机理，实现了以靛红为亲电试剂的1, 3-二羰基化合物区域选择性逆转的不对称aldol反应，高收率和立体选择性合成了一类新型的氧化吲哚分子，该产物方便的转变为含季碳的螺环骨架的氧化吲哚化合物；对1, 3-二羰基化合物发生区域选择性逆转的aldol反应的机理进行了核磁实验的探究；（4）基于氨基酸盐催化酮类化合物形成烯胺中间体机理，实现了酮类化合物与Tryptanthrin的不对称直接aldol反应，高收率和立体选择性合成了天然产物Phaitanthrin A及其类似物。值得一提的是，当反应做到克级时，反应收率和立体选择性仍能保持，因此，该方法可以非常方便地合成克级规模的天然产物Phaitanthrin A。此外，我们还开展了过渡金属催化系列偶联反应，实现了 3-芳基-3-羟基氧化吲哚、2-芳基吡啶、喹唑啉并喹唑啉酮、邻氨基苯甲酸酯、非对称二芳基醚、二芳基酮和肉桂酸酯类衍生物的合成研究。