可见光催化剂与有机分子协同作用下的不对称SP3 C-H活化反应研究

Asymmetric reaction for the synthesis of chiral compounds by cooperative organocatalysis and visible-light photocatalysis is a new way to use solar energy. In this project, a series of electron-rich organic ligands will be designed for the formation of copper, iron and other cheap transition-metal complexes to be used as visible-light photocatalysts. These new materials should have stable chemical properties，long excited-state lifetime as well as high redox potential. Through the combined use of organic small-molecule chiral catalysts (such as chiral amines and thioureas) and the as-designed metal complexes, a dual catalytic system can be established. The objective is to combine photocatalytic activation of sp3 C-H bond together with asymmetric induction to substrates or activated intermediates. The performance of this metal complexes/chiral molecules system will be evaluated over selected organic reactions of asymmetric nature, and the related mechanisms studied. On this basis, commercial conjugated macromolecules with wide spectral response range will be adopted together with selected chiral organic molecules for the generation of this class of bifunctional catalysts. It is envisaged that a green technology based on organocatalysis and visible-light-induced photoredox catalysis will be developed for efficient synthesis of asymmetric organic compounds.

利用可见光催化协同手性诱导的不对称催化反应不仅为太阳能的有效利用提供了新途径，也为手性物质的合成提供了新方法和手段。. 本项目拟设计系列富电子的有机配体，与廉价易得的铜、铁等过渡金属形成配合物，获得稳定性好、激发态寿命长和氧化还原电位高的新型可见光催化剂。通过与手性有机分子（如手性胺、硫脲类化合物）组合，构建金属配合物/手性分子共催化体系，将过渡金属配合物光催化剂对底物分子SP3 C-H键的活化作用与手性分子对底物分子或活化中间体的不对称诱导作用结合起来，研究催化剂性能，探讨反应机理。在此基础上，选择光谱响应范围较宽的大分子共轭物质作为光敏剂，与手性有机分子构成双功能光催化剂，研究它们的应用性能，进一步为不对称催化反应提供新的高效绿色催化技术。

在国家十四五规划强调碳达峰和碳中和的背景下，可见光催化作为一种可持续的低碳技术，可在温和条件下解锁传统策略无法实现的化学反应。近年来,可见光催化作为推崇的绿色高效合成策略已经成为合成化学领域中最有力的工具之一，同时也为手性物质的合成提供了新方法和手段。.本项目拟设计系列富电子的有机配体，与廉价易得的铜、铁等金属形成配合物，获得稳定性好、激发态寿命长和氧化还原电位高的新型可见光催化剂。研究其催化剂性能，探索其作为光敏剂在SP3C-H官能化反应中的应用。发展了大分子共轭有机染料光催化体系，分别实现了芳胺类化合物的直接SP2C-H硫氰基化反应以及苯并三氮唑的新型脱氮自由基C-N偶联反应和喹喔啉-2-酮SP2-C-H/N-H交叉偶联等反应，为新型的杂/芳环衍生物的绿色高效合成提供了新的途径。在此基础上，进一步探索可见光催化的新方法和新策略，成功开发可见光介导碘催化的新型自由基串联环化反应。同时，开发有机小分子催化的不对称合成新反应和新方法，为构建重要的手性季碳中心提供新策略。在此基础上，进一步发展有机小分子催化剂与其他催化体系的协同催化体系，为催化不对称合成重要手性化合物提供新的高效绿色催化技术。