碳-硅键断裂参与的对不饱和键的不对称反应研究

Carbon-silica bond cleavage plays an important role not only in organic synthesis, but also in drug modification and material development, since these silica substrates usually possess attractive features, such as readily available, easy to activate, stable in air, and reactive under mild reaction conditions. However, the research of C-Si bond cleavage typically focuses on cross-coupling reactions and racemic addition on unsaturated bonds. There is a great demand on development of the enantioselective transformations. This project focuses on exploration of asymmetric reactions with imines, α,β-unsaturated ketones and amides, olefins, and allyl electrophiles involving C-Si bond cleavage. Firstly, the transformations involving C-Si bond cleavage will be extended by the investigation of the synthesis of new type of Csp3-Csp3 bond. Secondly, the research of construction of new type of chiral carbon centers will provide new asymmetric synthetic routes for chiral molecules. In academic research, the results of this project will help us understand the mechanism of C-Si bond cleavage, the properties of C-Si bond transformation, and the control of enantioselective synthesis. Moreover, this project will afford powerful synthetic tools for transformation of silanes, modification of drugs, and development of new materials.

碳-硅键断裂反应不但是有机合成中的重要工具，还在药物分子修饰、材料改良中发挥重要作用，这是因为碳-硅键断裂前体一般具有易制备、易活化、常温空气中稳定、反应条件温和等优点。但是目前烷基碳-硅键断裂反应研究主要集中在偶联反应和对部分不饱和键的非不对称加成中，其参与反应的类型和不对称合成方法都亟待拓展。本项目主要研究碳-硅键断裂产生的碳自由基对亚胺、α,β-不饱和酮或酰胺、杂环取代的烯烃、烯丙基亲电试剂等不饱和键的不对称反应。本项目一方面通过碳-硅键断裂构建系列新型的Csp3-Csp3键，拓展其参与反应的类型；另一方面通过碳-硅键断裂构建系列新的手性中心，丰富碳-硅键断裂参与的不对称合成反应。本项目的研究不但能在理论研究上提供碳-硅键断裂的方式、转化性质以及手性中心控制等理论成果，还能在实际应用中为含硅化合物转化、含硅药物的修饰、含硅材料的改性提供强大技术的手段。

本项目针对目前碳-硅键断裂参与的反应类型较少，其不对称合成更鲜有报道的问题，计划进行碳-硅键断裂生成的碳自由基对亚胺、α,β-不饱和酮或酰胺、杂环取代的烯烃、烯丙基亲电试剂等不饱和键的不对称反应研究。在项目执行中，我们对苄基硅烷、二（邻苯二酚）硅酸盐与亚胺和各类烯烃的不对称加成反应进行了各种反应尝试。但对反应机理及控制实验的研究表明，在没有手性催化剂存在下，自由基对烯烃或亚胺加成的背景反应较高，因而难以实现加成反应中的立体选择性控制。但基于我们在原料合成和反应尝试过程中的意外发现，发展了（1）在无需过渡金属参与下，从苄胺出发高效合成苄基硅烷及苄基硅基硼酸酯；（2）光催化下，磺胺作为新型的、可修饰性强的磺酰基源对芳基硼酸、烯烃、苯胺的磺酰化合成二芳基、芳基烷基砜类化合物；（3）光催化下，磺酰氟在水相中对芳基硼酸的磺酰化反应绿色合成二芳基砜类化合物。. 以上合成体系的研究探明了季铵盐的新型反应机制；阐释了磺胺、磺酰氟等新型可修饰的磺酰化试剂的反应体系、应用范围；揭示了光催化剂与磺胺等反应底物之间的单电子转移、电子供受体复合物等关键机理的控制因素。这些成果将为更加深入研究季铵盐的新合成体系、磺胺和磺酰氟作为新型磺酰化试剂更广泛的应用奠定了坚实的基础。此外，对传统方法难以合成的复杂化合物的合成研究展现了这些方法在合成化学上的巨大应用潜力。对所合成砜类化合物库的抗肿瘤、抗菌研究表明了其在新药研发上的潜在价值。