手性甜菜碱类双功能基催化剂的设计合成及其在不对称亲电氰化反应中的应用研究

The cyano group is a valuable functional group in organic synthesis. Studies on how to introduce CN enantioselectively to prochiral organic compound possess importance. However, its introduce relying on catalytic asymmetric nucleophilic methods has been reported so much, catalystic asymmetic electrophilic version has not yet emerged. This research proposal aims at the development and understanding of asymmetric electrophilic cyanation reactions, based on investigations on literatures. Considering properties of selected substrate, cyanide source and their possible interaction model, design and synthesis of chiral ammonium betaine catalysts are taken as a primary task to generate diversely functionalized cyanides with high reactivities and ennatioselectivities. Moreover, with method of quantum chemistry, the transition states of both Re- and Si-face attacks will be optimized and the favorable transition state will be established through energy comparison. Generally,studies on catalytic asymmetric electrophilic cyanation will enlarge the application scope of cyanation, and reach a facile and efficient way to synthsis of chiral natural products and drugs.

氰基是一个重要的有机功能基团，在潜手性有机化合物分子中不对称催化引入氰基的方法具有重要的研究价值。人们对于不对称催化亲核的氰化反应已经进行了较多研究，但对不对称催化亲电的氰化反应尚未研究报道。在研究文献的基础上，本项目依据亲电氰化反应的底物、氰源试剂及其相互作用特点，拟设计合成双功能基甜菜碱类手性催化剂,以期实现高活性和高对映选择性的不对称催化亲电氰化反应，获得结构多样性的光学纯氰基化合物产品，认识手性产生的机制。利用量子化学的方法，优化计算反应Re面和Si面进攻的两种过渡态模型，通过能量对比建立能量优势的过渡态结构。通过不对称催化亲电的氰化反应研究，将进一步扩大氰化反应的应用范围， 为手性天然产物和药物的合成提供一条有效的途径。

氰基是一个重要的有机功能基团，在潜手性有机化合物分子中不对称催化引入氰基的方法具有重要的研究价值。人们对于不对称催化亲核的氰化反应已经进行了较多研究，但对不对称催化亲电的氰化反应尚未研究报道。.本项目通过催化剂的设计和反应条件的优化筛选，制备了一系列手性甜菜碱类分子内盐并应用于催化不对称二羰基化合物的亲电氰化反应。在-78℃下，以15%的催化剂用量，获得了高达98%的收率和大于90%ee的亲电氰化产品。.发展了烯醇硅醚PhIO/TMSCN的Umpolung氰化反应、三级胺的PIFA/TMSCN氰化反应、Fe(COO)2催化下的tBuOOH/TMSCN氧化二级胺、一级醇原位生成的亚胺氰化反应，以及ABX/TMSCN参与的N-烯基苯胺和邻烯基苯胺的环合氨氰化反应，分别获得一系列重要的β-羰基腈、α-氨基腈和β-氨基腈等产物。相关研究中包含了消旋体氰化产物的制备。.发展了以2-碘间苯二酚的（-）-乳酸乙酯衍生C2对称的芳基碘为催化剂催化二羰基化合物的不对称α位磺酰氧基化反应。在以往的研究中，采用酮作为底物进行α位二级碳的磺酰氧基化反应，因烯醇互变消旋导致对映选择性不高。采用1,3-二羰基化合物作为底物，由于双吸电子基的存在使得α位OTs取代物更易烯醇化，更易消旋，难以得到有效的对映选择性控制。在对此理解的基础上，我们制备了α位甲基化的1,3-二羰基化合物作为底物进行不对称催化α位磺酰氧基化反应，在对映选择性控制方面得到了有效的提高。