新型手性含氮大环分子的不对称催化合成及在不对称催化反应中的应用

The design and synthesis of novel chiral ligands is the core research in the field of asymmetric catalysis. Due to the unique chemical and physical properties and rich metal coordination sites, the chiral macrocycles have emerged as a frontier and evolved into a hot topic of asymmetric catalysis in recent years. Now, it is highly desirable to develop new types of chiral macrocyclic ligands for asymmetric catalysis with high efficiency and high enantioselectivity. Unlike the traditional methods for the synthesis of chiral macrocycles, in this project, we will develop a new strategy for the design and synthesis of a novel series of chiral macrocyclic molecules via catalytic asymmetric hydrogenation. Moreover, the “macrocyclic effect” of achiral macrocycle substrates in asymmetric hydrogenation reaction will be studied. The synthesized chiral macrocycles will be characterized by using various instrumental techniques. Then, the synthesized chiral macrocyclic ligands will be utilized in enantioselective catalysis and nanocatalysis. In addition, the relationship between the structure of tunable chiral macrocyclic catalysis and the catalytic property will be systematically investigated. This research will further open up a new avenue for the fabrication and development of novel chiral macrocyclic ligands and promotes the development of supramolecular chemistry and asymmetric catalysis.

新型手性配体的设计合成是不对称催化研究的核心内容。近年来，手性大环配体由于其独特的化学特性和丰富的配位化学性能，引起了从事不对称催化合成工作者的广泛研究兴趣。发展一类全新骨架的、具有优异催化性能的手性大环配体分子一直是不对称催化研究的重要挑战。针对这一挑战性难题，本项目将突破传统手性大环分子的设计合成思路，拟建立与发展一种高效和实用的不对称催化氢化合成手性含氮大环化合物新策略，方便快捷地构筑一类结构新颖的手性含氮大环化合物。并系统研究非手性大环底物的“大环效应”在不对称氢化反应中的影响，揭示和总结出其影响规律和构效关系。在此基础上，详细研究所合成的手性含氮大环分子作为配体在不对称催化反应中的应用。此研究不仅为新型手性大环分子的构筑提供新的策略和途径，也为手性大环配体的设计拓展了思路，促进超分子化学和不对称催化研究的发展。

发展一类全新骨架的、具有优异催化性能的手性大环配体分子一直是不对称催化研究的重要挑战。本项目以手性含氮大环化合物的不对称催化氢化合成及其在不对称催化反应中的应用为研究目标，以邻菲罗啉和喹啉为骨架，理性设计合成三类总共18种不同类型和电子效应的非手性和手性多氮大环化合物，并详细研究了其不对称催化氢化性能、金属配位和不对称催化性能，该研究具有很重要的意义，为新型手性大环分子的构筑提供新的策略和途径。此外，针对目前含多个芳杂环的芳香化合物的不对称氢化的巨大挑战性，本项目以手性二胺金属配合物为催化剂，成功实现了几类挑战性多元含氮芳香杂环衍生物，包括8,8´-联喹啉衍生物、喹喔啉酮和喹唑啉酮衍生物、三联和四联吡啶衍生物的高效、高对映选择性催化氢化，并进一步拓展至9-菲酚的直接不对称氢化反应。同时，详细研究了催化反应的机理并提出了过渡态模型。该研究为多类手性含氮化合物、手性多氮配体和手性含氮卡宾配体的合成提供了快速高效的新方法。