基于碱基类似物自组装胶束的杂合手性催化体系设计及性能评价

High stereoselectivity products can be obtained through asymmetric catalytic reactions. It is very important for the development in the fields of chemistry, material science and medicine. More attention in organic chemistry has focused on the building and improving of asymmetric synthesis technology, and it will be a long-time research goal. Biomacromolecule-based chiral hybrid catalytic system opens new perspectives for development of asymmetric synthesis. Based on previous research, we here attempt to build a new chiral scaffold using small molecule self-assembly system instead of traditional double-stranded DNA as scaffold, and then metal catalytic ligands are hybridized to self-assembly with multiple modes. Subsequently, these catalytic system are evaluated by general asymmetric reaction. Self-assembly system with possible "chiral responsive" make it possible to selectively obtain enantiomer in the same catalytic system. This proposal expands the research method of hybrid chiral catalytic reagent, and also provides new methods and strategies for future development of simple, efficient and green asymmetric catalytic system.

不对称催化有机反应获得高立体选择性产物，在化学、材料学和药学等学科发展中具有十分重要的地位。建立和完善不对称合成技术是有机化学领域长期关注的重要问题和研究目标。以生物大分子为手性支架的杂合催化体系的建立，为不对称合成的研究发展开辟了新的方向。本项目基于前期研究基础，首次尝试以碱基类似物小分子自组装体系替代传统的双链DNA大分子支架，与金属催化配体以插入、嵌入和无配体等多种模式杂合，构建一类具有新型支架结构的杂合手性催化体系，并评价不对称催化效果。探索以可能存在“手性响应性”自组装体系为为分子支架，实现同一催化体系下选择性获得不同对映体的可行性。项目拓展了杂合手性催化试剂的研究思路，对未来发展简便、高效和绿色的不对称催化体系提供新方法和新策略。

不对称催化是有机化学中的重要研究内容，在药物合成，材料生产等领域具有广泛的应用，丰富和发展手性催化剂的研究具有十分重要的现实意义。利用生物大分子的手性结构构建杂合手性催化体系已被证明是现实可行的，其不仅可以实现高效的不对称催化活性，同时催化条件十分温和，反应大多可在水相中进行，更加绿色环保和经济。进一步丰富和发展新型的杂合手性催化体系不仅可以进一步拓展杂合催化剂的研究内容，更具有十分广阔的应用前景。本项目首次建立了一系列基于碱基类似物及鸟苷超分子组装体，并筛选出性质稳定，寿命长，手性信号明显的超分子手性催化剂，丰富了超分子手性催化的研究内容，进一步揭示了可能的催化机理。. 研究首先将等摩尔的三聚氰胺或巴比妥酸与D-核糖-5-磷酸二钠盐溶于水中自发形成核苷酸，再将两者混合通过调节pH得到了稳定的自组装体系。通过NMR、CD、TEM和AFM等一系列手段对其结构进行表征。结合多种配体来催化不对称的Dields-Alder反应和Friedel-Crafts反应来评价其催化性能。此后尝试了利用三聚氰酸-N-己酸衍生物与2,4,6-三氨基嘧啶构建出的自组装体系进行不对称反应，获得了较为温和的催化结果。随后，我们继续尝试了其他水凝胶体系。将鸟苷和等摩尔量的硼酸钾结合，制备了新型鸟苷硼酸酯水凝胶GBG，并通过各种检测方法对其进行表征，同时将GBG水凝胶作为手性支架与Cu2+共同构建杂合催化体系，催化Friedel-Crafts反应，得到了较好的ee值，最高可达到44.6%。对机理进行分析发现，硼酸酯单元是实现立体选择性催化的重要结构。该项目拓展了杂合手性催化体系的研究内容，为设计更加高效、选择性更好的手性催化体系提供了重要的理论经验和实验支持。