新型手性铁络合物催化的不对称卡宾转移反应研究

铁价格便宜，环境友好，是最理想的过渡金属催化剂。但是目前铁催化的不对称反应类型少，对映选择性低，亟待深入研究。发展新型手性铁催化剂和铁催化的不对称反应是铁催化反应研究的核心问题，具有重要的科学意义。本项目在成功实现铁催化卡宾对O-H键的高对映选择性插入反应的基础上，拟对铁催化不对称卡宾转移反应进行深入研究。一方面，以发现新反应性为目标，发展新型铁催化不对称卡宾转移反应，实现其高对映选择性转化。另一方面，以创造新催化剂为目标，结合对铁卡宾反应规律的认识，发展新型高效的手性铁催化剂。该项目针对铁催化反应研究的核心问题，以发展新催化剂和新反应为目标，它的实施将对发展手性铁催化剂和铁催化的不对称卡宾转移反应起到重要的推动作用。

过渡金属催化的卡宾转移反应能够方便地从简单的原料出发合成复杂的分子，一直是有机化学的重要研究课题。本项目针对该领域的核心科学问题，从发展新型卡宾转移催化剂，特别是基于铁或铜等廉价金属的催化剂出发，深入系统地研究了一系列卡宾转移反应，主要取得了如下成果：发展了一类新型手性铁催化剂，首次实现了铁催化不对称分子内环丙烷化反应，并进而实现了对吲哚衍生物的分子内环丙烷化反应，均获得了很高的对映选择性，高效构筑了具有多环结构和连续全碳季碳手性中心的复杂分子。发展了一类新型手性螺环双噁唑啉和铜的络合物催化剂，并使用该催化剂成功实现了α-烷基取代-α-重氮酸酯对芳胺N–H键的高对映选择性插入反应，为多种手性α-氨基酸衍生物的合成提供了有效方法；机理研究表明该催化剂具有独特的双核结构，使其能够和叶立德中间体紧密结合，实现反应的不对称诱导。发展了新颖的手性质子梭催化剂，实现了α-烯基重氮酯卡宾对酰胺N–H键的不对称插入反应，α-重氮酮卡宾对N–H键的不对称插入反应，α-重氮酯卡宾对S–H键的不对称插入反应，和卡宾的不对称芳基化反应等重要的、又富有挑战性的不对称反应，为一系列重要手性砌块的合成提供了高效、高选择性的新方法；这些研究揭示了卡宾转移反应中活性中间体质子转移的规律，表明手性质子梭可以通过对多种反应活性中间体质子转移过程的催化，实现反应的不对称诱导，在催化以质子转移为立体化学决定步的有机合成反应中具有独特优势和广阔的应用前景。项目还发展了一种Lewis碱活化硼烷的新方法，通过提高硼烷的电负性，使得其能够和缺电子的Fischer卡宾发生反应，首次实现了卡宾的催化硼氢化反应，并使用手性螺环双噁唑啉配体实现了反应的不对称诱导，为有机硼化合物提供了新的高效合成方法。项目成果推动了过渡金属催化卡宾转移反应的研究进展。