手性钳形铱化合物的合成、负载化及其催化不对称卡宾插入反应

Rhodium-catalyzed asymmetric insertion of metal carbenes, in situ generated from diazo compounds, into the C-H bonds is one of the most efficient methods for the construction of C-C bonds and the C-H functionalization. The methodology has been successfully applied to the total synthesis of various pharmaceutical targets and natural products. Nonetheless, recent results suggested that Cu, even Fe and Ir-complexes could provide excellent stereoselectivities in some circumstances, showing much better performance than the Rh-complexes. Furthermore, compared with the great success in catalytic asymmetric C-H insertion reactions, transition-metal-catalyzed asymmetric heteroatom-H insertion reactions for the formation of carbon-heteroatom bonds are quite underdeveloped. In this project, several types of new chiral pincer iridium(III) complexes will be designed and synthesized. These complexes will be applied to catalytic asymmetric carbene insertion into C-H bonds and heteroatom-H bonds including Si-H, N-H as well as O-H bonds. The optimal pincer Ir-catalysts with high stereoselectivities will be obtained through appropriate choice of pincer ligand backbone, electronic and steric modifications of the pincer Ir-complexes as well as screening of the reaction conditions. Studies on the immobilization of the optimal Ir-catalysts will be carried out and the immobilized catalysts will be further used in the insertion reactions to achieve the recycling of the catalysts.

铑催化的卡宾对碳-氢键的不对称插入反应是构筑碳-碳键、实现碳-氢键官能团化的有效方法之一，已被成功地用于多种药物分子和天然产物的全合成中。尽管如此，近来的研究表明：铜、甚至铁和铱催化剂在一些反应中能够获得优异的立体选择性、其性能明显优于铑催化剂；而且，相对而言，过渡金属催化的卡宾对杂原子-氢键的不对称插入反应(生成碳-杂原子键)还比较少见。本申请项目拟设计合成几类新型的手性钳形铱(III)化合物，探索它们在催化不对称碳-氢键以及杂原子-氢键(硅-氢、氮-氢、氧-氢键等)插入反应中的应用，通过钳形配体骨架的选择、配体上取代基电子和立体效应的调控以及反应条件的优化，筛选出立体选择性高的钳形铱化合物催化剂，进行负载化研究并进一步用于不对称插入反应，以实现催化剂的回收和再利用。

过渡金属催化的卡宾对碳-氢键的不对称插入反应是构筑碳-碳键、实现碳-氢键不对称官能团化的直接和有效方法之一。本项目合成了一系列新型的手性双咪唑啉NCN钳形铱(III)化合物，研究了它们在催化芳基重氮乙酸酯或靛红衍生的重氮化合物参与的不对称C-H键插入反应中的活性和立体选择性，发现该类铱化合物在芳基重氮酯与1,4-环己二烯的不对称C-H键插入反应中表现出优秀的立体选择性，在芳基重氮酯与吲哚以及靛红衍生的重氮化合物与1,4-环己二烯的不对称C-H键插入反应中，表现出良好到高的立体选择性。此外，还合成了两类新型的非手性钳形钯(II)化合物，其中，PCN钳形钯化合物被用于催化芳基碘代物与唑类化合物的C-H键活化/芳基化反应、NCsp3O钳形钯化合物则被用于催化Suzuki偶联反应，均取得了良好的催化结果；合成了新型的咪唑啉-噁唑啉配体，考察了该类配体在钴(II)催化的2-乙酰基氮杂芳烃与β-CF3-β-苯基硝基烯烃以及β-CF3-β-(3-吲哚基)硝基烯烃的不对称Michael加成反应中的活性和立体选择性，均可以获得良好到优秀的立体选择性；合成了2-氨烷基苯并咪唑化合物(MBIPNH2)，探索了该化合物作为一种新型的、可离去的N,N-双齿导向基在过渡金属催化的C-H键活化反应中的应用，实现了该导向基辅助的、铜促进C(sp2)-H键硫醚化反应，特别是利用该导向基实现了首例Cu促进的、导向基辅助的烯烃(烯酰胺) C-H键的硫醚化反应；以2-(2-吡啶基)异丙基胺(PIPNH2)为导向基，首次以稳定易得的亚磺酸钠盐为磺酰化试剂，实现了镍催化的C(sp2)-H键的磺酰化反应；以吡啶为导向基，实现了锰催化的吲哚C2-H键与马来酰亚胺的共轭加成反应。