环状高碘化物开环合成阻旋手性分子的研究

Biaryl atropisomers represent an important class of chiral molecules, and they are widely present in natural products, ligands, and pharmaceutical molecules. However, the preparation of structurally diverse biaryl atropisomers under mild conditions is a significant challenge. In this proposal, we are going to prepare biaryl compounds bearing Ar-I functionality via the non-noble metal-catalyzed ring-opening reaction of cyclic diaryliodoniums. Two strategies would be adopted to realize this enantioselective transformation: non-noble metal (Cu, Co, Fe etc.)/chiral ligand system and chiral anion catalytic system. Different kinds of nucleophiles will be used in this project to test the generality of this transformation. They are N-nucleophiles (aniline, benzylamine, aliphatic)，O-nucleophiles (acids, alcohols, thiols), P-nucleophiles [HP(O)R2] and S-nucleophiles (benzenethiol, thioic acid). The merits of these proposal are of highly atom-economic and with mild conditions.

联芳基轴手性化合物是手性化合物中重要的一类，其广泛地存在于天然产物、配体、催化剂和药物分子结构中。目前，虽然已有一些很出色的方法制备这类化合物，但制备（特别是在温和条件下制备）高光学纯度的、结构多样的联芳基轴手性化合物仍极具挑战性。本项目希望通过环状高碘化物的开环反应来高效制备联芳基轴手性化合物，拟通过廉价金属（Cu、Co、Fe等）/手性配体以及手性阴离子诱导两个主要策略来实现轴手性的控制。拟考察的亲核试剂包括氮亲核试剂，如苯胺、苄胺、脂肪胺等；氧亲核试剂，如羧酸、醇、酚等；膦亲核试剂，如二取代膦氧化合物；硫亲核试剂，如硫酚、硫代羧酸等。相比于已有的一些合成联芳基轴手性化合物的方法，该方法有反应条件温和、原子经济性好等优点。

项目围绕环状高碘化合物的不对称开环反应展开，通过发展不同方法和策略实现其高对映选择性开环获得阻旋手性化合物；同时在此基础上发展了其他类型的环状化合物的不对称开环反应。具体如下：. （1）开发了基于铜催化的环状碘鎓盐的不对称开环策略，实现了联芳基轴手性碘化物高效、高选择性地合成，并详细研究了其催化剂体系、反应机理及反应动力学。在此基础之上，发展了多种不同类型的亲核试剂参与的开环偶联反应，实现了轴手性化合物的多样性合成。我们进一步发展了手性阴离子催化诱导的环状碘鎓盐的不对称开环反应，实现了大位阻苯胺衍生物参与的开环反应，并对其作用模式进行了研究。.在研究过程发现反应底物的扭转对底物活性有着较大的影响。我们研究了底物扭转与反应活性的关系，并通过计算化学测算了因扭转而产生的张力，提出了“扭转张力”促进环状分子开环的概念。. （2）基于“扭转张力促进的环状分子”开环反应的新概念，我们进一步开发了钯催化五元环状叔醇的不对称开环反应、铑催化碳-硅键的选择性断裂以及钯催化的五元环状硫鎓盐的不对称开环插羰反应等，高效合成了一系列多取代的官能团化联芳基轴手性阻旋分子。.总之，在本基金的资助下我们围绕扭转张力促进的不对称开环反应形成阻旋手性化合物开展了研究工作，取得了一些原创性成果，部分发表于国际知名期刊SCI论文共20篇，其中包括Acc. Chem. Res. 1篇，Chem 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 2篇，Nat. Commun. 1篇，ACS Catal. 1篇，Chem. Sci. 1篇等；同时也受到国内外同行的关注，受邀作报告多次。