氢键导向的不对称氢甲酰化反应研究

The preparation of aldehydes by catalytic hydorformylation of olefins is a very important reaction, which has been applied widely in industry.Of particular importance is the asymmetric hydroformylation (AHF), which allows the transforamtion of cheap olefins into optically active aldehydes in one single step.In particular, AHF of functionalized olefins leads to the production of highly valuable multifunctional products, such as chiral amino alcohols, chiral diols, chiral amines, and amino acids/esters,which are important building blocks for many active compounds. However, it is still in its developing stage, it might be due to the coodination of functional groups to metal catalyst, which leads to its inactive. Based on previous research, this project will focus on the AHF of selected functionalized olefins catalyzed by metal catalysts and organocatalysts, which will be combined together with the catalysis and asymmetric induction directed by hydrogen bonding between the substrates and catalysts. It is expected to deliver novel, highly efficient,enantioselective and regioselective catalytic systems for AHF taking advantage of hydrogen bonding, chiral matching,structures and electronic effects.Furthermore,by elucidating the mechanism, the project will give a theoretic foundation for developing highly efficient catalysts not only for AHF but also for other reactions.

将烯烃氢甲酰化得到醛是一个非常重要并广泛被工业化生产的催化反应。其中最为重要的是不对称氢甲酰化反应，该反应可以从廉价的烯一步合成具有重要应用价值的光活性醛，具有广阔的商业价值和应用前景，特别是功能化烯烃的不对称氢甲酰化，其产物衍生物如手性氨基醇，手性二醇，手性二胺，手性氨基酸或酯等是重要活性化合物的结构单元。然而，针对官能化烯烃的研究还很处于初步发展阶段，可能原因在于其官能团参与金属的配位，导致催化剂失活。在基于前续研究基础上，本项目拟结合有机催化剂和金属催化剂，通过分子氢键来导向金属催化剂，以期应用于具有功能化烯类底物的不对称氢甲酰化反应，通过分子氢键类型，手性匹配原则，以及优化配体空间结构和电子效应，以期能找到高效，高立体选择性和高区域选择性的催化体系，在此研究的基础上，阐明反应机理，为进一步开发和设计有效的不仅能应用于不对称氢甲酰化反应，而且还能有效催化其他反应的催化剂提供理论依据。

官能化烯烃的不对称氢甲酰化反应是一类重要的有机反应，成功的例子并不多，为此，我们设计一些具有氢键功能的膦配体，想通过其氢键的手性诱导效应来实现该类底物的不对称氢甲酰化。在该研究背景下，一些含NH官能团的鳌合PNP配体合成出来，包括非手性与手性的PNP配体，并结合铑配合物开展了烯烃的氢甲酰化反应研究，不幸的是，该类型的催化剂完全不起作用，其主要原因可能在于铑与配体形成稳定的鳌合结构，配位数过于饱和，从而影响底物进行氢甲酰化反应，当我们应用该类配体与其他金属，如钌，对其他官能团进行氢化反应时，表现出较好的效果，开展的主要研究内容如下：一，一种Ru-PNP鳌合催化剂可以有效的实现α-酮酯的选择性氢化还原，通过调节不同的反应条件，可高选择性的得到相应的羟基酯或二醇化合物，强碱及高温有利于二醇的生成，从而提供了一种合成1,2-二醇化合物的有效方法。二：基于前述的研究工作，我们对亚胺酯化合物进行了氢化反应研究，我们发现，使用Ru-PNP鳌合催化剂，针对手性亚磺酰胺衍生的亚胺酯化合物可以实现高选择性的氢化反应，该反应具有操作简单，底物选择性广等特点，为手性氨基酸的合成提供一类新的简便方法。三：我们通过合成一类手性芳基平面的布朗斯特酸，开展了3-取代喹啉的不对称氢转移反应，提供了一条有效的路径合成手性3-取代四氢喹啉衍生物；四：我们以手性氨基酸为基础，合成了一类新的手性PNP配体，考虑到该类配体显著的鳌合作用和催化活性，我们开展了该类型配体结合钴金属参与酮的不对称氢化反应研究。我们的研究结果显示，使用简单的氯化亚钴为金属前体，在1%的催化剂和2%的三乙基硼氢化钠的作用下，可以实现高活性氢化还原苯乙酮底物，得到100%的转化和70%的对映选择性，为此我们对该类型的配体进行了衍生和扩展，目前仍在继续当中，初步的结果为我们建立构效关系打下坚实的基础。通过以上内容的研究，我们建立了PNP螯合型配体参与的高选择性氢化反应，为以后相关工作的开展提供了新的机会。