基于负离子键合策略的氧鎓和锍鎓中间体不对称氢化

In transition metal catalyzed asymmetric hydrogenation, the preparation of stable unsaturated substrates is a common practice. For the hydrogenation of unstable reaction intermediates, the traditional “substrate preparation-substrate purification-substrate transformation” pattern will not work smoothly. The hydrogenation of unsaturated intermediates is a less developed area and deserves investigation. This project will focus on the asymmetric hydrogenation of onium and thionium ions. In this scenario, however, highly reactive intermediates are in very low concentration in the system. The capture of the substrates therefore will become the key point. We plan to apply the strategy of molecular recognition and host-guest complexation to capture the intermediates, enabling this chemical transformation. A series of ferrocene-based bisphosphine ligand is designed, in which a thiourea moiety was incorporated. With these catalysts, we aim to realize the preparation of chiral ethers and thioethers with both high efficiencies and high enantioselectivities.

在传统的过渡金属催化的不对称氢化反应中，制备稳定的不饱和化合物是不对称氢化合成的前提条件。然而对于不稳定的化合物和中间体来说，传统氢化的底物制备——底物分离——催化反应的模式难以实现。基于活泼中间体的不对称氢化反应目前还处于一个研究很少的领域，本项目重点研究含有氧、硫的活泼中间体的生成和不对称氢化。由于具有较高的能量，不饱和中间体在体系中的浓度往往很低，对于低浓度反应底物的捕捉成为了一个很重要的课题。申请人计划将超分子化学中的分子识别和主客体结合的方法利用到不饱和活性中间体的捕获中，设计以二茂铁为骨架的含有硫脲等氢键供体的双膦配体，利用负离子键合策略，可以实现氧鎓离子和锍鎓离子的活泼中间体不对称氢化，为手性含氧、硫化合物的合成提供一条新的途径。此项目一方面扩展了合成化学和不对称催化的范围，另一方面可以应用于具有生物活性的手性小分子的合成中，具有经济意义。

在过渡金属催化氢化高速发展了二三十年的现在，得益于巨大的应用价值，这一方向依然是一个值得金属有机化学家和合成化学家探索的领域。相对于稳定的不饱和底物，针对不饱和活泼中间体的不对称还原具有广大的发展空间。本项目着眼于有机反应中的不饱和活泼中间体，并利用分子识别的策略实现活泼中间体的捕获和转化，以其达到传统过渡金属催化的均相氢化难以实现的反应。利用该策略，手性异色瞒、手性N,O-缩醛可以在酸性条件下通过不对称氢化反应高效制备（TON大于1000），并且得到了很高的对映异构选择性（绝大多数产物ee值大于95%）。本项目除了得到手性化合物的应用价值之外，还具有一定的理论价值：对于不饱和阳离子中间体的氢化涉及到了离子型氢化的概念，本项目实现了首例金属催化的离子型氢化，为后续研究打下了坚定的理论基础。