手性硼催化研究

Since the discovery of the hydrogen splitting reaction promoted collaboratively by a borane Lewis acid and a Lewis base, studies of borane catalysis have attracted tremendous attention. Asymmetric borane catalysis is an important research subject. However, due to the low stability of the borane species and the difficulty with their preparation, the chemistry remained underdeveloped. Recently, we developed a new class of chiral bicyclic bisborane catalysts. These catalysts can be prepared in situ, and have shown excellent activity and selectivity in the hydrogenation reactions of imines and quinolines. In this proposal, we plan to develop more new catalysts. And then, we will test several very challenging substrates for asymmetric reduction and addition reactions. At the same time, we will try to develop new asymmetric reactions using chiral borane catalysts.

随着含硼路易斯酸与路易斯碱协同裂解氢气的活性被发现以来，硼路易斯酸催化重新受到化学界的广泛关注。其中，使用手性硼路易斯酸催化剂诱导不对称有机化学转化，是该领域的重要研究方向。然而，由于硼路易斯酸稳定性较差，增大了合成催化剂的难度，限制了新催化剂的研发及后续反应研究。我们近期发展了手性双环双硼催化剂，该类催化剂可以现场制备，避免了硼化合物的分离纯化难题，它们在亚胺和喹啉的氢化反应中表现出很高的活性和对映选择性。我们拟在该研究基础上，开发更多新催化剂。然后，尝试使用硼催化剂，解决高难度底物的不对称转化，同时，发展硼催化的新不对称反应。

项目立项时，手性有机硼催化剂的研究较为冷门，催化剂结构也很少，催化的反应类型主要局限于氢化和硅氢化反应，而且，催化转化数普遍较低。通过三年来在该方向上的研究工作，我们已建立了具有课题组标志性的手性双环双硼催化剂体系。由于较强的路易斯酸性和结构刚性，这个催化剂体系表现出独特的催化活性，不但可以催化氢化和硅氢化反应，而且，可以催化负氢转移、环加成、羰基化合物转化等反应。这些工作创新性和系统性强，为后续发展新型手性硼催化剂和不对称催化反应奠定了基础。在项目资助下，共发表高水平论文16篇，包括：4篇J. Am. Chem. Soc.、4篇Angew. Chem. Int. Ed.、2篇ACS Catal.和1篇Chem. Sci.，授权4项中国专利。项目负责人王晓晨2019年获得首届“科学探索奖”，2021年获Thieme Chemistry Journals Award和“中国化学会黄耀曾金属有机化学青年奖”。综上所述，我们很好地实现了项目目标。