氮杂环卡宾与可见光协同催化的不对称自由基反应研究

Radical reactions are widely used as an efficient method to construct chemical bonds in the synthesis of structurally complicated molecules including natural products. However, as the formation of radical intermediates usually need harsh conditions such as high temperature, ultraviolet light and so on, the control of enantioselectivity in radical reactions is typically not easy. In this project, we are trying to combine both advantages of N-heterocyclic carbene (NHC) catalysis and visible light catalysis to establish an NHC-visible light cooperative catalysis system, in which the structural rigidity of the NHC catalyst may induce chirality effectively, and the visible light catalyst may transfer single electron under mild conditions. Then we will use these NHC-visible light cocatalyzed radical reactions to achieve the enantioselective synthesis of useful molecules which cannot be prepared under known procedures. The establishment of such a novel cooperative catalysis system not only simply broaden the application scope of NHC catalysis, but also for a better use of the abundant and environmental benign visible light energy, and for the sustainable development of asymmetric catalysis.

自由基反应作为一种构建化学键的有效方法，被广泛应用于复杂分子和天然产物的合成之中。然而，由于形成自由基中间体的反应条件一般比较苛刻（如需要高温，紫外光照等），因此通常来说自由基反应的对映选择性控制会比较困难。本项目拟将氮杂环卡宾催化与可见光催化各自的优点有机地结合起来，通过具有刚性骨架的氮杂环卡宾催化剂有效传递手性，通过可见光催化剂在温和条件下实现单电子转移，来建立一个全新的氮杂环卡宾与可见光协同催化的体系，并将新开发的不对称自由基反应应用于某些使用已知方法无法构建的有用分子的对映选择性合成。建立这样一个协同催化体系不仅可以进一步扩大氮杂环卡宾的应用范围，而且可以更充分地利用自然界中丰富清洁的可见光资源，为进一步实现不对称催化的可持续发展打下良好的基础。

氮杂环卡宾（NHC）作为一类具有独特反应活性的有机小分子催化剂，近年来被广泛应用于各种具有复杂结构化合物的不对称催化合成。在本项目中，我们利用NHC可以与羰基化合物结合生成烯醇负离子（enolate），高烯醇负离子（homoenolate）和酰基负离子（acyl anion）等多种活性中间体的特点，先后发展了多个具有高区域、高立体选择性的化学反应：（1）开发了NHC催化的饱和脂肪醛与各种亲电试剂的不对称[2+2]、[2+3]、[2+4]和[2+8]环加成反应，制备了一系列具有潜在生物活性的杂环化合物；（2）发展了1-羟基苯并三唑辅助的NHC催化的饱和羧酸酯与靛红的不对称[3+2]环加成反应，合成了一系列手性的吲哚酮螺γ-丁内酯类化合物；（3）实现了NHC催化的饱和脂肪醛与靛红的化学和对映选择性安息香缩合反应，生成了一系列手性的3-酰基3-羟基吲哚酮类化合物。本项目发表了SCI论文10篇，授权发明专利1项，毕业硕士研究生2名。该项目的顺利开展进一步拓宽了NHC催化的应用范围，为以后更深层次的研究奠定了良好的基础。