构象轴手性的系统研究

Axial chirality which was firstly recognized about one hundred years ago has received much attention from chemists because of their widespread appearance in natural products, biologically active compounds, and useful chiral ligands in asymmetric catalysis. The research of axial chirality focused on the efficient asymmetric construction of predominant axially chiral skeletons, the application of axially chiral compounds in organic synthesis and drug discovery as well as the discovering of novel potential skeletons bearing axial chirality. The emerging of novel excellent axially chiral skeletons usually caused the revolution and improvement of asymmetric catalysis. About forty years ago, senior chemists firstly noticed the axial chirality caused by restricted rotation of Csp3-Csp3. Recently several reports revealed that the rotation of Csp2-Csp3 can also be restricted in suitable structure. These excellent works demonstrated that the conformational axial chirality was possible. However, there is no any reported work involving the systematic recognition, asymmetric construction and application of conformational axial chirality. The conformational axial chirality equipped with the characteristics of chiral center and axial chirality has a great application potential in asymmetric catalysis and drug discovery. We will systematically study the chiral resolution, properties, enantioselective synthesis and application of the four types of conformational axial chirality. This research will afford novel chiral skeletons for asymmetric catalysts, organic synthesis as well as new development opportunity for axial chirality.

发现已有上百年的轴手性广泛存在于天然产物、生物活性物质和手性催化剂中，因而轴手性越来越受到化学工作者的重视。对轴手性的研究主要包括对轴手性骨架的高效不对称构建，对其在有机合成和药物研发领域的应用以及对新型轴手性骨架的探索。优异轴手性骨架的出现往往会引起不对称催化剂领域的变革和提升。四十年前，人们首次注意到了Csp3-Csp3阻转引起的轴手性现象，近年来报到的两篇文章又确认了Csp2-Csp3在合适的结构中的阻转现象。这些都是构象轴手性的范畴，但是目前对这个概念的系统认知和相应化合物的不对称合成以及应用仍是一篇空白。同时具备中心手性和轴手性特征的构象轴手性因其独特的性质有着巨大的潜在应用价值。我们将通过对四类构象轴手性进行合成拆分、性质研究、立体选择性合成和转化应用等方面来对构象轴手性进行系统研究。希望构象轴手性的研究能够为手性催化剂和化学合成提供新的骨架结构，并为轴手性的发展提供新的契机。

阻转异构现象作为手性现象的一种，广泛的存在于天然产物、生物活性物质和手性催化剂中，联芳基轴手性由于其优越的性质得到了化学工作者的广泛关注并得到了深入的研究。随着不对称催化的发展，对新型手性骨架的需求也日益提高，优异轴手性骨架的出现往往会引起不对称催化领域的提升甚至变革。因而我们将目光锁定在拓扑结构特殊的Csp3阻转引起的手性现象，并对其性质和可能的应用进行了深入的分析和研究。我们初步得到的产物的Aryl-Csp3单键在室温条件下能够旋转，无法得到稳定的构象轴手性结构。我们设计了结构更复杂的大位阻分子，并且为解决这类结构的合成问题，秉承自由探索的精神，将工作重点调整为对全新有机催化体系的研究。烯烃的功能化有望构建超大位阻的季碳中心，轴手性烯烃的功能化有望构建轴手性稳定的构象轴手性分子。最终我们开发出了炔烃的有就催化不对称功能化和相转移催化烯胺N体系用于高效构建轴手性苯乙烯。后续研究表明轴手性苯乙烯可作为多用途手性分子，在手性保持的前提下构建多种类型的手性分子，并且可以作为多种不对称催化反应的高效轴手性催化基或配体的优秀骨架。相关工作分别在化学领域顶级期刊Nature Catal.和Angew. Chem. Int. Ed.发表了两篇致谢该基金号的高水平研究论文。在本项目的支持下，基于新提出的共轭能量转移策略，借助有机催化，首次实现了普通苯环的位置选择性C-H不对称功能化这一突破性的成果。该催化体系具有广泛的底物实用性，并实现了传统需过渡金属催化才能实现或仍未实现的定点芳基化产物，将极大的推动有机催化的发展。相关工作在化学领域顶级期刊Nature Chem.发表了一篇致谢该基金号的高水平研究论文。这些新催化体系在构象轴手性构建中的应用研究正在进行中。