新型手性氮杂环卡宾的设计、合成及催化应用研究

过去二十年中，氮杂环卡宾化学逐渐成为有机化学研究的一个重要领域，尤其是手性氮杂环卡宾化学正处于一个快速发展的阶段。本项目在课题组的相关工作基础之上，结合当前国内外手性氮杂环卡宾的研究发展趋势，设计了几类含二茂铁骨架的平面手性氮杂环卡宾衍生物。拟在合成上述平面手性氮杂环卡宾衍生物的基础上，探索该类手性氮杂环卡宾作为有机催化剂在有机合成反应中的立体选择性。此外，申请项目还设计将两个相同氮杂环卡宾结构引入到同一分子中，从而合成新颖的 "pincer"类型和双齿鳌合型手性氮杂环卡宾衍生物，进而研究它们作为配体在过渡金属催化的有机合成反应中的立体选择性。通过设计合成上述几类手性氮杂环卡宾衍生物，研究它们作为手性有机催化剂或手性配体在有机合成反应中的立体选择性能，对于拓展氮杂环卡宾化学领域的研究具有重要的理论意义和创新价值。

氮杂环卡宾化学，尤其是手性氮杂环卡宾的设计、合成及不对称催化反应研究为近年来有机化学研究中的一个热点。研究课题开展了以下研究：（1）设计合成了几类平面手性氮杂环卡宾衍生物，对这些氮杂环卡宾催化剂进行了不对称催化反应研究；（2）设计合成了三类基于1,3-间二取代苯基（包括2,6-二取代吡啶基），1,1′-联苯-2,2′-双取代，1,1′-双取代二茂铁基的双咪唑啉氮杂环卡宾配体，研究了它们有关过渡金属配合物的合成方法，探索了它们作为配体在部分有机反应中的不对称催化活性。在不对称安息香缩合反应中，发现具有二茂铁并六元环系的氮杂环卡宾(up to 76%ee)相比五元环系衍生物（18-29%ee）具有更高的不对称催化活性；其中在六元环系中具有杂原子(49-72%ee)和全碳类似物(58-76%ee)具有接近的不对称催化性能。研究发现化合物II（Ar = Mes）对于1-取代吲哚分子内环合合成相应的6,7,8,9,9a,10-六氢吡啶[1,2-a]并吲哚(吡咯)骨架结构化合物具有较好的催化活性，产物trans/syn最高达25:1，其中trans式产物的ee值最高达74%。使用零价金属钯结合类型II氮杂环卡宾衍生物为催化剂，在催化由水杨醛衍生的底物进行分子内的烯丙基氢酰化反应合成3-烯基取代的苯并4-吡喃酮反应中具有较好的不对称催化活性（最高可达到85%ee）。研究课题在研究1,3-双三氮唑并吗啡啉氮杂环卡宾铜配合物合成方法过程中，首次发现在等当量水存在下，二价铜盐可以有效催化体系中卡宾与水进行的插入反应生成的加和物，从而获得相应的卡宾碳被氧化的羰基化合物，这一现象在三唑类氮杂环卡宾中尚未有文献报道。这一发现对于研究卡宾的稳定性，以及与过渡金属形成配合物的机理研究具有重要的意义，目前研究课题正在这一方面进行深入的研究。研究工作使用手性双氮杂环卡宾VI-a为配体，探索了它们在钯催化的分子间不对称烯丙基烷基化反应中的不对称诱导活性（Ar=2-联苯取代基（n=1，R = H），产率83%，up to 87%ee）。研究工作使用手性双氮杂环卡宾VI-b金属铑配合物为催化剂，探索了它们在酮不对称硅氢化反应中不对称催化性能（Ar=2-异丙基取代基，产率90%，up to 47%ee）。目前，进一步优化相关的反应条件以及探索底物规模的研究工作仍在进行中。