钯催化不对称合成天然和非天然糖的方法学研究及其应用到天然产物的合成

The evolution of commercial chemicals follows the trend from petrochemicals, to fine chemicals, to agrochemicals, and finally to pharmaceuticals. At each level of this hierarchy, the molecules gain in molecular complexity and commensurably in cost. Catalysis plays a pivotal role in the conversion of chemicals from level to level. The use of homogeneous catalysts holds great potential to make these processes cheaper, safer and environmentally more benign. The application of these "atom economical" transformations should allow simple conversion of readily available bulk chemicals (e.g. furfural) to advanced chiral intermediates (e.g. carbohydrates). Proposed herein is a "soup to nuts approach" (petrochemicals to complex carbohydrates) that uses homogeneous asymmetric catalysis to install value (e.g. stereochemical functionality). In particular, we propose the use of transition metal (Rh, Fe, Ru, Pd, Os etc.) catalysis for several transformations (e.g. hydroacylation (Rh) or Friedel-Craft acylation (Pt), Noyori reduction (Ru), glycosylation (Pd), and dihydroxylation (Os)) to convert cheap commodity chemicals into stereochemically complex carbohydrates. Ready access to these new chiral furan alcohols 1.4 will allow for the syntheses of a diverse array of stereochemically complex oligo- polysaccharides with unnatural structural motifs.

化学发展经历了从石化到精细化工, 农药乃至现代制药行业.简化分子合成的步骤和降低成本是化学工作者一直追求的目标。均相催化剂的运用使大量有机化学转化更便宜、安全和环保，并且实现从糠醛到高等碳水化合物中间体的高效转化。本课题提出"soup to nuts (从头到尾)的方法"，通过利用均相不对称催化反应来改变化合物的立体化学功能等，实现从简单的化学原料到复杂的碳水化合物中间体的转化；计划利用过渡金属(铑、铁、钌、钯,锇等)催化的有机转化反应将简单易得的化工原料直接转化为复杂的具有立体构型的碳水化合物，包括利用从糠酮出发的呋喃醇来合成复杂的非天然手性寡/多糖化合物。

本科题通过“soup to nuts (从头到尾)的方法”，实现从糠醛出发到高等碳水化合物中间体，及最终的天然产物高效转化。不仅仅涉及到方法学的研究，还将其应用的天然产物的合成和生物活性的测试。通过Ru金属的催化的方法对需求量很大的呋喃酮合成做系统的研究，并有效利用Noyori还原和重排转化成相应的吡喃酮。通过对钯催化催化呋喃酮方法学的改进，我们发现乙烯基碳酸盐作为活化集团能够有效克服丁基醚副产品的产生，从而提高较大空间位阻对钯π-烯丙基醣化作用。利用钯催化的糖化反应，我们高效的合成合成非天然炭疽热三糖，二糖及其L-D-二糖衍生物，这些非天然多聚糖对炭疽热疫苗或炭疽热检查有着非常重要的应用价值。 最后我们将钯催化的糖化反应应用到Daumone系列天然产物及其荧光衍生物的合成上,并对这些化合物做结构活性相关研究。通过研究发现，末端带有不饱和烯烃结构的Daumone显示很好的dauer诱导效应。这部分 工作对抗衰老，肥胖，癌症有着非常重要的研究意义，特别是可能会产生新型抗线性虫类药物的问世。在此项目的支持下，我们发表了学术论文14篇。