惰性唯金属手性八面体铱（III）配合物作为不对称Brφnsted碱催化剂的应用研究

This project will focus on investigation of the use of inert chiral-at-metal octahedral metal complexes as templates for the design of asymmetric catalysts, in particular, chiral Br?nsted base catalysts. In this concept, the metal fulfills a purely structural role, in which catalysis is mediated through functional groups properly arranged in the three-dimensional ligand sphere of the inert metal complexes.The basicity of the complexes will be derived from a coordinated, deprotonated basic ligand such as 5-amino-3-(2-pyridyl)-pyrazolato and its basicity will be tuned by additional substituents.Catalytic reactions such as asymmetric Mannich reactions, Michael reactions, conjugate additions of heteroatom nucleophiles and so on will be investigated. This novel chiral Br?nsted base platform will provide unexplored opportunities for efficient asymmetric induction (metal-centered chirality in close proximity), basicity tuning for an extended reaction and substrate scope, and the design of bi- or multi-functional catalysts through functional groups positioned in the remaining coordination sphere of the iridium(III) complex scaffold. This proposed research may contribute to the development of a novel class of asymmetric catalysts which are based on metal-containing scaffolds but apply the concepts of asymmetric organocatalysis for their catalytic mechanisms.

本项目旨在研究唯金属手性八面体铱（III)配合物在构筑不对称催化剂，特别是手性Br?nsted碱催化剂中的应用：金属铱中心仅作为结构支架，连接多个官能化配体，并将目标官能团引入到合适的三维空间位置，而催化反应是由所连接的官能化配体诱导的。在此，我们将围绕不对称Br?nsted碱催化来开展研究，配合物的碱性来自于配位去质子化配体，可通过取代基的改变来调节碱性。催化反应将选择硫杂Michael加成、氮杂Henry反应、不对称Mannich反应等作为目标体系。此外，这类新型手性Br?nsted碱催化模式将为不对称催化带来全新的机遇，催化剂的碱性可以通过在吡唑上引入取代基而较易进行调节，也较大程度地拓展了其在催化反应及底物上的选择范围和适用性。本项目致力于发展基于金属配合物骨架却应用有机小分子催化原理的新型Br?nsted碱不对称催化剂，将对促进手性八面体配合物在催化领域中的应用有着重要意义。

本项目在铱（III）中心手性Brønsted碱催化剂及相关金属中心手性催化剂的设计、合成、应用方面的研究取得了一系列重要的进展，成功发展了数十种结构新颖、性能独特的高效手性催化剂，特别是多种铱（III）中心手性Brønsted碱催化剂，并利用这一策略发展了数种铱（III）中心手性共轭酸催化剂、铱（III）中心手性氢键/Lewis酸催化剂、铱（III）中心手性卡宾催化剂、铑（III）中心手性催化剂等，充分证明了金属中心作为唯一手性源的催化剂设计策略巨大的潜力。在合成方法上，发展了原料易得、步骤便捷的高效合成方法，制备高光学纯（> 99% ee）的金属中心手性催化剂；在性能及应用研究上，将所发展金属中心手性催化剂用于硫杂Michael加成、氮杂Henry反应、串联反应、直接Mannich、不对称转移氢化、Friedel-Crafts反应等中，催化剂展现了极高的效率（载量低至十万分之一）和非对映、对映选择性（高至99% ee）。在构效、机理研究方面，控制实验、分步研究、理论计算，详细探讨其作用机理，为催化剂的进一步设计与应用提供理论和实验依据。本项目将金属中心手性源作为开发新手性催化剂的新策略，为不对称催化提供了重要的新工具。