双核金属配合物对串联反应的不对称催化研究

Inspired by the activation modes of organocatalysts in asymmetric cascade reactions, the semi-azacrown-ether ligated dinuclear metal complexes, which bear the synergic catalytic mechanism of Br?nsted base-Lewis acid-dual activation, are applied to the asymmetric catalysis of cascade reactions for the first time. Based on the semi-rational design of the bifunctional substrates, the optimization of the semi-azacrown-ether ligands and the screen of different metals, the frameworks of cyclohexanone, carbo-cyclic ring, and hetero-atom-containing-cyclic ring are assembled in the fashion of highly effective and stereo-selective. Combining the advantages of the strong reactivity of metal catalyst and the efficiency of cascade reaction, the dinuclear metal complexes are used in the direct activation of simple α, β-unsaturated esters and amides in cascade sequence. The verification of the synergic catalytic mechanism of dual activation is by means of the theoretical calculation, the instrumental analysis, and the application of the analogue of the reaction intermediate in the catalytic cycle.

借鉴有机小分子催化串联反应的活化方式，根据氮杂半冠醚双核金属配合物的布朗斯特碱－路易斯酸－双活化模式协同催化机理，将双核金属配合物第一次用于Michael-Michael串联反应的不对称催化中。通过对串联底物的半理性设计合成，结合氮杂半冠醚手性配体的优化和金属的选择，实现含有多个连续手性中心的多取代功能化环己酮、多元碳环和多元杂环的高效高选择性构建。将金属催化剂的高活性与串联反应的高效率相结合，解决α, β-不饱和酯和酰胺难以直接有效的参与串联反应的问题，实现针对此类型底物的高效率和高立体选择性的不对称催化。通过理论计算、仪器分析和反应中间体类似物参与催化反应的实验手段，证实双金属配合物在串联反应中的双活化模式协同催化的反应机理。

依据氮杂半冠醚双核金属配合物的布朗斯特碱－路易斯酸－双活化模式协同催化机理，我们成功地实现了双核金属配合物对串联反应的不对称催化。首先，我们使用"半个"氮杂半冠醚金属配合物，进行了对芳基化-内酯化串联反应的不对称催化，获得了3-芳基手性苯酞的对映体。另外，我们也验证了氮杂半冠醚双核金属配合物对单步Michael加成反应的不对称催化，得到了接近99% ee的对映选择性。基于这两项基本研究，我们进一步将双核金属配合物拓展到了对Michael加成-缩醛化串联反应的不对称催化中，成功地实现了含有多个手性中心的氧杂五元环和氧杂六元环的高效率高选择性构建。与此同时，我们将双核金属配合物用于催化腙对酮的不对称加成反应，实现了手性偶氮化合物的高效高选择性地不对称合成，为进一步开发新型偶氮功能材料奠定了基础。