基于辅酶NAD(P)H循环的仿生不对称氢化研究

As the simplest NAD(P)H model, Hantzsch esters have been successfully used as hydrogen source in biomimetic asymmetric transfer hydrogenation. Despite much progress have been achieved, most of the current research focuses on the hydride transfer ability and selectivity in redox reactions. Developing a biomimetic asymmetric hydrogenation system that simultaneously involves an asymmetric reduction process and the regeneration of NAD(P)H mimics is still a great challenge. Herein, we will explore an efficient method for in situ regeneration of NAD(P)H mimics under hydrogen gas for the biomimetic asymmetric hydrogenation of imines and heteroaromatics. The use of hydrogen gas as reductant for the regeneration of NAD(P)H mimics makes this hydrogenation as an ideal atom economic process. Preliminary results indicated the biomimetic asymmetric hydrogenation is feasible with hydrogen gas as terminal hydrogen source.

通过模拟生物催化还原中辅酶和还原部分的仿生不对称氢化近来取得较大进展，但是直接利用氢气作为最终氢源的仿生不对称氢化成功的例子很少。本课题主要设想通过利用氢气原位再生辅酶NAD(P)H模拟物，发展以氢气为最终氢源的仿生不对称氢化体系。主要内容：在我们已有基于Hantzsch酯再生循环的仿生不对称氢化工作的基础上，设计、合成新的容易原位再生和转移的辅酶NAD(P)H模拟物，扩展反应的底物适用范围和提高反应的效率；设计新型辅酶模拟物不对称转移催化剂，扩展仿生氢化的范围；发展辅酶NAD(P)H类似物和氢转移催化剂为一体的仿生催化体系，提高反应的对映选择性和效率；把发展的方法应用到一些手性药物和天然产物的合成中。

通过模拟生物催化还原过程中的辅酶和还原部分，目前仿生手性氢化已经取得重要进展。但是由于要使用化学计量的辅酶模拟物（如汉栖酯），造成反应的原子经济性差和后处理困难，因而限制了该方法在有机合成化学中的应用。该课题针对上述挑战，发展了利用可温和再生的辅酶模拟物，实现了以氢气为最终氢源的仿生手性氢化。设计并合成了非手性二氢吡咯并喹喔啉可再生辅酶模拟物、基于平面手性的二茂铁骨架和轴手性联萘骨架的手性可再生辅酶模拟物，上述模拟物都含有活性的菲啶骨架。利用上述辅酶模拟物，在再生钌催化剂和转移催化剂（手性磷酸或者非手性的路易斯酸或布朗斯特酸）存在下，实现了一系列氟代炔基亚胺、环状亚胺和含氮芳香化合物喹啉和喹喔啉等的仿生不对称氢化，产物的对映选择性可达97%。另外，还研究了轴手性联吡啶配体在铜催化卡宾对吲哚碳-氢键插入反应中的应用，可以高产率和高度对映选择性地合成手性吲哚衍生物等。共发表研究论文9篇，培养博士研究生4人。