钴催化的不对称烯丙基化反应研究

Transition-metal catalyzed asymmetric allylic substitution reactions can construct chiral centers and introduce versatile double bond at the same time, which can be applied in the synthesis of complex molecules. High regio- and enantioselectivities could usually be obtained by the catalysis of precious transition metals, such as palladium, iridium, rhodium and ruthenium. Cheap base metal cobalt catalyzed selective allylation reaction, especially highly reactive and enantioselective version has not been developed so far. The main aim of this research is to find suitable ligand system which can be used in cobalt-catalyzed selective allylations. According to cobalt's unique property of avoiding beta-hydride elimination and promotion of hindered carbon-carbon bonds formation, more challenging reactivities over iridium and rhodium are expected to be developed, such as the construction of quaternary carbon centers. Stable cobalt precursors are expected to be synthesis in this project to avoid the state-of-art addition of reductants in situ, which may be important for the further development of cobalt catalyzed organic synthesis.

过渡金属催化的不对称烯丙基取代反应可以同时构建手性中心和引入双键，在复杂化合物合成中具有重要应用价值。之前所报道的高区域和对映选择性的反应通常需要昂贵的过渡金属。本项研究的重点是找到合适的配体体系，用于自然界丰度较大的钴催化的烯丙基化反应，以代替同族的铑和铱，实现高反应活性和选择性。同时希望利用钴催化剂在抑制beta-氢消除和促进大位阻碳碳键形成的性质，实现更有挑战性的四级手性中心的选择性构建。本项工作拟研究稳定钴催化剂前体的制备，避免原位还原所需的还原剂的加入，促进钴催化的有机化学的发展。

本项目围绕研究目标和计划，针对不对称烯丙基取代反应中的挑战，进行了新催化剂体系的开发和新底物的拓展工作。研究内容主要有：（1）应用二价钴盐与双膦配体在锌还原条件下首次实现了廉价金属钴催化的高支链选择性的不对称烯丙基取代反应，并控制亲核试剂上的手性中心，制备具有连续四级碳化合物；（2）通过配体的筛选，找到了手性双噁唑啉-膦三齿配体在钴催化烯丙基取代反应中的独特的选择性，并在此基础上实现了钴催化的不对称胺基化和烷基化反应，得到大于20：1的区域选择性和平均99%的对映选择性, 实现了亲电试剂的手性控制；（3）实现了苯胺的双烯丙基取代反应，制备手性1，2二胺类化合物，并在此反应中展现出钴催化体系区别于同族金属铑和铱的独特性。经过三年的努力，我们顺利完成项目的预期目标，开辟了不对称烯丙基取代反应的新体系，解决了烷基取代底物和消旋底物的反应性问题。