无机纳米材料担载过渡金属催化杂环芳香酮不对称加氢的性能和机理研究

The asymmetric hydrogenation of heteroaromatic ketones has important application, since chiral heteroaromatic alcohols are key intermediates in the manufacturer of pharmaceuticals and agricultural. Being important synthesis means, chirally modified heterogeneous catalytic system performs simple separating, easy recovering and convenient purification. Based on the previous studies, series heterogeneous catalysts are designed and synthesized from the aspects of nanomaterials, active metal, chiral modifiers and reaction conditions according to combinatorial chemistry. The catalysts and supports are characterized by HTEM, NMR, SEM and FTIR. A series of heteroaromatic ketones are hydrogenated to the corresponding chiral alcohol for constructing drugs and pesticides. Catalytic activity and enantioselectivity of heterogeneous asymmetric hydrogenation are investigated. This project lays a foundation for heterogeneous asymmetric hydrogenation of heteroaromatic ketones and also provides a basis for further study of the mechanism of heterogenous catalytic system.

手性杂环芳香醇是许多药物分子及农用分子结构中的基本单元，制备光学纯的手性杂环芳香醇对合成这些药物以及农用化合物具有重要的应用价值。手性修饰的多相催化体系具有产物分离简单，催化剂可回收利用，产品纯化容易等优点，是现代分子合成的重要方法。本项目拟在前期开发的高活性多相催化剂基础上，根据组合化学策略，从纳米载体，中心金属，手性修饰剂，反应条件等方向对多相催化剂进行调控，同时利用高分辨透射电镜，核磁共振波谱仪，扫描电镜，傅里叶变换红外分光光度计等仪器手段研究催化剂表面对于多相不对称加氢反应催化活性与对映选择性的影响，并将其应用于杂环芳香酮的不对称加氢反应以获得高纯度的手性杂环芳香仲醇，为构建手性药物、香料、农药等提供手性砌块，同时为杂环芳香酮多相不对称催化加氢的工业应用打下坚实的基础，也为多相催化体系机理的深入研究提供丰富的依据。

杂环芳香酮分子结构中含有氮、氧、硫等杂原子，其加氢产物是重要的药物组成砌块，不对称催化加氢是获得手性杂环芳香醇最有效的方法之一。多相不对称加氢催化体系具有产物分离简单，催化剂可回收利用，产品纯化容易等优点，是现代分子合成的重要方法。本项目围绕催化剂载体表面性质对于多相催化剂性能的影响，合成了不同形貌与粒径的氧化硅，并对其表面进行接枝改性，担载过渡金属后探索催化剂在芳香酮不对称催化加氢反应中的应用。通过项目的实施，我们合成了不同形貌的氧化硅以及4种不同粒径的氧化硅球，并用4种硅烷偶联剂对氧化硅球进行接枝改性，用于芳香酮不对称加氢，改性后的氧化硅载体对于芳香酮的加氢活性影响显著，而在对映选择性方面的影响较小，其中乙基三乙氧基硅烷改性后的氧化硅表现出较高的催化活性，而氨丙基三乙氧基硅烷改性后的氧化硅则表现出较差的催化性能。此外，我们开发了非手性膦配体与金鸡纳碱衍生物共同修饰的过渡金属均相不对称催化加氢体系，并提出了该催化体系的可能反应机理，该催化体系可以在温和条件下实现一系列简单杂环酮的高效的不对称催化加氢，其中2-乙酰基噻吩，2-乙酰基呋喃的加氢对映选择性达到了98.6%。另外，我们合成了8种α，β-不饱和酮进行非手性膦配体与手性二胺共同修饰的过渡金属不对称催化加氢研究，同样实现了烯酮的高效不对称催化加氢，其化学选择性、对映选择性分别达到99.6％，70.1％ ee。总体来看，非手性膦配体的使用大大降低了催化加氢的反应成本，我们可以利用简单经济的合成手段达到获得手性芳香醇的目的。这些研究结果丰富了当前合成手性芳香醇的研究内容，也为芳香酮、杂环酮、α，β-不饱和酮的不对称催化加氢的工业应用提供了佐证。