自由基诱导的不对称硼化反应方法研究

Boronic acids and their derivatives play an irreplaceable role in a variety of fields, ranging from materials science to drug discovery to organic synthesis. And chiral alkylboron reagents hold a distinctive place in organic chemistry because they engage in an array of stereospecific and stereoselective transformations. In the last ten years, the synthesis method and application of arylboronates had been rapidly developed. However, the widespread use of stereospecific alkylboronates is still hampered by the problem associated with their preparation. As far as we know, asymmetric metal-catalyed boronation of alkenes is main synthesis method of chiral alkylboron. Herein the research on synthetic methods of chiral alkylboronates will remain a great challenge and attract much attention in the future. In view of the reaction mechanism on photoredox catalysis and asymmetric transition metals catalysis, a novel reaction pattern will be established to synthesize stereospecific alkylborons. The project includes the following three aspects: Firstly, the merger of photocatalysis with asymmetric metal catalysis will be designed to the synthesis of enantiomerically enriched alkylboronates through C-X bond cleavage. Secondly, the synthetic method of highly regio-, and enantioselective alkylboronates will be established via C-H bond cleavage according to cooperative photoredox Catalysis and asymmetric metal catalysis. Thirdly, asymmetric metal-catalyzed C-C bond leavage of cyclobutanone Oximes, proceeding through a radical raelay process, will be developed for the synthesis of chiral alkylboronates. More importantly, the application value and reaction mechanism of these developed reactions will be explored in detail, providing efficient organic synthesis methods for the development of new drugs and materials.

硼化物在各个科学领域起着重要的作用，如材料科学，生物传感器和药物等。手性烷基硼在有机化学中具有独特的地位，能参与立体选择性转化，构建各种重要的手性化合物。在过去10年，芳基硼化物的合成和应用得到快速发展。但手性烷烃硼的发展和应用仍然十分缓慢，主要是受限于其合成方法—烯烃的不对称硼化。因此探究新颖的不对称硼化反应方法是具有挑战性和意义的项目。基于光催化和过渡金属不对称催化的反应机理，设计新颖的反应模式，合成各种手性的烷基硼。本项目主要从三个方面展开研究：1）融合光催化和过渡金属非对称催化反应，探究C-X键的选择性断裂，合成立体专一的烷基硼；2）基于非对称催化自由反应模式，研究C-H键的断裂，对映选择性地合成各种硼化合物；3）C-C键断裂开环，经过金属捕获自由基物种的反应历程，获得立体专一的有机硼化物。更重要的是，详细探究这些反应的应用价值和反应历程，为新药和材料的发展提供高效的有机合成方法。

合成化学在现代化学中处于基础和核心地位，是人类创造新物质的主要方法和手段之一，更是现代先进工业生产的核心科技生产力。过渡金属催化交叉偶联反应是现代有机合成领域中一类极为重要的构建化学键的方法，被广泛用于药物合成和精细化学品。除碳氟键外，其它碳卤键（碘, 溴, 氯等）键能相当较弱，容易离去，常作为一类传统的反应位点用于偶联转化。但是，由于自然界中卤代烃分布极少，它们需要从石油化工的下游产品（烃、醇、胺和羧酸等有机物）合成。进入21世纪，合成化学面临新的机遇与挑战，人们从效率和环境等角度提出了原子经济性、步骤经济性和氧化还原经济性等指标，向高效、低污染甚至零污染的目标不断努力。相对于传统的偶联方法，直接切断有机分子中广泛存在的碳氢、碳氧、碳氮或碳碳键等非传统反应位点进行偶联反应，是一条更为理想的合成途径。由于这些化学键的键能往往都比较大，并且一个复杂的有机分子中通常包含多种不同类型的化学键，因此对复杂分子和天然分子进行高选择性的官能团化是药物和材料等领域重要科学问题。近几年，申请人以非传统反应位点官能团化为主线，围绕以下两个方面展开研究。1. 有机分子中非传统反应位点精准硼化。有机硼是最重要的官能团化之一，并广泛应用于有机合成，材料和医药等领域。申请人以胺、酰胺、酯、氟代烯烃以及砜等大宗化学品为原料，发展了一系列精准、高效、绿色、廉价的构建碳硼键的方法，合成了高价值的硼酸酯化合物。2. 无金属选择性交叉偶联。在可持续发展和绿色化学的背景下，申请人实现了脱氨烯烃化，磺酰胺的张力释放重排和胺的邻位氰基化策略。到目前为止，以第一作者或通讯作者在化学领域重要影响力的期刊上发表学术论文7篇，包括Chem. Soc. Rev. （1篇）、 Chem. Sci. （1篇）、Chem. Commun.（1篇）、Org. Lett.（1篇）、和Chem. Eur. J.（2篇）。