基于不对称化学键活化的环状P-手性膦杂化合物的合成及其在配体合成中的应用

Chiral phosphorous compounds are a class of prominent compounds which have been extensively applied in asymmetric catalysis, material science, and pharmaceuticals industry. Particularly attractive are P-chiral phosphines which exhibit excellent enantioselectivities in asymmetric catalysis and some have been used in the pharmaceutical production. The stereoselective synthesis of P-chiral phosphines has become the subject of extensive research. Significant methods for stoichiometric asymmetric synthesis of P-chiral phosphines have been developed based on the use of chiral auxiliaries and enantioselective deprotonation. Recently, transition metal catalyzed methods appeared as more efficient and atom-economical pathways. Despite the elegant progress, catalytic methods for highly enantioselective synthesis of P-chiral phosphines, especially the methods for P-chiral phosphorus heterocycles, remain undeveloped. Herein, we propose asymmetric synthesis of phosphorus heterocycles with P-chiral center through stereoselective intramolecular chemical bonds (C-H bonds, C-C bonds) activation under mild conditions. The conversion of the P-chiral phosphorus heterocycles to novel P-chiral ligands will also be investigated. The isolation and X-ray structure analysis of the new ligands as well as their transition metal complexes will also be studied. They will be used as catalyst for asymmetric hydrogenation reaction. The steric effect, electronic effect as well as the influeces of structures to the reactivity, regioselectivity, and stereoselectivity in the reactions will be investigated, which should provide a reference in the design of novel chiral ligands and new reactions.

手性膦化合物在不对称催化、材料、医药等领域有着重要的应用价值。P-手性膦配体在不对称催化反应中具有优秀的手性诱导能力，有些P-手性膦配体已经应用到手性药物的工业生产。此类化合物的经典制备方法通常需要多步反应和当量的手性试剂，高效、高选择性的P-手性膦化合物的催化不对称合成方法为数不多。本项目旨在促进环状P-手性膦化合物的高效、绿色合成方法的发展及其应用研究。首先，我们拟通过分子内化学键（C-H、C-C）的催化不对称活化反应发展这类化合物的高效、高选择性的合成方法；然后，将其转化为环状P-手性膦配体，进一步研究上述新型配体及其过渡金属络合物（[Ru]、[Pd]、[Ir]）的分离、单晶结构解析及其在不对称氢化反应中的应用。我们还将研究催化剂的结构、电子效应、立体效应对反应活性及选择性的影响，从而为新反应与新配体的设计提供指导。

惰性化学键的活化反应为复杂有机分子的合成提供了简洁、高效、绿色的新方法。项目组开展了惰性化学键(碳氢键、碳碳双键或三键、碳氮键)的选择性活化与转化的研究工作：.项目首先探索了P-中心手性膦杂环化合物的合成方法，没有获得成功。但是我们基于催化不对称碳氢键活化的策略，利用已知的此类配体研究了面手性二茂铁衍生物合成新方法：1）P-中心手性膦杂环配体/醋酸钯催化的N-二茂铁基-邻溴芳甲酰胺衍生物的分子内碳氢键芳基化反应，合成了二茂铁并喹啉酮衍生物，ee值高达97%。2）P-中心手性膦杂环配体/醋酸钯催化的N-二茂铁基丙炔酰胺的立体选择性环化异构化反应，ee值达83%。3）手性亚膦酰胺配体/醋酸钯催化的分子间碳钯化/分子内碳氢活化串联反应，发展了面手性二茂铁并氮杂环衍生物对映选择性合成新方法，ee值达95%。.研究小组还研究氮杂环卡宾/钯络合物催化的碳氮键活化、碳氢键活化反应：1）合成了系列辅助配体的氮杂环卡宾配体/Pd络合物，实现了酰胺与芳基硼酸的偶联反应（碳氮键的活化反应）。2）合成了“三核”氮杂环卡宾钯络合物，经碳氢键活化步骤实现了2-二茂铁基溴代芳烃衍生物与CO的插入反应，合成了二茂铁基的芴酮类似物。.3）碳碳键的活化反应，尤其是非张力分子的碳碳的活化，具有更高的难度。我们实现了无过渡金属存在下炔烃、烯烃的不饱和键的选择性活化，发现炔烃或烯烃与硫粉、N，N-二甲基甲酰胺能发生三组分反应，非官能团化的炔烃、烯烃的不饱和键的发生选择性的断裂，为硫代芳基甲酰胺衍生物的高效的合成提供了新颖的方法。.4）另外，课题组成员以手性胺-硫脲双功能有机小分子催化剂实现了吡咯烷酮衍生物对4-硝基-5-烯基-异噁唑衍生物的不对称1,6-共轭加成反应。.总之，我们发展了几种惰性化学键活化的方法实现了几类有机化合物高效、绿色的合成，相关产物的应用待进一步的研究。