廉价金属催化的不对称氢化反应

Earth abundant metals, which are cheaper and environmental benign than precious metals, are attractive candidates in catalysis. The development of earth abundant metal catalysts in asymmetric hydrogenation reaction is important both in academia and industry. However, this type of catalysts is still rare and suffers from low activity and/or selectivity and/or substrate scope. The aim of the present project is to develop new earth abundant metal catalysts to overcome some of these limitations. The project will focus on the design and synthesis of some new and modular chiral pincer ligands and earth abundant metal complexes which have the ability to activate hydrogen and substrate molecules in a ligand-metal cooperation way, as well as their catalytic performances and inherent regulation of selectivity control in homogeneous catalytic hydrogenation of a wide range of unsaturated double bonds including carbonyls, imines and alkenes. The implementation of the proposed project will hopefully lead to the successful discovery of some novel earth abundant metal based catalytic systems, and provide the advanced innovative methodology for the hydrogenation of various types of unsaturated compounds.

廉价金属在自然界中储量丰富，对环境和生物体的毒性小。发展以廉价金属代替贵金属的具有高活性、高选择性及普适性广的不对称氢化催化体系，探索新的反应活性及新的反应机制无论是在理论研究中还是在工业应用前景上都有重要意义。这些金属催化的氢化反应尤其是不对称催化氢化反应还处于研究的起步阶段，本课题拟利用双功能活化的策略，同时引入双膦配体中优秀的手性模块，设计合成结构易于调变的新型手性配体。通过研究这些配体与不同廉价金属形成的络合物的催化性能，了解手性催化剂的组成和结构与催化效率及选择性控制之间的关系，认识在不对称催化过程中手性诱导以及传递的规律，开发一系列结构新颖、高效、高选择性及底物普适性广的配体和催化剂。

与贵金属催化的不对称氢化相比，基于储量丰富、廉价易得的丰产金属催化的不对称氢化存在着活性低、选择性不高及适用范围有限等瓶颈问题。本项目基于配体中的NH结构单元与中心金属协同催化的理念，在多齿配体可以有效地稳定丰产金属催化剂的认识上，通过全新结构手性配体的设计与合成，发展了一类结构新颖且在电子性质、空间位阻等方面易于调节的PNNH型三齿手性配体及其相应的锰催化剂。该类锰催化剂在β-芳基β-酮酰胺的不对称氢化、α-烷基-β-酮酰胺、α-芳基-β-酮酰胺和开链的γ,δ-不饱和α-烷基-β-酮酰胺的动态动力学拆分-不对称氢化以及2-烷基喹喔啉和2-芳基喹喔啉的不对称氢化中表现出优异的催化活性和选择性，在一些体系中取得了媲美贵金属催化体系的催化活性以及相反的非对映选择性。所得到的氢化产物方便地转化为合成手性药物他喷他多、氟西汀、尼索西汀及度洛西汀等的关键手性中间体。反应机理研究和理论计算表明底物分子中的苯环与催化剂中的吡啶环之间的π...π相互作用是反应中非对映和对映选择性控制的关键因素。我们发展的这一系列结构新颖的锰催化氢化催化剂有效地解决了目前丰产金属催化氢化面临的催化效率和选择性低、底物范围受限等方面的一些问题，为进一步发展更为高效的丰产金属催化氢化反应具有一定的借鉴意义。