新型路易斯酸碱协同催化的设计与应用

传统的金属催化以及新兴的有机小分子催化构成了现有的不对称催化的两大阵营，本项目拟在两者的基础上发展一种新型的结合金属路易斯酸催化和有机小分子催化的协同催化体系。通过这种新的协同催化模式，就有可能是上述两种催化模式相互促进，相互拓展，就可能实现单一催化模式无法解决的难题。通过对金属的筛选，配体的调节包括新型双功能配体的设计合成，有机小分子催化剂的遴选等一系列条件的摸索，从简单到复杂，探寻这一类催化模式在分子间，分子内，以及各种串联反应的应用，开发出几个优秀的协同催化体系。

现代有机合成更加强调绿色化学，反应的原子以及步骤的经济性，使用高效的催化剂实现高度立体选择性的化学反应。本项目提出采用路易斯酸协同催化的中心策略，发展出符合现代有机合成要求的有机合成方法学，构建结构新颖的新结构分子，并进一步应用于生物活性分子以及功能材料分子的合成。通过三年的研究，我们在原有酸碱协同催化的基础上进一步开展了酸酸协同催化的工作：当前各种有机金属催化剂被广泛应用于有机合成中，并且各种金属路易斯酸均具有自己独特的催化性质，因此我们从模拟酶催化的角度出发，将两种催化特质各异的金属路易斯酸结合在一起，形成了一种金属-金属接力的协同催化模式。这种催化模式的优点在于能够结合几种金属催化剂的各自的特点，通过有机的串联接力，不仅能够实现新颖的单一金属无法实现的多步串联的合成方法学，并且有望解决有机合成中的一些挑战性课题。基于目前取得一些初步结果，我们将这种催化模式命名为“串联的金属接力催化”（Tandem Metal Relay Catalysis，简称TMRC反应）。利用后过渡金属作为Pi酸，能够活化碳碳双键及三键，同时体系中引入另一种前过渡金属作为σ酸如镧系金属La，Sc等，形成一种全新的前后过渡金属接力的催化模式；转金属是金属有机偶联反应中的关键步骤，我们利用转金属作为核心步骤去嫁接两个不同的金属催化循环，实现了一系列多步串联的金属催化有机反应方法学，反应的特色是非常温和的反应条件以及非常高的催化效率。以上工作的顺利开展为进一步发展高效的现代有机合成方法提供了一定的依据和理论指导。