双金属络合物催化醇对腈的不对称烷基化反应研究

Chiral nitriles widely exist in pharmaceuticals and natural products, and could be transformed into a series of useful organic compounds. Thus, the synthesis of chiral nitriles has attracted a great deal of attention. The alkylation of alkylnitriles by alcohols via borrowing hydrogen strategy is a green route to synthesize new nitrile compounds. However, the stereoselectivity problem of the reaction has not been solved. In this proposal, chiral binuclear metal complexes, with both borrowing hydrogen site and basic site, will be designed and prepared, aiming to achieve asymmetric alkylation of alkylnitriles with alcohols. Based on our previous research and literature, a series of chiral ligands based on naphthyridine skeleton with pincer structure will be designed and synthesized. Chiral binuclear metal complexes with these ligands will be prepared, which will be used as catalysts in the alkylation of alkylnitriles with alcohols. The effect of metal centres, electronic properties, bifunctional structure and chiral environment of these complexes on the reactivity and seteroselectivity of the reaction will be investigated. The asymmetric alkylation of alkylnitriles with alcohols might be realized through the research of this project, providing a novel method for accessing chiral nitrile compounds. The catalysts developed in this project might be applicable to other borrowing hydrogen reactions; the relationship revealed between the catalyst structure and the activity/selectivity of the reaction would provide theoretic basis for the design of new borrowing hydrogen catalysts.

手性腈类物质广泛存在于药物和天然产物中，且可转化成一系列有用的化合物，其合成备受关注。通过借氢策略实现醇对烷基腈的烷基化是合成腈类物质的一条绿色途径，但该反应的立体选择性问题一直未能解决。本项目拟设计合成具有借氢催化位点和碱催化位点的双官能手性双金属催化剂，以期解决上述反应中的立体选择性问题。基于研究基础和文献，本项目将设计合成一类基于萘啶骨架的双钳型手性配体，制备基于此类配体的手性双金属络合物。研究上述络合物催化的醇对烷基腈的烷基化反应的活性和立体选择性。通过调控催化剂的金属类型、电子性能、双官能结构和立体环境，阐明上述因素对反应活性和立体选择性的影响规律。本项目将有望实现醇对烷基腈的不对称烷基化，为手性腈类物质的合成提供新途径。所发展的催化剂将有望在不对称借氢反应中得到广泛应用，所揭示的催化剂结构和反应活性及立体选择性间的构效关系将为后续借氢催化剂的设计提供理论基础。

借氢策略为拓展有机反应类型，发展绿色有机反应提供了一条理想途径。基于借氢策略的反应，一般以简单的有机分子为原料，具有高原子经济性，且环境友好。借氢反应中的选择性控制，特别是立体选择性控制极具挑战。围绕着借氢反应中的选择性控制问题，本项目发展了新的催化体系和选择性控制策略，成功控制了系列借氢反应的化学选择性以及立体选择性，实现了系列基于借氢策略的反应，为系列有机化合物的合成提供了绿色新方法。在氢转移及借氢反应化学选择性控制方面的主要研究内容及成果如下。1）研究了以三联吡啶铑络合物为催化剂的氢转移及借氢反应，实现了三联吡啶铑络合物催化的醇和腈的借氢偶联、木质素的选择性降解反应、以及硝基化合物的转移氢化等反应；2）研究了以廉价金属铁络合物为催化剂的氢转移及借氢反应，实现了铁催化烯丙醇的反马氏氢胺化反应、烯丙醇和氨基醇的脱氢偶联反应等转化。在氢转移及借氢反应立体选择性控制方面的主要研究内容及成果如下。1）研究了醇和胺之间的不对称借氢反应，实现了无过渡金属参与的消旋醇和胺的不对称借氢反应，为手性胺的合成提供了新体系；2）研究了醇和醇之间的不对称借氢反应，实现了首例不对称Guerbet反应，为手性醇的合成提供了新方法；3）研究基于借氢过程的烯丙醇不对称氢胺化反应，实现了钌催化消旋烯丙醇的不对称氢胺化反应，为手性氨基醇的合成提供了新方法。在本项目的支持下，部分科研成果以论文形式发表在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等期刊。目前已经发表论文14篇，申请发明专利7项，获授权发明专利3项。