基于二吡咯亚甲基骨架的NNNN型手性光敏配体的合成及其在不对称光致氧气氧化反应中的应用研究

Over the past decade, asymmetric photocatalysis induced by visible light has been one of the most active topics in organic synthesis. However, seeking novel chiral light-responsive ligands possessing dual functions of visible-light initiated activation and stereocontrol is still an advantageous but challenging task in the forementioned research topic. In this proposal, the project will focus on the development of two classes of N4-type chiral light-responsive ligands which are based on dipyrromethene motifs with excellent photoelectric properties and are provided the chiral environments by optically active oxazoline motifs and pyridine motifs, respectively. These ligands and the corresponding metal complexes will be applied in asymmetric photooxygenation, such as asymmetric α-hydroxylation of various carbonyl compounds, asymmetric epoxidation and dihydroxylation of alkenes, and asymmetric allylic hydroxylation. On the other hand, in order to understand the structure-activity relationship of ligands, and to account for the origin of visible-light initiated activation and stereocontrol, we will make attempts to conduct mechanistic studies employing a combination of experimental and computational techniques. Therefore, this proposal would not only provide efficient tools for asymmetric photooxygenation as well as a highly efficient and sustainable process for stereoselective formation of C-O bonds, but also lead to a new way for the development of novel chiral light-responsive ligands.

近年来，不对称可见光催化已经成为有机合成领域的研究热点之一。但能同时实现光诱导活化和立体选择性控制双重功能的手性光敏配体的设计仍然是该领域的一项重要挑战。本项目拟以具有良好光电性质的二吡咯亚甲基为骨架，分别引入手性噁唑啉模块和手性吡啶模块，设计和发展两类新型的NNNN型手性光敏配体，研究其金属络合物在以空气(氧气)为氧源的不对称光致氧气氧化反应中的应用。我们将在详细研究羰基化合物的不对称α-羟基化反应的基础上，拓展催化体系在烯烃的不对称环氧化和双羟化反应、不对称烯丙位羟基化反应中的应用。同时，结合实验结果和理论计算对反应机理的详细研究，深入理解配体的构效关系，探索光诱导活化和立体选择性控制的机制。该课题的成功实施将发展一类高效、绿色的不对称光致氧气氧化催化体系，提供一种新型的不对称构建C-O键的合成方法，同时为手性光敏配体的设计提供新的思路。

手性配体在不对称催化中占有举足轻重的地位。本项目设计和发展了四种新型手性噁唑啉类配体。其中NON配体用于β-酮酯的不对称氟化反应，以优秀的产率（高达98%）和中等到优秀的对映选择性（高达94% ee）得到相应的氟化产物；NNP配体用于钯催化的不对称烯丙基化反应，以优秀的产率（高达97%）和中等到优秀的对映选择性（61%-96% ee）得到相应的目标产物。另外，我们实现了铜催化β-萘酚的不对称去芳构化叠氮化反应，以优秀的产率（高达99%）和中等到良好的对映选择性（63%-89% ee）得到一系列手性α-叠氮-β-萘酮衍生物。我们还实现了首例β-酮酯和β-酮酰胺的不对称硝酸酯化反应，以良好的产率(84%-99%)和中等的对映选择性得到相应的硝酸酯化产物。.另一方面，我们致力于发展含氮化合物合成新方法的研发工作。我们开发了一类新型氮宾转移反应，实现了FeCl2催化的β-萘酚的去芳构化胺化反应，该反应以便宜易得的氯化亚铁为催化剂，能在温和的条件下高效构建含氮季碳中心，以良好到优秀的产率生成一系列α-氨基-β-萘酮衍生物和含β-萘酮结构单元的脒类化合物；发展了FeCl2催化氮宾转移反应实现断裂双键合成亚胺的新方法，以及铜催化氮宾转移的吲哚的胺化环化反应。此外，我们开发了一类温和、实用的硝化体系。以五水硫酸铜为催化剂、硝酸胍和三甲基氯硅烷为硝基源，能在温和、简单的条件下实现烯烃的氯硝化反应以及富电子芳烃的硝化反应。该体系具有原料廉价易得、催化剂便宜、底物适用范围广、易于放大反应量级等优点。.通过该项目的研究使我们对手性配体的设计及其催化反应有了进一步深入的认识，为我们接下来的工作打下了良好的基础并有望发展一类实用的新型手性配体，同时也有望发展合成含氮化合物的新方法。