含多功能氢键的手性有机小分子催化剂设计合成及催化不对称反应研究

有机小分子催化的不对称反应尤其是不对称串联反应是近年来有机合成化学的前沿和热点研究领域之一，用简单易得的原料一步操作形成多个共价键，是构建结构多样性和复杂性的手性化合物的高效、原子经济和绿色的合成策略。申请者拟基于非共价键协同活化策略，设计合成含多功能氢键的手性有机小分子催化剂，如手性胍-酰胺催化剂、手性胍-胺类催化剂等，从含多个反应中心的简单双羰基化合物出发，经Knoevenagel/Mannich/ aza-Michael、Michael/Mannich等不对称串联反应，合成含多个手性中心的多官能团化合物，并将发展的方法用于含有该类结构单元的重要目标分子和天然产物中间体的合成中。通过研究催化剂结构与催化活性和选择性的关系，深入探讨催化剂与底物间的多种非键相互作用规律，发展基于氢键等非共价键活化的不对称串联反应研究，为有机小分子催化不对称串联反应的新方法和新策略提供理论指导。

有机小分子催化剂的设计合成及其促进的不对称反应是近年来不对称合成的前沿和热点研究领域之一。项目基于手性氨基酸合成了具开链结构的胍基，结合双功能催化策略，发展了系列新型胍-酰胺及其盐催化剂。利用胍基的碱性和对1,2-，1,3-二氧类化合物的活化和识别机制，结合氢键协同活化策略，设计和发展了一些不对称催化反应，高效高立体选择性地构筑了含多个手性中心的多官能团化合物。如发展了吖内酯与水杨醛亚胺间的不对称Mannich-酰化反应，合成3,4-二氨基香豆素衍生物四种异构体，通过手性胍-酰胺及双胍-酰胺盐催化剂实现了反应非对映选择性的调控。实现了手性双胍盐催化吖内酯与氧杂吖啶的不对称羟胺化反应，高效合成了手性恶唑啉酮衍生物，同时实现了对氧杂吖啶的动力学拆分，证实了羟胺化反应历程，为光学活性氧杂吖啶的合成提供了新方法。发展了手性双胍盐催化分子内氮杂-Michael加成-溴代串联反应，一锅合成3-溴-2,3-二氢喹啉-4-酮衍生物。还利用手性胍催化剂实现了不饱和γ-内酰胺与丙二酸亚烷基酯的直接vinylogous Michael加成反应，异硫腈酰亚胺与醛亚胺的不对称Mannich型反应等。此外，利用双功能胺催化剂实现了γ,δ-不饱和-β-酮酯与硝基烯的连续Michael反应一步构建含四个手性中心的四氢茚衍生物，手性催化剂用量可降低至0.5 mol%。采用二胺类催化剂实现了烯酮参与的不对称环丙烷化反应和Michael加成反应，分别得到三取代环丙烷和3,4-二氢吡喃衍生物。通过研究催化剂结构与催化活性和选择性的关系，探讨了催化剂与底物间的多种手性诱导规律，为进一步设计新型双功能有机小分子催化剂及不对称串联反应奠定了基础。.项目完成了预期目标，发表SCI论文9篇，包括J. Am. Chem. Soc.1篇，Chem. Sci. 1篇，Org. Lett. 2篇，Chem. Eur. J.2篇，Chem. Commun.1篇，J. Org. Chem.2篇。部分研究成果获国家自然科学二等奖，毕业博士研究生2名，在读硕士研究生5名。