导向催化构建硅-碳键的不对称催化扩环/环化反应研究

Catalytic synthesis of chiral sila-heterocycles by transition-metal-based catalyst systems is an important and challenging research topic in the past decades. However, the problem of low enantioselectivity and catalytic efficiency truly comes to the fore for catalytic asymmetric sila-cyclization. It is thus of great importance to broaden the scope of asymmetric transition-metal catalyzed sila-cyclization, as it would open up new ground for highly efficient construction of chiral sila-heterocycles. Our continuous work on asymmetric catalysis and organosilicon chemistry led us to explore the catalytic asymmetric sila-cyclization using transition-metal-based catalyst system, in which we meet the challenge of construction of enantiopure sila-heterocycles. Therefore, this project is mainly expected to focus on the following aspects: (1) To develop chiral ligand-controlled transition-metal catalyzed sila-ring opening and expansion reaction as well as intramolecular silicon-carbon bond-forming cyclization reaction, that featured with the highly efficient and enantioselective sila-cyclization as well as novel catalyst systems. (2) To explore novel sila-cyclization reaction system with good functional group tolerant that could be applied in the enantioselective construction of structurally diverse sila-heterocycles. (3) To investigate systematically the catalytic performance of new transition-metal complexes and the corresponding structure-activity relationship in the catalytic asymmetric sila-cyclization reactions, including the impact of structure of chiral ligand, electronic effect and steric hindrance of chiral catalyst. This work will detail the finding of regularities in these catalytic asymmetric sila-cyclization reactions, which would be useful for development of catalytic construction of silicon-carbon bonds (CCSCB), sila-cyclization reaction, and asymmetric catalysis.

过渡金属催化合成手性硅杂环化合物是国际上一个具有挑战性的重要课题，一直面临着立体选择性难以控制、催化效率不高和反应类型有待拓展等难题。因此，本项目将在申请人过去多年来在有机硅化学和不对称催化研究的基础上，探索过渡金属催化合成硅杂环化合物的不对称催化环化反应，着力解决以下问题：发展新型手性配体控制的过渡金属催化硅杂开环扩环反应体系和分子内硅-碳键构建环化反应，建立高效的、高对映选择性的新型不对称催化环化反应及具有特色的相关手性催化体系，专注于高效性与立体选择性的控制；探索具有创新性的分子间和分子内硅杂环化新反应类型，进一步拓展合成含多种类型骨架的手性硅杂环化合物；系统研究过渡金属络合物在不对称催化硅杂环化反应中的反应性能，探索构建手性配体新骨架和分析配位中心的电子效应和相连基团的立体效应等因素对不对称催化性能的影响，总结其规律性，在催化构建硅-碳键和手性催化体系取得有指导意义的新发现。

过渡金属催化合成手性硅杂环化合物等有机硅新物质是合成化学领域一个具有挑战性的前沿课题，但与含氮或含氧等杂环化合物相比，手性硅杂环化合物的不对称催化构建，或手性催化合成相关的硅杂环化学研究，仍然是发展比较缓慢的一个研究方向，一直面临着立体选择性难以控制、催化效率不高和反应类型有待拓展等难题，多年来都没有受到足够的重视。因此项目申请人聚焦难题，独辟蹊径，带领项目组成员积极探索过渡金属催化合成硅杂环化合物的不对称催化环化反应，自2018年项目实施以来主要取得了以下三方面的学术业绩：（1）利用自主设计合成的手性配体和金属催化剂发展了多种类型的高效催化合成多种手性硅杂环化合物的有效途径，如钯催化含硅四元环与环丙烯类化合物的开环扩环反应以及铑/铜共催化含硅四元环与炔酯类化合物的开环扩环反应等硅-碳键构建新反应；（2）利用过渡金属活化硅-碳键或硅-氢键的独特模式，成功发展出新型高效高选择性构建硅-碳键的新型硅氢加成反应，如不对称钯催化马来酰亚胺的硅氢加成反应以及不对称铑催化构建硅手性中心的硅氢加成反应等新体系，为合成含硅杂环化合物或官能化有机硅分子提供了新策略新方法；（3）基于具有自主知识产权的新配体，如Ar-BINMOL-Phos, TFSi-Phos等，发展了多种类型的过渡金属催化分子内环化反应，建立合成硅杂环化合物的若干新方法，并在新型手性配体应用于不对称催化硅杂环化反应的构效关系研究上取得新认识，为进一步发展金属催化构建硅-碳键的新反应过程或设计高效催化体系奠定了理论基础。 . 基于上述工作累计在Acc. Chem. Res., Nature. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等发表了37篇高质量研究论文，授权专利4项，在项目执行期间获得省部级自然科学奖2项以及中国氟硅行业先进科技工作者等科技成果奖或荣誉，培养毕业研究生22名，项目负责人先后入选杭州市万人计划科技创新领军人才和浙江省万人计划杰出人才计划，负责的“有机硅化学创新团队”入选为浙江省高校高水平创新团队。