硼烷催化的不对称氧化还原反应研究

Chiral borane catalytic systems have been recognized as one of the most exciting research field in recent years, since they could be employed in metal-free transformations include enantioselective hydrogenation reactions, hydrosilylation reactions. However, compared to transition metal catalysis, borane catalysis has great opportunities for further in-depth studies. On the other hand, the direct functionalization of a C(sp3)-H bond of aliphatic amines to form a new C-C bond is an attractive transformation in organic synthesis. Several methods have been developed in this area, but metal-free and oxidants free direct functionalization of aliphatic amines was rarely reported. In order to promote the development of asymmetric borane catalysis, we will synthesize a series of new chiral borane catalysts. Then chiral borane catalyzed novel asymmetric redox-neutral reactions to direct functionalize α-C(sp3)-H bond of aliphatic amines will be systematically investigated. Additionally, the application of borane catalyzed redox-neutral reactions in green direct β-functionalization of aliphatic amines and synthesis secondary amines, which using borrowing hydrogen principle will also be studied. These studies will undoubtedly enrich the borane catalysis, provide new solutions to develop novel reactions for the modification of N-containing drugs and synthesis of bioactive compounds.

硼烷催化因为在替代过渡金属催化方面的优势，近年来成为了热门的研究方向之一，但相比于过渡金属催化的反应类型，硼烷催化体系还有很大的应用空间。另一方面，脂肪胺的直接官能团化具有良好的步骤经济性，但是现有的方法存在金属残留和原子经济性差等亟待解决的问题。基于以上问题，本项目拟设计合成骨架新颖的手性硼烷催化剂，研究硼烷催化的不对称氧化还原反应新途径，并将其应用于脂肪胺α位惰性C(sp3)-H键的活化转化中，发展非金属催化、无需外源氧化剂的脂肪胺α位直接不对称官能团化新方法，探索步骤经济性和原子经济性合成手性胺类衍生物的新思路。同时，基于借氢反应策略，研究硼烷催化的氧化还原反应在脂肪胺β位直接官能团化和仲胺合成中的应用。这一项目的成功实施，对于丰富和发展硼烷催化体系、发现新反应途径等研究方向具有重要意义，且能高效实现脂肪胺类药物的后期不对称修饰，为筛选具有生理活性的化合物提供广泛的物质基础。

硼烷催化脂肪胺类化合物惰性C-H键直接官能团化近年来成为有机合成的热门研究方向之一。这一新颖活化模式无需过渡金属参与，无需添加外源氧化剂，反应条件相对温和，对高效绿色合成复杂胺类化合物具有重要意义。本项目按照研究内容和计划，首先研究了硼烷催化的环状叔胺惰性β-C-H键的直接官能团化，基于“借氢反应”策略，成功实现了吡咯烷与靛红衍生物之间的氧化还原中性反应，以高收率和高顺反选择性得到了一系列包含C(3)-取代的吡咯烷衍生物；该催化体系在较高温度下可以实现进一步的脱氢反应得到取代的吡咯衍生物，为C(3)-取代吡咯烷衍生物的合成提供了新方法。随后，本项目发展了硼烷催化取代苯胺与贫电子炔烃之间的氧化还原中性环化反应，实现了取代苯胺精准双官能团化，高效构建了一系列多取代喹啉衍生物，该反应经过了Friedel-Crafts/[1,5]-氢迁移/Mannich环化串联过程，具有良好的原子经济性和步骤经济性。本项目还研究了硼烷活化芳基重氮乙酸酯的反应模式，实现了硼烷催化芳基重氮乙酸酯与二烷基苯胺之间的芳基化反应，以良好的收率合成了一系列二芳基乙酸酯类化合物，这一非过渡金属催化的C-H插入反应为构建各种二芳基乙酸酯类化合物提供了一种新方法。在不对称合成方面，本项目合成了一类骨架新颖的手性硼烷催化剂，并探索了其在脂肪胺α位不对称直接官能团化反应中的应用，该催化体系在进一步的优化中；同时，本项目发展了丰产金属Ni/Cu共催化体系，实现了非活化炔烃与烯基碳酸乙烯酯衍生物之间的不对称烯丙基炔基化反应，为手性烯炔醇和烯炔胺衍生物的不对称合成提供了新的方法。本项目所取得的研究成果，不仅丰富和发展了硼烷催化体系，而且解决了部分胺类化合物合成中存在的金属残留和原子经济性差等问题，为脂肪胺类药物的绿色合成及高效后期修饰提供了思路。