Lewis碱/金属配合物协同催化不对称环化反应研究

Recently, the cooperative catalysis combining organocatalysis and metal catalysis has been attracting much attention, as it can realize many reactions that could not be achieved by either organocatalysis or metal catalysis solely. Although great progress has been made in this field, cooperative catalysis still suffers from narrow substrate scope. Therefore, development of novel cooperative catalysis which can broaden substrate scope is of great importance. On the other hand, the transformations of MBH derivatives or allenoates have been limited to either Lewis base catalyst or metal catalyst for decades because of compatibility and chemoselectivity. Here, we aim to develop a Lewis base/metal cooperative catalysis, under which the Lewis base could activate MBH derivatives or allenoates and the metal catalyst would activate other allylic alcohol derivatives respectively, realizing a diversity of challenging asymmetric annulations to construct diverse polycyclic frameworks with multiple stereogenic centers. Moreover, the newly developed Lewis base/metal cooperative catalysis can be applied to the transformations of other unsaturated substrates (such as activated olefins, ynones, et al), providing opportunities for discovering new reaction pathways.

有机小分子/金属协同催化，由于集有机催化和金属催化能力于一身而能完成单一催化剂所无法实现的反应，近年来成为不对称领域的研究热点。尽管多种有机小分子/金属协同催化体系被开发出来，但是其活化的底物仍然有一定的局限。因此设计和建立新的高效协同催化体系，改变已有体系对底物类型的限制，具有重要的意义。多年来，由于叔膦、叔胺与金属催化的兼容性及化学选择性等问题，MBH衍生物、联烯酸酯类底物的转化主要局限于单一的催化体系（Lewis碱或金属）。本项目旨在发展一种Lewis碱/金属配合物协同催化体系，能够高化学选择性地实现Lewis碱活化MBH衍生物或联烯酸酯类底物，而金属催化剂活化另外的底物；进而实现具有挑战性的不对称环化反应，高效、高立体选择性地构建含多手性中心的多环骨架化合物。该协同催化体系还可被广泛运用于其他多种不饱和底物中（如活化烯烃、炔酮等），为发展这些底物新的反应化学和反应途径提供可能。

有机小分子/金属协同催化由于集有机催化和金属催化能力于一身而能完成单一催化剂所无法实现的反应，成为近年来不对称合成领域的研究热点。尽管众多有机小分子/金属协同催化体系已被成功开发，但由于亲核性Lewis碱与金属的相容性问题，而对二者所构成的协同催化体系的研究相对较少。.在本基金项目中，我们发展了一种较为通用的Lewis碱/金属协同催化体系，实现了Lewis碱高化学选择性地活化靛红衍生的Morita–Baylis–Hillman (MBH)碳酸酯，金属催化剂活化另一种烯丙醇酯；二者所生成的中间体有序地发生不对称[4+3]、[3+3]或1,1-双官能团化等多种反应，高效地构建了一系列结构复杂且多样的产物。而且通过合理的催化剂配伍，实现了部分反应非对映选择性的调控，从相同的原料出发立体多样性地合成了一系列非对映异构体，为生理活性的筛选提供了丰富的物质基础。.基于对双重催化领域的深入了解和靛红MBH碳酸酯化学反应性的合理分析，我们还首次实现了金属钯活化靛红MBH碳酸酯生成烯丙基钯复合物，然后在Brønsted碱的催化下与邻羟基苄叉丙酮发生多次串联反应，最终生成吲哚醌螺四氢二苯并呋喃骨架化合物。此外，还发展了零价钯催化下三亚甲基甲烷 (trimethylenemethane，TMM) 中间体新型的双去质子化反应途径和烯烃的直接氧化亲核性烯丙基化反应途径；而将钯的经典催化模式与新近发展的π-Lewis碱催化模式相结合，我们实现了多种自动串联反应。.总的来说，该项目的成功实施，拓展了现有协同催化体系对底物类型的限制，为复杂多环化合物的合成提供了新的方法。而钯催化下一些新反应模式和自动串联反应的研究，丰富了现有金属催化化学，为后续研究奠定了基础。