新型手性Lewis酸碱双功能催化剂的设计、开发以及在催化不对称贫电子烯烃与叶立德环丙烷化反应中应用的研究

本项目计划模拟不对称双功能催化机制，研发系列手性Lewis酸碱双功能催化剂，针对基于催化不对称叶立德与贫电子烯烃的环丙烷化反应目前尚未解决的催化活性和立体选择性控制的难题开展研究。我们期望设计的手性催化剂具备以下双重功能：第一、催化剂Lewis酸碱活性中心能分别活化和稳定贫电子烯烃和叶立德。此外，这些活化作用结合手性配体骨架还可能营造一个良好的手性诱导环境，提高反应的立体选择性。第二、这样的Lewis酸、碱双功能催化剂可以稳定反应过程中产生或已有的部分电荷，从而稳定反应的过渡态，降低反应能垒，提高催化活性。计划首先开发系列基于手性双噁唑啉配体骨架设计的新型手性Lewis酸碱双功能催化剂，表征其结构并通过模型反应筛选出一个优秀的体系进而完成催化剂优化改造，力图研发一个高效实用的新型手性Lewis酸碱双功能催化体系，成功应用到叶立德与贫电子烯烃的催化不对称环丙烷化反应中。

根据本项目申请书所陈述的研究目标及计划，我们力图采用不对称双功能催化机制，解决催化不对称碲叶立德与贫电子烯烃的环丙烷化反应目前尚未解决的催化活性和立体选择性控制等难题开展了研究工作。首先，我们分别对Lewis酸，Lewis碱在不对称碲叶立德环丙烷化反应可能起到的调控作用进行了初步研究。其次，采用亚稳定的碲叶立德与贫电子烯烃（肉桂酸甲酯）的环丙烷化反应，我们考察了上述Lewis酸、碱功能单元对该反应的活化作用以及调控机制。第三，合成了系列具有手性骨架结构的新型手性Lewis 酸碱双功能催化剂并研究和考察了其在亚稳定的碲叶立德与贫电子烯烃（肉桂酸甲酯）的环丙烷化反应的活化作用以及调控作用。研究结果显示：1）Lewis酸如MgBr2•Et2O等，可以实现手性碲叶立德与α, β-不饱和酯的不对称环丙烷化反应的立体选择性调控；2）部分Lewis碱如HMPA等可以稳定碲叶立德活性中间体，促进了环丙烷化反应的进行；3）上述Lewis酸、Lewis碱对亚稳定的碲叶立德与贫电子烯烃的环丙烷化反应的调控作用不明显；4）尽管具有Lewis 酸碱双功能结构单元，合成的具有手性骨架的Lewis 酸碱双功能催化剂在亚稳定的碲叶立德与贫电子烯烃的环丙烷化反应中的活化作用以及调控作用也不明显。我们对其可能的原因也进行了总结。此外，在对上述Lewis碱、酸催化作用机制深入的理解的基础上，我们对Lewis碱、Lewis酸催化的其他类型的新反应、新方法进行了尝试。例如：第一、首次报道了Lewis碱催化的多组分串联反应合成高度官能团化且具有季碳中心的腈醇以及α-氨基腈类化合物以及相关的工作；第二、首次采用Lewis碱催化方式实现了分子内烯烃的碳氰化反应, 高效合成了高度官能团化的具有β-位季碳中心的腈类化合物；第三、首次报道采用手性双功能Lewis碱催化剂高效、高立体选择性的实现了1,1-二取代-1,2-二氢异喹啉的合成。上述研究工作为我们进一步探索Lewis酸碱双功能催化机制在催化以及催化不对称反应中的应用奠定了基础。