结构明确的高效芳氧基功能化手性脯氨醇基稀土金属催化剂的开发及其在不对称催化反应中的应用

The reactivities of the rare-earth metal compounds depend on not only the central metals but also the structures of ligands, so it is critical to design and synthesize the desired ligands bearing the substituents with the appropriate steric and electronic effects. . Based on the good chiral induction of L-prolinol and the excellent performance of rare-earth metal compounds in organic synthesis, our strategy is to prepare a series of phenoxy-functionalized prolinols with various substituents, which are easy to be modified, and to synthesize the corresponding structurally characterized rare-earth metal compounds. The investigations on the applications of these compounds in asymmetric catalysis, especially in enatioselective epoxidations, enatioselective ring-opening reactions and asymmetric additions of unsaturated aldehydes and ketones with P-containing nucleophiles will be carried out. Furthermore, we will focus on the relationship between the steric and electronic effects of these chiral rare-earth compounds and their reactivities and stereoselectivities. The interaction of new chiral rare-earth metal catalysts and the substrates, and the catalytic mechanism of these chiral catalysts at the molecular level will be explored via separating and charactering the structures of the key intermediates. This project will provide theoretical guidance for the design of more efficient chiral rare-earth metal catalysts and further develop the applications of rare-earth metal — a kind of strategic resources in our country, in asymmetric synthesis.

稀土金属有机化合物的反应性能取决于稀土金属及配体的结构，因此设计合成具有所需空间位阻和电荷效应的配体是稀土金属催化剂设计中的一个关键问题。. 本项目基于脯氨醇自身良好的手性诱导性能，以及稀土金属配合物在催化有机合成中的优异表现，利用芳氧基功能化脯氨醇的结构容易修饰的优点，合成一系列具有不同空间位阻和电荷效应的芳氧基功能化脯氨醇配体，进而合成具有明确结构的新型手性稀土金属配合物；研究它们催化不对称环氧化、不对称开环和含磷试剂对不饱和醛酮的不对称加成等反应的活性和立体选择性；重点研究手性稀土金属配合物的结构对其反应活性和立体选择性的影响规律，通过分离鉴定中间体的结构等手段，探索手性稀土金属催化剂-底物之间的作用机制，从分子层面阐明这些手性稀土金属催化剂催化不对称有机反应的机理和催化循环过程，为设计合成高效手性稀土金属催化剂提供理论指导，拓展我国战略资源稀土金属在不对称有机合成中的应用。

基于金属参与的不对称有机合成反应是当前相当受人关注的研究领域。本项目利用芳氧基功能化脯氨醇结构容易修饰的优点，结合稀土金属配合物在催化有机合成中的优异表现，合成了一系列具有明确结构的新型手性芳氧基功能化脯氨醇稀土金属配合物，开发了它们在不饱和酰胺的不对称氢膦化反应，不饱和酮的不对称Michael加成、不对称硼氢化还原反应和不对称环氧化反应等的应用。.研究中，我们发现手性配体对于不对称反应的对映选择性控制至关重要。为寻求更高的手性控制，我们还合成了手性Salen配体，手性Trost配体和手性TADDOL配体，用于合成相应的稀土金属配合物，并进行结构的表征。进而考察它们在不对称环氧化，不对称硼氢化和不对称环化/胺化等反应中的活性。.重点研究这些手性稀土金属配合物的结构对其反应活性和立体选择性的影响规律，通过分离鉴定反应中间体的结构，原位反应核磁跟踪等手段，探索手性稀土金属催化剂-底物之间的作用机制，从分子层面阐明这些手性稀土金属催化剂催化不对称有机反应的机理和催化循环过程，为继续设计合成新的高效手性稀土金属催化剂提供理论指导，拓展了我国战略资源—稀土金属在不对称有机合成中的应用。.此外，我们还继续研究了酰胺基二价稀土胺化物在CO2参与的成环反应中的应用，也开发了高活性的稀土硅胺化物在合成胍、异脲、喹唑啉酮等的应用。.项目执行期间，在国内外SCI期刊上发表研究论文11篇，其中二区7篇，影响因子大于3的论文10篇，授权发明专利6项，申请发明专利9项。.我们圆满完成既定任务，也使得稀土金属配合物在有机合成，特别是在不对称合成领域的研究向前迈进了一大步。