新型含氮双官能团催化剂的设计及其在不对称合成中的应用

The bifunctional chiral catalysts have two features,that is, high catalytic activity and high selectivity. Especially, those bifuncational chiral catalysts containing Lewis acid and H-bond acivating sites are mimics of some natural enzymes. This project aims to design and synthesize some new bifunctional chiral ligands to improve the traditional reactions and to develop some new reactions. Meanwhile, the reuse of the catalysts will be reached by the loading of the catalysts on the nano-metals or metal-organic frameworks (MOFs),increasing the TON. Besides,the ligands were assembled into MOFs with the metal ions as nodes, generating chiral cavities as the chiral micro-reactor. At the same time, the metal nanoparticles are encapsulated into the cavities to both catalyze asymmetric conversion and enhance the catalytic efficiency as well as the selectivity of the reaction substrates. Overall, the synergetic combination of the bifunctional catalysts,the template loading, the employment of nano-metals and the postsynthetic modification of MOFs will improve the asymmetric organic synthesis remarkably.

双官能团手性催化剂具有高活性和高选择性等优良特性，特别是含有Lewis酸和氢键给体活化位点的双官能团手性催化剂应该更接近于酶催化。本课题以天然氨基酸为基本手性源，设计并合成一些新型双官能团手性配体，用于改进传统有机反应并发展新型有机反应及相关天然产物类似物的合成。同时，将发展的双功能团均相手性催化剂通过纳米金属或者金属有机超分子（MOF）负载，努力实现手性催化剂的回收和循环利用，提高反应转化效率。此外，将发展的双功能团配体通过金属离子结点组装成 MOF，并生成手性孔道，诱导出微手性环境，同时将纳米金属引入孔道，既能实现不对称转化又能充分利用纳米金属较高的催化效率以及MOF孔道对反应底物的高选择性。总之，通过双功能团手性配体的设计和合成，模板负载，纳米催化的协同使用，MOF 后修饰模版手性催化等有机组合，将不对称有机合成提高到一个新的层次。

不对称合成在新药研制和发展，功能材料的开发和应用等方面具有非常重要的作用。然而，不对称合成对反应条件要求非常苛刻，如无氧无水，低温等。尤其是手性配体的来源价格昂贵，而且不易大量获得。这些都限制了不对称合成的发展和应用。本课题利用天然氨基酸为基本手性源，设计并合成一些新型双官能团手性配体，用于发展新型有机反应及相关天然产物类似物的合成，在以下几个方面取得重要进展。.（1）.从简单易得的氨基酸出发，合成了一系列耐水的相转移手性催化剂，并成功应用于水相不对称Henry反应和Friedel-Crafts烷基化反应。避免了大量有机溶剂的使用，符合绿色化学的要求。并利用新发展的催化剂实现β,γ-不饱和α-酮酯和硝基烷烃的不对称Henry反应。.（2）.发展了不对称Michael加成反应，实现硝基烷烃对不饱和的羰基吡啶氮氧化合物的室温不对称加成。该类化合物易于衍生化为生物活性分子，同时含有吡啶氮氧的化合物在药物化学中有较多的应用。.（3）.实现吡咯对不饱和酮酯的Friedel-Crafts不对称烷基化反应，并且通过简单的加成产物衍生化，获得含吡咯环取代的七元环手性化合物。该类化合物的骨架是抗癌抗肿瘤药物分子的类似物，具有潜在的药效功能。.（4）.通过增加催化剂中的氢键效应，实现酮对酮亚胺的不对称Mannich加成反应和酮对半氨醛的不对称脱水的Mannich反应，得到含氟烷基化的季碳手性中心的加成物。加成产物经过简单衍生化就可得到beta-分泌酶抑制剂的类似物。.（5）.实现苯酮醛和Danishefsky二烯的杂Diels-Alder的不对称加成,构建了氟烷基取代的含三个手性中心的哌啶醇结构。手性哌啶环骨架广泛存在于多种天然产物和药物分子中，而在药物分子中引入氟原子通常可以大幅度提高药物的活性。该类化合物是记忆增强剂的类似物。..从易得的氨基酸出发，合成了一些新型手性配体。在此基础上，发展了一系列的不对称合成方法，高产率、高对映选择性的得到很多天然产物类似物。为药物化学和功能材料的发展奠定了基础。