有机催化可见光敏化分子氧的不对称氧化反应研究

As one of the most important process to produce chiral hydroxy, organcatalytic enantioselective oxidization play a vital role in the fields of asymmetric organocatalysis. Because of the limit of oxidants, there are some deficiencies in asymmetric oxidization. For example, some oxidation reaction need lower reaction temperature, longer reaction period and difficult to control. Thus, new type of asymmetric oxidation methodologies characterized by low environmental impact, reduced costs of energy, high atom-economy need to be established by using novel oxidants. In this project, photosensitized oxidation, an advanced oxidation processes using molecular oxygen as oxidant and visible light as energy, was applied to the field of organcatalytic enantioselective oxidization. In order to reveal the law of the interrelationship between organocatalysts, photosensitizers, substrates, solvents, reaction activity and enantioselectivity, organocatalytic enantioselective photooxygenation of β-keto esters was used as the model reaction. Then investigating the transformation means of molecular oxygen and expanding the substrates scope. This project aims to ensure photosensitized oxidation and organcatalytic enantioselective oxidization can work together efficiently, and further to establish the theoretical foundation for the development of low environmental impact, reduced costs of energy, high atom-economy organcatalytic enantioselective photosensitized oxidation with high efficiency, high activity and high enantioselectivity.

有机催化的不对称氧化反应是直接构建手性羟基化合物的重要反应之一，在不对称有机催化领域有着重要位置。目前只有少数氧化剂可用于该反应，受到氧化剂类型的限制，有机不对称氧化反应还存在反应难以控制、反应时间长、温度低等问题，因此急需开发新型氧化体系，实现条件温和、低能耗、原子经济性的绿色有机不对称氧化过程。 可见光光敏氧化是以易得、绿色、廉价可见光为源，激活分子氧作为氧化剂进行氧化。本项目创新性的将可见光光敏氧化方法应用到有机催化的不对称氧化体系中，以β-酮酸酯类化合物的不对称α-羟基化为模型反应，探索催化剂结构、光敏剂结构、底物结构以及溶剂效应对反应活性和对映选择性的关系，明确分子氧的活化形式与转化途径，扩展底物适用类型，揭示光敏化氧化体系与有机不对称催化体系之间的相互作用规律，实现两个反应体系的协同作用，为应用分子氧和可见光的绿色原子经济性的不对称光敏化氧化反应奠定理论基础。

可见光和氧气都是自然界中含量丰富、绿色、无污染、廉价、可再生的资源，研究高效、高选择性的实现可见光敏化空气中分子氧的不对称氧化反应具有极高的原子经济性、理论意义和应用价值。.围绕有机催化可见光敏化分子氧的不对称氧化反应这一核心内容。建立在可见光驱动下，光敏化分子氧氧化β-酮酸酯不对称α-羟基化作为“模型反应”。 .（1）金鸡纳碱骨架催化剂的过氧化物氧化研究。利用过氧化氢异丙苯和双氧水为不同氧化剂可以控制α-羟基化产物的构型，最高获得S构型99%收率和98%ee值，R构型96%收率和87%ee值。.（2）金鸡纳碱骨架催化剂的光催化氧化研究。在可见光驱动下，最高获得98%收率和90%ee值。在光催化微通道反应器中停留时间3min，获得99%转化率和87%ee值。.（3）光活性双功能有机催化剂的设计。创新性的将光敏基团与有机催化剂结合，设计具有光活性的双功能有机催化剂。最高获得97%收率和86%ee值。.（4）胍类骨架催化剂的光催化氧化研究。创新性发现胍类具有可见光催化氧化活性，实现α,β-不饱和酮的环氧化，最高获得94%收率。在光催化微通道反应器中停留时间缩短90%，收率91%。.（5）有机二硫小分子的光控选择性反应的研究。开发一种使用二硫化物作为光敏“开关”实现β-二羰基化合物选择性的α位C-H键官能化反应的方法。.（6）Salan骨架催化剂的光催化氧化研究。利用Salan-Cu(II)络合物催化剂，在可见光驱动下，最高获得95%收率和96%ee值。利用Salan-Zr(IV)络合物催化剂和过氧化氢异丙苯为氧化剂，最高获得99%收率和98%ee值。.揭示了有机催化的不对称光敏氧化反应机制，为可见光和分子氧的不对称光敏化氧化反应和工业应用奠定理论基础。.本研究按期完成项目计划、研究内容，完成了预期研究成果。发表SCI论文10篇、其中7篇IF>4，EI论文2篇，国际会议论文3篇，国内会议论文7篇，申请国家发明专利10项。从事相关研究毕业博士1名、硕士2名，在读博士4名、硕士2名。相关工作获得同领域学者高度赞扬（“first”，“single”），相关文章合计被引用48次。总之，该项目达到了原计划书中的各项指标。