不对称钯催化C-C/Si键断裂的双官能化反应及其催化机制研究
批准号:
22072035
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
徐利文
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐利文
中文摘要
手性物质的精准构筑及其相关催化反应机制是均相催化中的核心科学问题之一,仍然存在许多悬而未决的问题,其中基于碳-碳/硅键催化断裂过程精准构建手性中心就一直面临着难以控制、手性转移效率不高等难题。因此,申请人期望基于具挑战性的碳-碳/硅键断裂策略,探索不对称钯催化转化新反应过程:(1)利用廉价易得的手性配体发展出构建含功能化基团或季碳/硅手性中心的高效催化方法,为探索钯催化合成重要手性分子(包括含类似结构单元的手性高分子)提供新策略。(2)利用钯催化活化碳-碳/硅键的独特模式发展出新型高效高选择性双官能化反应,在开发高效的新型催化剂和新反应手性调控上取得原创性成果。(3)在捕获手性高价钯物种及其催化断裂碳-碳/硅键反应的构效关系研究上取得新突破,揭示反应过程中手性产生、传递、放大和调控的机制和规律,阐明手性钯催化剂的结构与功能的关系,以此为依据不断更新设计具有更加完美的立体选择性反应过程。
英文摘要
The precise and stereoselective construction of chiral molecule and material, and its related reaction mechanism are one of the core scientific problems in chiral science. At present, there are still many unresolved problems, including the catalytic asymmetric construction of the carbon stereocenters based on carbon-carbon bond or carbon-silicon bond cleavage has been faced with the difficulty of controlling stereoselectivity and low reaction efficiency. Therefore, the applicants expect to explore a novel and challenging enantioselective palladium-controlled reaction process to construct a new carbon stereocenters based on a desymmetrization strategy through carbon-carbon bond or carbon-silicon bond cleavage: (1) To develop a highly efficient process for stereoselective construction of optically pure substances containing functional groups or quaternary carbon/silicon stereocenters by inexpensive and readily available chiral ligands and palladium catalysis, which will provide new knowledge and technical reserves for exploring catalytic synthesis of important chiral molecules, including chiral polymers containing the same structural units. (2) The determination of unique mode of catalytic activation of carbon-carbon bonds and carbon-silicon bond by palladium for highly efficient bifunctionalization-based ring-opening and ring-expansion reaction, which will be distinctive results in the development of new concepts and strategies for asymmetric catalysis. (3) To achieve a new breakthrough in the study of the structure-activity relationship for asymmetric palladium-catalyzed reactions involving carbon-carbon bond or carbon-silicon bond cleavage, and continue to revealing the mechanism of chirality transfer and chirality amplification in the related reaction. The law established in these works can clarify the relationship between the structure and functionality of the chiral palladium catalyst, and will be beneficial to the design of much more efficient catalyst systems with perfect stereoselectivity in palladium-catalyzed carbon-carbon and carbon-silicon bond activation.
本项目实施以来,始终围绕碳-碳/硅键的催化断裂及其化学键重组过程中精准催化构筑单一镜像异构体等核心科学问题,聚焦于探索不对称钯催化碳-碳/硅键断裂为核心过程的转化新反应体系,取得的主要成果如下:(1) 设计并合成出可用于组装多类新型钯催化体系的膦配体,包括含膦、氮、氧等多官能团多手性中心的新型手性膦配体,并结合钯催化碳-碳/硅键断裂及其转化反应的评价,最终开发了一系列可用于过渡金属催化反应体系的新配体结构;(2) 较为系统性地建立了一系列构筑季碳手性中心和硅手性中心等催化反应体系。如在催化断裂碳-碳单键方面,设计含高张力结构的环丁酮化合物,研究其碳-碳键等断裂过程的官能化反应,成功实现了不对称催化构建季碳手性中心的新方法,并在断键过程中顺利引入各种官能化基团。在钯催化碳-碳键断裂过程的基础上,重点以硅杂环丁烷或苯并含硅杂环为模型反应底物,系统研究了钯催化碳-硅键断裂反应,设计合成了一系列硅杂环化合物,最终建立了可实现含季碳或硅手性中心的新反应体系;(3)结合实验数据合理解释了新型手性配体及其钯催化中心的手性传递作用,阐明了手性钯金属配合物的结构片断在立体位阻和电子效应方面对不对称诱导性能的影响,同时结合具体反应的研究数据与DFT等理论计算,揭示反应过程中手性钯催化剂的结构与功能的关系,并将催化机制的研究成果用于新反应的设计,从而进一步设计出新颖的过渡金属催化反应体系。总之,项目执行期间,发展了一系列新型手性钯催化体系,解决了多种含季碳/硅手性中心的高立体选择性构建难题,并为其它类型的过渡金属催化构建硅手性中心的反应研究提供了可借鉴的思路,形成了相互支撑相互补充的催化断裂碳-碳/硅键的体系化研究成果。基于上述工作累计发表学术论文41篇以及多项授权专利,负责人获得第六届中国均相催化青年奖、中国氟硅协会杰出成就奖等科技奖励或荣誉称号。
硅氢键活化及其导向催化构建硅手性中心的新反应新策略研究
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批准号:22371060
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:徐利文
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依托单位:
过渡金属催化Si-H键官能化反应及其选择性合成手性硅烷的研究
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批准号:LZ23B020002
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2023
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负责人:徐利文
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依托单位:
导向催化构建硅-碳键的不对称催化扩环/环化反应研究
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批准号:21773051
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2017
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负责人:徐利文
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依托单位:
含杂原子功能化手性硅烷的不对称催化合成及其应用
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批准号:21472031
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项目类别:面上项目
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资助金额:88.0万元
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批准年份:2014
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负责人:徐利文
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依托单位:
新型手性MFMC催化体系的可控组装构建及其不对称催化氟硅转化反应的研究
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批准号:21173064
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2011
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负责人:徐利文
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依托单位:
含伯胺活性中心的多功能复杂体系手性催化剂的合成与应用
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批准号:20973051
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2009
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负责人:徐利文
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依托单位:
国内基金
海外基金