重点项目“新型手性催化剂研究”通过专家验收

日期 2006-04-14　来源：情况交流　作者：化学科学部杜灿屏翟宏斌梁文平　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　2006年1月8日，国家自然科学基金委员会组织有关专家对南开大学周其林教授主持的“十五”重点项目“新型手性催化剂研究”进行了结题验收。专家组一致认为，该项目的研究工作丰富了手性催化剂的种类，促进了不对称催化合成化学的发展。　　在不对称催化合成方法学研究中，手性配体及催化剂的设计合成是最为关键的问题，也是国际上最为活跃的研究领域之一。因为在不对称催化合成中，只需极少量的催化剂就可以控制产生大量所需构型的手性产物分子。近年来这一领域取得了很大的进展，各类的手性配体及催化剂已达数千个，但是还存在许多问题。如：手性催化剂大部分只对特定的反应、甚至特定的底物有效，没有广泛适用的万能手性催化剂，而且多数手性催化剂转化数较低，稳定性不高，难以回收和重复使用等等。因此，如何设计合成高效、新型的手性催化剂，探讨配体和催化剂设计的规律，解决手性催化剂的选择性和稳定性，以及研究手性催化剂的设计、筛选、负载和回收的新方法，发展系列重要的不对称反应是不对称催化研究领域面临的新挑战。　　4年来，周其林研究组围绕手性催化剂的设计、合成与筛选，手性催化剂的活性、选择性、稳定性等关键问题进行了深入的研究，取得了一些重要成果。　　1.设计合成了具有全新螺二氢茚和咪唑啉酮骨架结构的手性单齿磷配体，并在铑催化a-脱氢氨基酸酯、b-脱氢氨基酸酯、衣糠酸酯和烯酰胺化合物的氢化反应中表现出很高的对映选择性和催化活性，为天然和非天然的手性氨基酸及其中间体的合成提供了一条新的有效途径。手性螺环双膦配体在芳基酮、a-芳基环酮、杂环酮、a，b-不饱和酮及羧酸等的催化氢化反应中显示了迄今最好的对映及非对映选择性和很高的催化活性，为合成光学活性的醇和羧酸以及手性天然产物和药物的重要中间体提供了高效、实用的方法。　　2.将自己发展的具有二茂铁和噁唑啉结构单元的手性钯催化剂应用于二氢呋喃、二氢吡咯等底物的不对称Heck反应，利用配体的电子效应实现了反应区域选择性的调控。将含多种手性元素的二茂铁配体应用于钯催化烯丙位的烷基化和胺基化反应，取得了很高的区域和对映选择性，并成功地应用于合成手性季碳化合物。利用手性二茂铁类型的配体，首次实现了简单开链酮烯醇离子为亲核试剂的钯催化高对映选择性的烯丙位取代反应。　　3.利用组合化学方法，基于不对称活化、毒化、非线性效应以及高通量筛选和评价方法，发展出多个新型、高效的手性Lewis酸催化剂体系；运用双组分配体修饰金属离子的策略，通过分子识别与组装建立手性催化剂库。应用上述方法在杂Diels-Alder反应、羰基-烯反应等Lewis酸催化的不对称反应中筛选出多个高活性、高选择性的反应体系，使得这些反应的效率和选择性都比文献方法提高了一至几个数量级。　　4.利用树状大分子与小分子结构与性能的差异，实现了手性催化剂的简便分离和回收。根据树状大分子形成的微环境以及树状分子载体本身的立体效应，调节催化活性，从而提高了催化剂的活性和立体选择性。设计合成了催化活性中心处于核心或外围的、结构确定的树状分子，并将其应用于不对称催化氢化等反应中。在一些反应中不但实现了手性催化剂的重复使用，而且得到了比相应小分子催化剂更高的选择性。发展了一种具有广阔的应用前景的新型“均相催化，两相分离”不对称催化氢化反应体系。　　5.基于超分子化学原理，提出了手性催化剂的自组装概念，发展了多种有机－无机超分子组装而成的自负载手性催化剂。这些催化剂在非均相催化氢化、氧化和羰基-烯等不对称反应中表现出优异的对映选择性，并具有制备方法简便、重复性好、稳定性高、结构高度均一、可调以及容易回收等优点。上述研究为发展实用型手性催化剂提供了新思路。　　项目实施以来共发表SCI论文102篇，其中包括Acc. Chem. Res. 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 5篇，J. Am. Chem. Soc. 6篇。这些高水平的研究论文在国内外产生了较大的影响，目前已经被他人引用669次。申请中国发明专利14项，获得专利授权5项；在国内外学术会议上做邀请报告51次；培养了博士生24人，硕士生7人；获得2002年度国家自然科学奖二等奖1项，2004年度礼来公司Lilly Scientific Excellence Award in China 1项，中国化学会有机化学委员会 2005年度有机合成创造奖1项，Synthesis/Synlett杂志2005年度Journal Award 1项；周其林研究组中有两人分别为2002年度和2003年度国家杰出青年科学基金获得者。