吲哚骨架构成了众多天然产物、药物、农药、功能材料的核心结构单元, 所以, 手性吲哚类化合物的高效、高对映选择性合成已经成为有机化学领域的重要研究内容之一. 由于传统的吲哚反应性单一, 其参与的催化不对称反应类型有限, 导致所构建的手性吲哚骨架的类型单一. 为了解决这些挑战性问题, 化学工作者通过在吲哚环上引入简单的官能团, 得到一系列官能团化的吲哚衍生物, 即吲哚类平台分子, 作为构建手性吲哚骨架的高效合成砌块. 其中, 2-吲哚甲醇是一类重要的平台分子, 其设计思路是通过在吲哚环的C2位引入羟甲基来改变吲哚环的反应性和反应位点. 该类平台分子既可以作为亲电试剂, 又可以作为亲核试剂, 还可以作为多碳合成砌块参与催化不对称反应. 所以, 2-吲哚甲醇平台分子的设计与开发, 为手性吲哚类化合物的高效、高对映选择性合成提供了新策略. 归纳并评述了该类平台分子参与的催化不对称反应的研究进展, 将为新型吲哚类平台分子的设计与应用提供新的思路.

手性广泛存在于众多天然产物和药物分子中, 由于对映体之间具有不同甚至是相反的生理活性, 获得光学纯的手性化合物具有重要的研究意义. 去消旋化是获得单一对映体最直接、最有效和最原子经济的途径, 而新兴的光催化去消旋化由于其高效性更是备受瞩目. 综述了光催化去消旋化最新的研究进展, 并对该领域未来的研究前景进行了展望.

氧/氮杂环丙烷是一类重要的三元杂环结构, 由于三元环环张力较大, 因此具有较高的反应活性. 过渡金属催化下氧/氮杂环丙烷的不对称开环反应是一种高效构建含氧、氮杂原子手性分子的策略. 通过该策略可以构筑一系列手性醇、胺及相应杂环化合物. 综述了近二十年来过渡金属催化氧/氮杂环丙烷的不对称开环反应研究进展, 重点讨论了过渡金属催化剂、亲核试剂和配体的类型等因素对不对称开环反应的影响, 探讨了其反应机制及其在有机合成化学中的应用, 并对该领域的发展方向进行了展望.

近年来, 可见光催化不对称合成已在快速构筑结构多样的光活性有机分子上展现了相当的潜力. 手性Lewis酸(CLA), 如手性硼烷化合物、镧系配合物、第一过渡系金属配合物、金属中心手性铱及铑配合物等, 能有效控制可见光驱动自由基反应过程的立体化学. 按照手性Lewis酸双功能催化和手性Lewis酸/可见光催化剂协同催化这两种主要反应类型, 简要介绍了这一领域的最新进展, 以期促进有机合成、光催化、不对称催化领域的发展.

烯烃是简单易得的大宗化学品. 烯烃的双官能团化反应可以快速构建复杂的分子, 在有机合成中具有广泛的应用. 与传统烯烃氧化还原中性双官能团化反应相比, 烯烃的还原双官能团化可以向碳碳双键两侧分别引入两个不同的亲电试剂, 具有反应条件温和、官能团耐受性高、无需使用预先制备的有机金属试剂等优点. 综述了镍催化烯烃还原双官能团化反应的最新研究进展, 同时对该类反应的发展前景进行了展望.

碳氮不饱和键的不对称氢化反应是构建手性胺类化合物一类非常有效的方法. 然而, 已报道的这类反应通常使用储量稀少、毒性较高的贵金属催化剂(钌、铑、铱和钯等). 因此, 利用廉价易得、生物兼容性强的第一过渡周期丰产金属(锰、铁、钴和镍等)替代贵金属发展新型的手性催化剂, 实现含氮不饱和化合物的不对称氢化反应, 对于实现手性含氮精细有机化学品的高效绿色合成具有重要的意义. 近年来, 丰产金属催化碳氮不饱和键的不对称氢化反应取得了长足的发展并展现出广阔的应用前景. 鉴于不同丰产金属催化剂的结构和性质对于催化活性、反应选择性及底物适用范围的显著影响, 文中根据催化剂中心金属元素种类的不同进行分类, 系统综述了丰产金属催化的碳氮不饱和键不对称氢化反应的研究进展.

手性含硫化合物不仅是有机合成领域重要的中间体和催化剂, 许多天然产物和临床药物也都是手性含硫化合物. 因此, 发展手性含硫化合物的高效合成方法一直是有机合成化学的重要研究课题, 其中不对称亲电硫化反应近年来受到化学家的广泛关注. 氢键相互作用可以在化合物的生成过程中提供很高的灵活性, 已经逐渐成为不对称催化中的有力工具. 受此启发, 本课题组开发了一类基于氢键相互作用的路易斯碱/布朗斯特酸协同催化策略, 并成功将其应用于多种类型烯烃的分子内和分子间的不对称芳硫基化反应, 以及芳基化合物的不对称芳硫基取代反应, 高效地合成了各种手性含硫化合物. 总结了我们课题组利用基于氢键相互作用的路易斯碱/布朗斯特酸协同催化策略在不对称亲电芳硫基化反应中的研究进展, 并对其未来发展进行了展望.

金属催化的烯烃不对称硼氢化是构建手性硼酸酯最为有效的方法之一, 具有原料简单易得、原子经济性高、硼化产物结构多样等特点, 受到化学家的广泛关注. 总结了过渡金属催化的内烯烃的不对称硼氢化, 包括张力环状内烯烃、苯乙烯类内烯烃及含配位基团的内烯烃.

P-手性结构单元广泛存在于具有生物活性和药物活性的化合物中, 并且P-手性化合物可用作不对称催化的手性配体或有机小分子催化剂. 因而, 近二十年来P-手性化合物的不对称合成引起了化学家的广泛关注. 利用动力学拆分和动态动力学拆分的策略, 以不对称的方式构建新的P—C、P—O或P—N键, 将外销旋的仲膦、其硼烷加合物或其氧化物转变为相应的P-手性化合物是合成该类化合物最有效、最直接的方法之一. 此综述从动力学拆分和动态动力学拆分两个策略出发, 介绍P-手性化合物的不对称过渡金属催化合成方法及最新研究进展. 根据亲电试剂的不同, 将反应分为芳基化反应、对活泼烯烃或炔烃的加成反应、烷基化反应以及其它反应. 此外, 还介绍了通过构建不对称P—C键将前手性的伯膦转变为P-手性仲膦的反应.

手性杂环化合物是一类重要的手性物质, 存在于许多手性药物、农药及催化剂中, 实现其催化不对称合成一直是有机合成的研究热点. 而过渡金属催化的杂原子偶极参与的不对称环化反应是构建该骨架的重要方法. 其中, 基于过渡金属催化的烯/炔丙基取代反应设计的杂原子偶极前体在近二十年来发展迅速, 在该领域占有着重要地位. 详细介绍了烯/炔丙基杂原子偶极前体参与的过渡金属催化不对称环化反应, 分析了目前方法的优势及存在的问题, 以期为从事催化不对称合成及相关领域的研究者提供有益借鉴和参考.

含有磷、硫和硅三类杂原子中心手性的化合物在医药、农药、材料等领域有着广泛的应用, 高效构建这三类杂原子中心手性已经逐步发展成为不对称合成化学重要的前沿课题之一. 着重介绍了钯在手性配体或者助剂参与下, 高效构建磷、硫和硅中心手性化合物的方法. 在P中心手性构建方面, 主要从膦氢或膦-硅(氧)键活化、P中心去对称化以及环加成等策略进行介绍. 硫和硅中心手性化合物的发展稍晚, 合成策略有些类似. 对一些代表性的反应机理也做了介绍, 同时介绍了一些潜在的应用.

金属卡宾在有机合成中具有非常重要的应用, 其不同的活性可以发生形式多样的化学反应. 以金属卡宾的反应类型分类, 介绍了金属卡宾参与的去对称化C—H插入反应、Buchner反应、Si—H插入反应和B—H插入反应. 在手性铑、钌、铜等催化剂的催化下, 反应可高对映选择性地合成手性碳环化合物、杂环化合物、有机硅化合物和有机硼化合物, 极大地丰富了不对称合成化学的发展.

报道了以氨基甲酸酯为氮亲核试剂的钯催化烯烃的分子内不对称aza-Wacker反应. 该反应利用C-6位丙基取代的吡啶噁唑啉为手性配体, 苯醌(BQ)为氧化剂, 以良好到优秀的产率、优秀的对映选择性实现了手性1,3-噁嗪烷-2-酮类化合物的高效合成, 机理研究表明反应通过烯烃的分子内不对称胺钯化启动, 继而发生烷基钯的β-氢消除得到目标产物.

手性二醇类化合物是一类重要的手性结构单元和手性中间体, 过渡金属催化的二酮类化合物的不对称氢化和氢转移反应是获得手性二醇最为直接高效的方法之一. 同时, 手性羟基酮作为二酮的不对称单还原产物, 也广泛应用于手性片段的构建, 其中环状二酮的去对称化甚至可一步构建多个手性中心. 从不同底物类型(1,2-/1,3-/1,4-)的二酮角度出发, 综述了近几十年来二酮类化合物的不对称氢化和氢转移反应研究进展, 着重讨论底物与催化剂配位模式对反应选择性的影响, 并对该领域未来的挑战和发展方向进行了展望.

在过去的20年, 手性硼烷已发展成为一种优势催化剂并应用于不对称反应, 一系列结构丰富多样的手性骨架也被应用于手性硼烷的设计与合成中. 与手性过渡金属催化剂相比, 手性硼烷通常需要更少的催化剂用量, 更易于制备, 而且有时还能展现出更好的催化能力, 或给出与过渡金属互补的催化效果. 因此, 手性硼烷催化剂在不对称反应中具有很大的应用价值. 按照反应类型将其分为三大类, 总结和讨论手性硼烷催化的不对称反应.

过渡金属催化醛和π-不饱和键的氢酰化反应具有原料来源广泛、价廉易得的优点, 且具有高的原子和步骤经济性, 为C—C键的构筑提供了一条经济而高效的途径. 因此, 近几十年来, 该反应受到了持续而广泛的关注. 此篇综述将对过渡金属催化的不对称氢酰化反应的研究进展进行总结, 详细阐述反应类型、不对称控制方法和反应机理等.

手性叔胺作为一种重要的化合物骨架, 存在于各种药物、天然产物和有机功能材料中, 因而受到合成化学家们的重视. 目前已有几种不同的经历金属氢物种的合成手性叔胺的方法被报道. 根据不同的反应类型, 本文从不对称氢胺化、不对称氢化、不对称还原胺化和“借氢”策略中醇的不对称胺化四个方面对近年来的研究进展进行总结. 同时介绍了各策略中相应反应的机理, 并对该领域的未来发展做了展望.

手性醇及手性胺结构广泛存在于天然产物及药物分子中, 因而发展其不对称合成具有重要研究意义. 相较于传统方法, 过渡金属催化的醇与胺的不对称脱氢偶联制备高级手性醇和胺的反应具有优秀的步骤经济性、原子经济性及氧化还原经济性, 因而近年来得到了广泛的研究. 这类反应可从简单原料出发一步合成结构多样的手性醇与手性胺类化合物. 根据偶联试剂的种类进行划分, 总结了醇、胺参与的各类不对称脱氢偶联升级反应, 并对该领域的发展进行展望.

动力学拆分是一类高效且应用广泛的不对称有机合成策略, 可将外消旋化合物转化成高光学活性的构筑模块, 是现代不对称合成领域的重要组成部分. 尽管多年前就已被报道, 但涉及不对称催化的动力学拆分过程在实际运用中往往拆分效率较低或者底物适用范围较窄, 这极大地阻碍了该策略的发展. 过去的二十年里, 随着不对称催化领域中手性催化剂和手性配体的快速发展, 动力学拆分策略开始广泛运用于外消旋底物的高效分离, 进而获得优异光学纯度的手性分子. 自2005年亚甲胺亚胺通过催化不对称1,3-偶极环加成反应实现动力学拆分的案例被首次报道以来, 利用1,3-偶极环加成反应以实现高效动力学拆分获取手性氮杂环化合物或高对映选择性片段的相关研究已得到较好发展. 根据参与的1,3-偶极子的不同, 总结了近年来动力学拆分策略在亚甲胺亚胺和亚甲胺叶立德参的催化不对称1,3-偶极环加成反应中的研究进展, 并讨论了相关局限性和发展前景.

从易于获得的N-芳基-α-重氮-β-酮酰胺和烯丙基化合物出发, 利用新型的[Rh₂]/Xantphos催化体系一锅法合成了各种3-酰基-3-烯丙基的氧化吲哚衍生物. 这项工作的优点包括操作简便、反应条件温和、官能团兼容性良好和产物易于衍生化等. 初步的机理研究表明, 该反应可能经历卡宾诱导的C—H官能团化和Rh(II)/Xantphos催化的烯丙基烷基化串联过程. 此外, 选择Xantphos作为配体对于实现体系中的烯丙基烷基化过程至关重要.

手性螺环是配体的优势骨架, 基于螺环结构配体的研究有力地促进了不对称催化领域的发展. 此综述针对基于手性螺环骨架的双氮配体, 按照螺环骨架的类型进行分类, 分别讨论了螺[4.4]壬烷双异噁唑啉(SPRIX)、螺二氢茚双噁唑啉(SpiroBox)、螺二色满双胺(SPANamine)或者双噁唑啉(SPANBox), 以及螺环四氢吡咯-噁唑啉(SPDO)的合成和在过渡金属催化中的应用. 尽管和功能强大、用途广泛的手性螺环膦配体相比, 螺环双氮配体的种类和应用研究还比较有限, 但是这些配体在酸性和(或)氧化反应条件下良好的稳定性以及在催化杂-氢键卡宾插入反应中优异的活性和选择性等特点, 为今后发展新的不对称催化体系提供了重要借鉴.

协同催化是改善反应效率和选择性控制的一种有力策略. 通过组合不同催化剂来获得协同效应, 实现单一催化剂难以企及的高反应活性和选择性以及发展挑战性新反应, 是不对称催化的重要研究内容. 手性胺根据胺结构的不同, 可通过烯胺、亚胺或攫氢活化等方式来活化具有α-氢的醛(酮)、共轭烯醛(酮)、活泼次甲基或亚甲基化合物; 而阳离子型的一价金催化可以高效活化烯烃、炔烃和重氮化合物, 因此, 结合两种催化剂的特点来发展不对称串联反应, 实现从简单原料出发构建较复杂手性化合物受到关注. 本综述旨在介绍手性伯胺、仲胺或叔胺与一价金协同催化来实现的不对称串联反应, 重点关注两者协同催化的优势、避免催化剂失活的方法以及讨论未来的发展空间, 进而为从事不对称催化相关的研究人员提供一些有益参考和借鉴.

通过发展钯催化的不对称碳氢键烯基化, 实现了2-(芳基亚磺酰基)吡啶的动力学拆分. 利用该方法, 在温和条件下用廉价商业化的L-焦谷氨酸作为手性配体, 以较高到优异的产率和对映选择性实现了一系列手性亚砜的合成, 对映选择性高达99%, 拆分因子s大于200. 该方法对于天然产物衍生的丙烯酸酯以及克级制备反应都有很好的兼容性.

基于两步模块化合成, 制备了一类新型的联芳基轴手性膦-烯配体. 该类配体在钯催化的吲哚不对称烯丙基烷基化反应中表现出很好的催化活性和不对称诱导效果. 在最优的反应条件下, 能以高达95%的收率和96%的对映选择性生成一系列手性的烯丙基吲哚化合物.

报道了一种无化学氧化剂、无外加电解质条件下电化学促进的五元芳香杂环化合物(吡唑、咪唑、呋喃和噻吩)与硫氰酸铵发生氧化交叉脱氢偶联反应合成硫氰基五元芳香杂环化合物的方法. 反应中, 硫氰酸铵发挥着电解质和硫氰化试剂的双重作用, 简化了反应体系.

手性氮杂环是一类重要的有机分子, 这类骨架广泛存在于药物、农药以及许多具有生物活性的天然产物分子中, 手性含氮杂环的合成是有机合成化学中的重要研究领域, 有机催化反应是合成氮杂环的重要方法, 在这些方法中, 手性有机膦催化的氮杂环的合成被证明是一个实用且强大的方法. 对近年来手性膦催化的氮杂环的合成反应进行了综述, 并对该领域的发展方向进行了展望.