手性二茂铁环蕃融合二茂铁和环蕃两个骨架的优点,刚柔可调,修饰性强,兼具可逆的redox活性,有望成为一类高催化活性、高立体选择性的特色手性配体,可应用于多种类型不对称催化反应。由于其特殊的刚性结构导致合成方法存在诸多难题,应用受阻,特别是在有机不对称催化领域中一直未能引起人们足够的认识和关注。因此,我们设计合成系列手性二茂铁环蕃,并成功地应用于不对称合成中,包括不对称Aldol反应、不对称Michael加成反应、不对称萘酚偶联反应和不对称脱氢偶联反应。主要研究结果如下:1)设计合成了系列手性氮杂二茂铁环蕃(Scheme 1)。A、室温条件下,高度稀释法。在高度稀释条件下,双甲酰二茂铁和相应的手性胺缩合,经三醋酸硼氢化钠还原,以中等收率得到N-保护手性二茂铁环蕃,经脱保护,得到手性二茂铁环蕃L1和L6。B、二茂铁吡啶盐为原料的“一锅煮”法。二茂铁吡啶盐和相应手性胺为原料,在乙腈溶剂中回流,以85%的收率得到N-Boc手性二茂铁环蕃,脱Boc保护,得到手性二茂铁环蕃L7,收率高达93%。2)手性二茂铁环蕃调控不对称Aldol反应首次利用二茂铁可逆的氧化还原特性,高效调控不对称Aldol反应,三价二茂铁起到路易斯酸和大位阻双重作用,增强反应的立体选择性,打破传统手性小分子催化剂依靠氢键作为立体控制单元的固定设计模式(Scheme 2 and Scheme 3)。采取两种策略实现二茂铁氧化还原调控不对称Aldol反应:A、化学氧化法:以10 mol%L7为催化剂,15 mol%[Fe Cp2]+BF4为氧化剂,以高达94%的收率,95:5(anti/syn)的非对映选择性和94%的对映选择性,实现了不对称aldol反应,且催化剂可重复使用。根据EPR波谱和对照实验提出三价二茂铁起路易斯酸作用(Scheme 2)。B、电化学氧化法:开发一种电化学调控不对称催化新方法。室温电解催化剂L7(10 mol%),二茂铁(5 mol%),p-Ts ONa(0.1 M)和EMIMBF4(0.2 M)的甲醇和乙腈混合溶液,以芳香醛和酮为底物,得到系列催化产物,收率中等立体选择性较高(up to 65%yield,13:1 dr,92%ee)。进一步验证了二茂铁的氧化还原性质有效调控不对称aldol反应催化机理(Scheme 3)。3)手性二茂铁环蕃在Michael加成反应中的应用以10 mol%L1为催化剂,10 mol%Ph COOH为有机酸,以高收率、高立体选择性地合成系列催化产物(up to 94%yield,90:10 dr,85%ee),并推测了反应机理(Scheme 4)。4)手性二茂铁环蕃参与铜催化的2-萘酚衍生物的不对称氧化偶联反应。以10 mol%Cu Cl为催化剂,10 mol%L1为手性配体,该反应体系表现出较好的反应活性和立体选择性,收率高达79%,ee值高达92%,并推测了反应机理(Scheme 5)。5)手性二茂铁环蕃在铜催化不对称脱氢偶联反应中的应用巧妙结合小分子催化和金属催化循环,以10 mol%L7为小分子催化剂,5mol%Cu(OTf)2为过渡金属催化剂,1.0 equiv.DDQ为氧化剂,高选择性地得到一系列四氢异喹啉类手性衍生物(up to 58%yield,5:1 dr,91%ee),并提出反应机理(Scheme 6 and Scheme 7)。