手性在大自然中广泛存在,手性化合物具有一些非常独特的性质和功能,其中手性醇类化合物就是比较重要的一类,尤其是手性二芳基甲醇结构更是广泛存在于多种药物分子中。因此,对于手性醇类化合物的不对称合成一直以来都是人们研究的热点。另一方面,氮杂环卡宾类配体由于具有诸多优势,已经广泛地应用于多种多样的催化反应。尽管各种类型的氮杂环卡宾配体的报道层出不穷,但是对新型氮杂环卡宾类配体的设计和合成仍然是科学家们研究的重点。近些年来,环蕃类化合物由于具有许多独特的性质而越来越受到广泛的关注。尤其是其中的[2.2]环仿类化合物,它的两个苯环平面相互平行,两个π键相互重叠而形成一个大π体系,从而使得[2.2]环仿类化合物具有一些非常独特的性能。另一方面,由于[2.2]环仿引入手性非常容易,它们又能作为一种非常好的催化剂前体应用于各种不对称催化反应中。本课题组长期以来都致力于设计和合成以[2.2]环仿为骨架的氮杂环卡宾配体以及各种金属配合物,并将这些配合物应用于多种多样的不对称催化反应中。本论文的主要内容如下:第一章研究背景本章首先介绍了各种类型的[2.2]环仿类化合物的分类和合成,面手性[2.2]环仿类化合物的拆分以及对面手性[2.2]环仿类化合物作为催化剂前体在不对称催化反应中的应用作了一些简单的介绍,举了一些代表性的实例。接着对氮杂环卡宾类配体也作了系统的综述,包括氮杂环卡宾的分类,各种氮杂环卡宾及其金属配合物的合成,最后还着重介绍了氮杂环卡宾金属配合物作为催化剂在各种不对称催化反应中的应用。通过对各种大量相关文献的查阅,确立我们的研究方向。第二章基于[2.2]环仿的大环面手性卡宾银配合物的合成及其在铑催化的不对称芳基硼酸对芳香醛的1,2-加成中的应用研究基于对文献的查阅和长期以来对[2.2]环仿类化合物的研究,我们发现在[2.2]环仿骨架上引入烷氧基以后的氮杂环卡宾配体,催化结果明显好了很多,但是对于金属铑催化的芳基硼酸对芳香醛的不对称1,2-加成的结果仍然不理想。经猜想,应该是之前设计的氮杂环卡宾配体的烷氧基与苯环相连的单键容易旋转使得配体的刚性不够,对底物的控制不够强,从而使得最终的产物的对映体选择性不好。于是我们设计将两边的烷氧基改用醚链连接起来,这样不仅使得配体的刚性大大增加,而且在两个[2.2]环仿骨架之间还形成了一个手性环,可以通过控制醚链的长度来控制环的大小,设计出一系列类似于冠醚结构的氮杂环卡宾配体,最后从中筛选出最优配体。最终设计的配体也不负众望,使得铑催化的芳基硼酸对芳基醛的不对称1,2-加成的产物的对映体选择性最高能达到72%ee。第三章基于[2.2]环仿的噁唑啉-氮杂环卡宾铜(Ⅰ)配合物在α,β-不饱和酯的不对称β硼化中的应用研究本章首先综述了α，β-不饱和化合物的不对称硼化反应的最新进展。然后在分析本课题组已经报道的用于α,β-不饱和酮的不对称硼化反应的配体的基础上,设计并合成了一类基于[2.2]环仿的噁唑啉-氮杂环卡宾前体及其铜配合物。接下来,以肉桂酸乙酯与B2Pin2的不对称硼化为催化反应,筛选出了最优配体。在此基础上,以最优配体与Cu20反应生成的卡宾铜配合物为催化剂,以肉桂酸乙酯为底物,对催化反应的其他条件也进行了优化。最后,优化完各种催化反应条件以后,我们还考察了底物的适用范围,结果发现大多数的底物都能得到90%ee以上的对映体选择性,最高可达97%ee。第四章基于[2.2]环仿的氮杂环卡宾铜(Ⅰ)配合物的合成及其在不对称硼化中的应用研究本章在查阅大量文献的基础上,设计并合成了以[2.2]环仿为骨架的在苯环上含有几种不同电子效应取代基的氮杂环卡宾配体,然后将这几种配体应用于α,β-不饱和酯的不对称硼化反应。首先通过对配体的筛选,选择出了最优配体。在筛选配体的过程中,同时发现了[2.2]环仿上取代基的不同电子效应对配合物催化活性和产物对映体选择性的影响,这对今后设计配体指明了方向。在筛选出最优配体以后,又对催化反应的其他条件进行了优化,筛选出一个对α,β-不饱和酯的不对称硼化反应的最优催化体系,最后又对反应底物的范围进行了拓展,最终得到的手性醇化合物都能达到84%-97%ee的对映体选择性。本论文的主要创新点如下:1、设计并合成出了以[2.2]环仿为骨架的大环冠醚类氮杂环卡宾配体及其银配合物,发现所合成的新配体可以成功地应用于铑催化的芳基硼酸对芳基醛的不对称1,2-加成反应中,最终得到的手性二芳基甲醇的对映体选择性最高能达到72%ee。2、设计并合成出了几种新的以[2.2]环仿为骨架的噁唑啉-氮杂环卡宾配体及其铜配合物,发现所合成的新配体可以成功地应用于α,β-不饱和酯的不对称硼化反应中,最终得到的手性醇的对映体选择性最高能达到97%ee。3、设计并合成出了以[2.2]环仿为骨架的在苯环上含有几种不同电子效应的取代基的氮杂环卡宾配体及其铜配合物,发现所合成的新配体可以成功地应用于α,β-不饱和酯的不对称硼化反应中,最终取得了良好的对映体选择性(84%-97%ee)。4、发现了[2.2]环仿骨架上取代基的电子效应既影响了氮杂环卡宾配体的配位性质,也影响了它的铜配合物对底物的手性控制能力和催化活性,为今后配体的设计指明了一个方向。