胍胺类手性有机催化剂和配体在不对称催化中的应用

《Accounts of Chemical Research》：Guanidine-Amide-Based Chiral Organocatalysts and Ligands for Asymmetric Catalysis

胍啉因其独特的催化性质受到关注，研究聚焦于三种骨架结构：双环、单环和开链结构。虽然开链胍啉合成更易，但其灵活构型和多种取代模式带来挑战。团队自2009年起探索基于氨基酸的胍啉-酰胺不对称催化体系，设计出五种结构形式（GA、GB、GC、GD、QG），并应用于四类催化模式：有机催化、金属协同催化、胍啉/金属配合物催化及相转移催化。这些催化剂通过氢键和金属配位协同作用，在多种不对称反应中表现出高立体选择性和新型机制。特别关注α-芳环化等复杂反应中的高效手性催化剂开发。

　　

概述

胍与胺类化合物既有相似之处，也有不同之处，这赋予了它独特的催化性能。手性胍类有机催化剂的合成引起了广泛关注，主要集中在三种胍骨架结构上：双环结构、单环结构和开链结构。虽然非环状胍在合成上比环状胍更容易获得，但由于其灵活的构象和多种取代模式，因此在应用上存在挑战。此外，手性胍配体在金属配合物催化中的潜力仍有很大的探索空间。

自2009年以来，我们的研究团队一直积极研究基于手性胍-酰胺的手性催化技术。这些催化剂的设计策略基于氨基酸的双功能特性，氨基酸可以很容易地转化为非环状胍酰胺。这类化合物包含新的布伦斯特碱基单元和氢键供体。胍酰胺的可调节结构使其能够形成五种形式：单胍酰胺（GA）、双胍及其半盐（GB）、胍磺酰胺（GC）、杂化胍酰胺-吡啶（GD）和季铵盐（QG）。根据胍在催化反应中的作用，这些化合物在手性催化中的应用可以分为四种模式：有机催化、有机-金属协同催化、胍/过渡金属复合物催化和相转移催化。首先，作为双功能有机催化剂，胍衍生物在多种反应中展现了出色的立体选择性和对映选择性，包括极性加成、环化、取代和插入等。在这些反应中，胍和酰胺之间的丰富且易发生的氢键相互作用是高立体选择性和对映选择性的关键。其次，手性胍与非手性二铑盐的结合实现了协同催化，使反应物同时被活化，其中胍单元起到质子穿梭剂或硫属元素键接受体的作用。第三，胍酰胺和杂化胍的铜配合物能够促进极性反应和自由基反应。这些新型催化剂的独特性能在于它们通过金属配位和氢键辅助实现双功能催化，或者利用其丰富的电子和配位特性来发挥催化剂的氧化还原能力。此外，季铵盐作为一种有效的双功能相转移催化剂，在解决芳烃不对称α-芳香化反应中的对映选择性问题上表现出色。

在本报告中，我们详细介绍了从氨基酸衍生的系列手性胍-酰胺类有机催化剂和配体的开发过程。这些催化剂在多种不对称反应中的应用经过精心挑选，突出了它们结构、功能性和机理特征的发展。特别强调了在代表性催化过程中影响高立体选择性的关键因素。