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In this dissertation, we have focused on the concept of Hydrogen-Bonding Activation, and have designed chiral hydrogen-bond donors as a broadly applicable class of catalysts for enantioselective synthesis.1. Highly Enantioselective Organocatalytic Biginelli Reaction:A series of binol- and H8-binol-based phosphoric acids have for the first time been evaluated for their ability to catalyze Biginelli reactions of aldehydes, thiourea, and b-keto esters. A new chiral phosphoric acid, derived from 3,3-diphenyl-H8-binol, exhibited superior catalytic activity and enantioselectivity compared to its structural analogues, affording high enantioselectivities ranging from 85% to 97% ee with a wide scope of substrates. A metal-free preparation of optically active Monastrol was achieved on the basis of the current process. This reaction has an advantage of avoiding the contamination of transition metals in the manufacture of the medicinally relevant chiral 3,4-dihydropyrimidin-2-(1H)-ones. The Mechanism Considerations based on the results observed experimentally and theoretical calculations on the transition states of the stereogenic center forming step showed that the imine and enol were simultaneously activated by the bifunctional chiral phosphoric acid through formation of hydrogen bonds.2. Asymmetric Organocatalytic Three-Component 1,3-Dipolar Cycloaddition:The first Brnsted acid-catalyzed three-component asymmetric 1,3-dipolar addition reaction between aldehydes, amino esters, and dipolarophiles by a new bis-phosphoric acid derived from the linked BINOL, furnishing multiply-substituted pyrolidines in high yield with excellent enantioselectivities under mild conditions. The procedure is easy to perform and allows a rapid, diversity-oriented, and enantioselective synthesis of pyrolidine derivatives. The concept that the stereoselectivity may be controlled by use of a chiral Brnsted acid-bonded dipole may lead to new findings in asymmetric catalytic 1,3-dipolar addition reactions with dipolarophiles other than electron-deficient olefins. we also disclosed the first catalytic asymmetric 1,3-dipolar cycloaddition that directly assembles aldehydes, amino esters, and anilines into synthetically useful chiral imidazolidines with high levels of stereoselectivity. Two molecules of Brnsted acids participated in the catalysis by the activation of both azomethine ylides and imines. This reaction has further demonstrated that the chiral Brnsted acid activated dipoles are versatile intermediates for the creation of new enantioselective 1,3-dipolar cycloadditions.We have disclosed the the first asymmetric catalytic 1,3-dipolar cycloaddition between azomethine ylide and methyleneindolinones with concomitant creation of two adjacent quaternary stereogenic centers,7 for the rapid synthesis of spiro pyrrolidin-3,3-oxindole derivatives with high enantiopurity and structural diversity. In addition, this reaction proceeded with reversal of the normal regioselectivity controlled by electronic effect. This reaction provides so far the sole catalytic synthesis of spiro pyrrolidin-3,3-oxindole derivatives with high enantioselectivity and structural diversity, and thus, would be highly valuable to pharmaceutically relevant fields. This reaction has further demonstrated that the chiral Brnsted acid activated dipoles are versatile intermediates for the creation of new enantioselective 1, 3-dipolar cycloadditions. 3. Organocatalyzed Highly Enantioselective Direct Aldol Reactions of Aldehydes with Ketone in Aqueous Media:An organocatalyst prepared from (2R, 3R)-diethyl 2-amino-3-hydroxysuccinate and L-proline exhibited high regio- and enantioselectivities for the direct aldol reactions of hydroxyacetone and fluoroacetone with aldehydes in aqueous media. It was found that water could be used to control the regioselectivity. The presence of 20-30 mol% of the catalyst afforded the direct aldol reactions of a wide range of aldehydes with hydroxyacetone to give the otherwise disfavored products with excellent enantioselectivities ranging from 91% to 99% ees and high regioselectivities. Aldolizations of fluoroacetone with aldehydes mediated by 30 mol% of the organocatalyst in aqueous media preferentially occurred at the methyl group, yielding products with high enantioselectivities (up to 91% ee), however, dominantly took place at the fluoromethyl group in THF. Optically active 3, 5-disubstitued tetrahydrofurans and 2S, 4R-dihydroxy-4-biphenylbutyric acid were prepared starting with the aldol reaction of hydroxyacetone. Theoretical studies on the role of water in controlling the regioselectivity revealed that the hydrogen bonds formed between the amide oxygen of proline amide, hydroxy of hydroxyacetone and water is responsible for the regioselectivity by microsolvation with explicit water molecule as hydrogen bond donor and/or acceptor.Key words: Hydrogen-Bonding Activation, Asymmetric Organocatalysis, Asymmetric Biginelli Reaction, 1, 3-Dipolar Addition, Asymmetr
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