现场生成的双官能手性伯胺催化的不对称反应

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本论文基于手性Salen配体在酸性溶液中的水解行为,设计合成了一类可以通过手性二亚胺直接酸化后现场生成得到的非C2对称的伯胺-亚胺催化剂。同时基于伯胺分别通过“烯胺途径”和“亚胺途径”催化有机反应的机理,用这种新颖的催化剂发展了两类不对称有机催化反应,取得了很好的效果,并合成了一系列光学活性的功能化分子。  工作分四个部分:  第一部分:我们研究了手性Salen配体在酸性溶液中的水解行为,发现一种由手性二胺衍生的“伯胺-亚胺”,虽然在前人文献报道中它很难分离得到,但通过ESI-MS质谱分析,我们发现它可以通过类Salen的二亚胺酸化水解获得,并能以离子形式稳定存在于酸性溶液中。基于这个发现,我们合成了一系列类Salen的二亚胺,通过酸化的形式现场生成了这样的伯胺-亚胺,并用其尝试催化α-羰基酯与酮的直接Aldol反应。我们采用苯甲酰甲酸甲酯和丙酮作为底物,以醋酸作为添加剂,在0℃下考察了环己二胺骨架的各种伯胺-亚胺催化剂的催化效果。其中以环己二胺骨架衍生的羟基喹啉结构的二亚胺1d效果最佳。我们用这一催化剂优化了反应的温度、催化剂量、添加剂和添加剂量等反应条件,在最优条件下可以得到满意的反应产率和非常出色的对映选择性。在这一条件下,我们拓展了反应底物,考察了芳环上各种取代的芳基α-羰基酯和各种酮作为底物的反应,在这种伯胺-亚胺催化作用下,高产率和高选择性(最高99% ee)的获得了一系列手性叔醇化合物。我们通过ESI-MS捕捉到了反应的烯胺中间体,实验结果表明反应经历了一个双官能作用的烯胺活化过程。这一工作证明了这种现场生成的伯胺-亚胺催化剂的存在,也展示了其在不对称有机反应中的优秀的催化能力。  第二部分:基于前面伯胺-亚胺催化剂取得的成功,我们尝试进一步利用它催化靛红与环酮的不对称Aldol反应,期待合成更多含有生物活性基团的的功能分子。我们经过筛选,确定含有二苯基乙二胺结构的二亚胺1b是最优的催化剂前体。我们用它优化了反应的温度、添加剂等条件,并在最优条件下拓展了反应的普适性。最后高产率和高选择性(最高dr=91∶9,94% ee)的合成了一系列含手性季碳的3-取代-3-羟基-2-酮吲哚化合物。我们通过X射线单晶衍射分析确定了其中一个产物4a的绝对构型,并模拟了反应的烯胺中间过渡态。  第三部分:伯胺-亚胺被应用到催化4-羟基香豆素与环烯酮的不对称Michael反应中。我们考察了以二苯基乙二胺衍生的各种二亚胺催化剂前体,确定了对反应最优的催化剂1f,并用它优化反应其他的条件,确定在常温下,加入10 mol%二亚胺和10当量的正己酸添加剂,能高产率的获得高选择性的Michael产物。在这一最佳条件下,我们拓展了各种取代的4-羟基香豆素底物和环烯酮底物,大都获得了很满意的催化结果(最高97% ee)。我们通过X射线单晶衍射分析确定了产物4a的绝对构型,实验结果显示催化剂通过双官能的烯胺过程活化反应。这个工作是将伯胺-亚胺催化剂用于“亚胺活化”的一次成功尝试。  第四部分,介绍了催化剂前体的合成,以其中一种反式环己二胺骨架的催化剂前体(Salen化合物)作为原料,分别培养得到了其单核锌-Salen配合物A以及其水解产物伯胺-亚胺配合的锌配合物B。通过X射线单晶衍射分析确定了化合物结构。我们尝试用Zn-Salen催化一些简单的不对称反应,遗憾的是没有获得理想的结果。
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