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本论文集中于具有平面手性的双二茂铁双膦和硫膦配体及具有中心手性的二茂铁双膦配体的设计、合成及它们在不对称催化氢化中的应用。
文献中具有平面手性的许多二茂铁双膦配体在不对称氢化反应中都取得了很好的结果,而具有平面手性的双二茂铁类膦配体并不多见。本论文设计并合成了仅具有平面手性的双二茂铁双膦配体,具有平面手性的双二茂铁硫膦配体;另外我们还合成了仅具有中心手性的单二茂铁双膦配体,并将此三类配体应用于多种酮类及烯烃类底物的催化氢化中,其中一些反应取得了较好的立体选择性和反应活性。
一.仅具有平面手性双二茂铁双膦配体的合成及其在氢化反应中的应用
以对甲苯亚磺酰基团作为导向基团,我们合成了几个仅具有平面手性的双二茂铁双膦配体(R,R)-L9、(R,R)-L10、(R,R)-L13、(R,R)-L16。其中我们以(R,R)-L9、(R,R)-L13为配体的铑催化剂在催化氢化α-及β-酮酸酯的不对称氢化反应中取得了较好的结果,其中在泛酸酯的不对称氢化中,通过对溶剂及铑源等条件的调控,可以分别在1,2-二氯乙烷中以95.1%e.e.值得到绝对构型为S构型的产物,而在苯中以83.1%e.e.值得到绝对构型为R构型的产物;在链状α-酮酸酯苯甲酰甲酸甲酯中最高得到79.6%e.e.,在丙酮酸乙酯中获得68%e.e.。在链状β-酮酸酯苯甲酰乙酸乙酯中最好得到86.5%的对映选择性。我们也尝试了2-羟基苯乙酮的氢化,得到了81.5%e.e.值,与苯甲酰甲酸甲酯中的结果近似。
在以(R,R)-L9为配体时在β-酮砜为底物的不对称催化氢化中取得了72.4%e.e.到97.9%e.e.的结果,当苯基为不同取代的基团时,发现取代基的不同对反应的结果有着很大的影响,当取代基为推电子基团时,对映选择性下降明显,其中当为邻位甲基取代苯时,仅能得到72.4%e.e.,而在拉电子基团和无取代时,可以得到95.6%到97.9%的对映选择性。
这些配体分别以铑催化体系及钌催化体系尝试了简单酮及官能团化烯烃的氢化,在这些底物的氢化反应中,最好只能得到中等程度的对映选择性。
对双二茂铁双膦配体在酮酸酯的不对称氢化反应中的反应机理做了初步探讨,对溶剂在反应中的影响给出了一些解释,含羟基的双二茂铁双膦配体(R,R)-L9在不同酮酸酯中的结果与配体中的羟基在反应过程中所起的作用是分不开的。
二、仅具有平面手性双二茂铁硫膦配体的合成及其在氢化反应中的尝试
由二茂铁出发,同样以对甲苯亚磺酰基团及叔丁基亚磺酰基团作为导向基团,合成了一系列具有平面手性的双二茂铁硫膦配体,它们在铑烯烃的催化不对称氢化反应中,得到较好的结果,在不同的非官能化烯烃底物中,可以得到58.7%到87.4%的对映选择性,其中87.4%的对映选择性是到目前铑催化不对称氢化简单烯烃中得到的最好结果,也是第一例硫膦双齿配体被应用到简单烯烃的氢化反应中,提供了简单烯烃不对称催化氢化的一个新的思路。
用一些双二茂铁二硫膦配体尝试了一些其它底物的反应,发现在其它烯烃类底物中的结果都很差,在α-、β-脱氢氨基酸酯中都分别只得到了16%和19%的对映选择性,在烯酰胺中也只得到了36%的对映选择性。而在对泛酸酯的氢化中,却以羟基被甲基保护的双二茂铁二硫膦化合物(RFc-p)-L26为配体时得到71%的对映选择性。
三、具有中心手性的二茂铁双膦配体的合成以及二茂铁双膦噁唑啉配体在不对称催化氢化反应中的尝试
设计并合成了以二茂铁为骨架的一类新型的1,1-二取代的二茂铁双膦配体,并把它们应用在脱氢氨基酸酯及泛酸酯这两个底物的不对称氢化反应当中。我们发现它们对这两个底物都具有一定的催化活性和对映选择性,在α-脱氢氨基酸酯的氢化中,反应能够较顺利的进行,最高得到了49%e.e.,而在泛酸酯的氢化中,最好只得到了21.6%的对映选择性。
此外也尝试了其它一些具有平面手性的二茂铁噁唑啉双膦配体,把它们应用于不对称催化氢化反应时,但发现催化效率和不对称诱导效果都较低。