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本论文围绕一些硫膦配体的设计、合成及其在金属催化反应中的应用来展开。同时对有机膦和有机胺参与的反应也进行了初步的研究。
1.基于联萘酚的硫膦配体与硫硫配体的合成及应用
首先,我们从手性联萘酚出发合成了一系列不具有C2对称性(C1对称性)的P,S-配体(R)-Ⅰ-L1-5与S,S-配体(R)-Ⅰ-L6-8,用于钯催化的不对称烯丙基烷基化反应,取得了良好的不对称催化效果。并对影响反应的盐、溶剂和温度等因素进行了全面细致的研究。但是配体在烯丙基胺化反应中的结果不理想。在对反应机理的深入研究中发现,配体的综合立体因素一定程度上影响到π-烯丙基钯络合物构型(W和M)的比例,而这一比例又在一定程度上影响反应对映选择性的高低。配体取代基不同将直接导致产物构型的不同。我们还将消旋的P,S-配体Ⅰ-L5应用于钯催化的Suzuki偶联反应中,也获得了中等到优秀的产率,并对反应中溶剂和碱的影响进行了研究。这也是为数不多的含硫配体应用于钯催化的偶联反应中的例子。通过对反应体系中配体与钯络合情况的跟踪,我们发现31pNMR和13C NMR数据都显示在催化过程中,我们合成的配体是P,S-双齿型的配体。
2.基于手性二胺的硫代磷酰胺类配体的合成及应用
首先,从(1R,2R)-1,2-环己二胺出发合成了单边硫代磷酰胺配体(1R,2R)-Ⅱ-L1,通过对另一个氨基进行修饰合成了配体(1R,2R)-Ⅱ-L2和(1R,2R)-Ⅱ-L3,以(1R,2R)-1,2-二苯基乙胺为手性源合成了配体(1R,2R)-Ⅱ-L4,通过我们自己发展的方法与二甲基硫代磷酰氯反应合成配体(1R,2R)-Ⅱ-L5。这类配体最大的优点是合成简单,步骤短(一般仅需1-2步),它们对空气非常稳定,在反应中可以回收重复利用而且手性诱导效果不会降低。我们将之应用于铜盐催化下锌试剂对磺酰亚胺的不对称加成反应中,取得最高为74%的ee值。通过31p NMR数据的采集与分析以及我们组以前的工作研究,我们认为所合成的单边硫代磷酰胺类手性配体是一类S,N-双齿型的配体。
接下来,我们将配体(1R,2R)-Ⅱ-L1与醛反应得到一系列的席夫碱配体(1R,2R)-Ⅱ-L6-20,以及将亚胺还原的配体(1R,2R)-Ⅱ-L21。应用于铜盐催化下锌试剂对环己烯酮的不对称迈克尔加成反应中,可以取得高达75%的ee值,对环庚烯酮也可以获得52%的ee值,对于环戊烯酮为底物取得22%的ee值,以查尔酮为底物时,以8%的对映选择性得到1,4-加成产物。通过31p NMR和13C NMR数据的采集与分析,证实了我们所合成的硫代磷酰胺类席夫碱手性配体是一类S,N-双齿型的配体。
我们还将配体(1R,2R)-Ⅱ-L1与磺酰氯反应得到一系列的磺酰胺配体(1R,2R)-Ⅱ-L23-29,应用于铜盐催化下锌试剂对环己烯酮的不对称迈克尔加成反应,获得最高69%的ee值。同时发现,加入锂盐做添加剂可以明显改变产物的ee值,在加入10 mol%的氯化锂时,可以取得最高90%的ee值。该催化体系以环庚烯酮为底物可以取得73%的ee值,以环戊烯酮为底物可以取得47%的ee值。对反应体系的非线性效应研究发现,该反应体系有明显的线性关系,说明体系中是单一物种催化的过程。通过1HNMR、31p NMR和13C NMR数据的采集与分析,证实了我们合成的硫代磷酰胺类磺酰胺手性配体是S,O-双齿型配体。
3.有机膦和有机胺参与的一些反应研究
有机小分子催化的反应是近年来备受化学家关注的领域。有些化合物本身既可以与金属配位催化反应,自身又可以作为催化剂来催化一些有机反应。我们在合成了上述配体的基础上,对配体进行了改造,希望合成出有活性的有机小分子催化剂,遗憾的是没有取得理想的结果。随后我们对有机膦和有机胺参与的一些反应进行了深入研究,得到一些意外的收获。首先,我们以有机膦和有机胺为催化剂,研究了α-酮酸酯与环戊烯酮的反应,发现使用有机膦特别是PPh2Me时,在无溶剂条件下只发生Baylis-Hillman反应。而使用DBU作催化剂时,在DMF或甲苯作溶剂的条件下只发生Aldol反应,并得到单一顺式构型的产物。接着,我们考察了不同有机胺催化的苯甲酰腈与环己酮的反应,得到优化的反应条件,并将这个条件用于不同的酰腈与酮之间的反应,也取得了中等到良好的反应产率。最后,我们发现用含烷基的有机膦可以还原一系列活化的羰基化合物,取得了良好到优秀的产率,并且通过同位素标记试验对反应机理作了深入细致的研究。