在复杂的天然产物合成和生物合成中,醛醇缩合反应是一种基本的键形成反应,同时能满足不对称有机合成方法学的最严格要求的一类化学转化。List和Barbas III以及他们的合作者开创性发现proline是分子间直接Aldol反应的有效催化剂,而且两种构型的手性proline分子均廉价易得,其作为一种特殊的催化剂引起了广泛的注意。传统上,分子间直接Aldol反应的受体或者亲电试剂主要是醛,最大的原因是醛羰基的活性比酮羰基高。扩大这一反应的应用范围,是一项有意义的、具有挑战性的研究课题。本文研究了活性酮α-酮酰胺、α-酮酯与脂肪甲基酮的不对称直接Aldol反应和Henry反应。L-proline作为催化剂,丙酮和丁酮能够加成到α-酮酰胺或α-酮酯上,得到相应的叔醇产物,产率在21%~99%,对映选择性最高达到81% ee。在温和的条件下,三乙胺催化环状α-酮酯和α-酮酰胺的Henry反应,都以较好的产率得到了含有多种官能团的新化合物β-硝基醇。有趣的是:乙腈作溶剂,在室温下L-proline催化2-氧代-3-芳基丁二酸酯与丙酮的不对称直接Aldol反应实现了取代丁二酸酯的动态动力学拆分。加成产物获得高产率,非对映选择性高达87 : 13 d.r.,并且主要对映异构体和次要对映异构体的对映选择性都高达99% ee。相似地,通过L-proline催化不对称直接Aldol反应实现了β-腈基-α-酮酯的动态动力学拆分,在不同溶剂中许多底物都定量地生成产物,并且主要对映异构体的对映选择性可高达99% ee。1 L-proline催化α-酮酰胺与甲基酮的不对称直接Aldol反应α-酮酰胺通过弱吸电子基团酰胺基的诱导效应增强羰基碳原子的电正性,从而有利于亲核试剂的进攻,使反应得以进行。合成了11个活性酮底物,用L-proline催化α-酮酰胺与甲基酮的不对称直接Aldol反应,发现:链状芳香α-酮酰胺1a-1e与甲基酮的不对称直接Aldol反应对映选择性不理想。用靛红及其衍生物4a-4e进行反应,反应速度大大加快,产率也很高,对映选择性有所改变,但仍不理想。链状的脂肪α-酮酰胺(6a)作为受体,对映选择性增加到43% ee。分析选择性低的原因可能是底物结构的空间和电子因素的影响。设计并合成不同结构的底物,或使用新型有效催化剂,是提高选择性的两条可能途径。2 L-proline催化α-酮酯与甲基酮的不对称直接Aldol反应考虑到酯基的吸电子能力比酰胺基要强,我们推测α-酮酯与甲基酮的不对称直接Aldol反应比α-酮酰胺更容易进行。合成了5个α-酮酯化合物。α-酮酯作为受体,L-proline催化α-酮酯与甲基酮的不对称直接Aldol反应结果比α-酰胺基有所改进。通过实验知道有几个因素对反应的结果有影响。第一,丁酮反应速度比丙酮慢,产率较低但生成的产物ee值有所升高。第二,底物的结构对反应的速度和对映选择性有重要的影响。第三,稠环α-酮酯12a和丙酮的反应速度较慢,并且没有对映选择性,和丁酮不反应。结论:用10 mol% of L-proline作为催化剂,丙酮和丁酮能够加成到α-酮酯上,得到相应的叔醇产物,产率在43%~93%,对映选择性最高81% ee。进一步的研究是在α-酮酯结构的基础上,找到活性更高的受体。3三乙胺催化α-酮酯和α-酮酰胺的Henry反应α-酮酯和α-酮酰胺及其衍生物是重要的有机合成和药物合成的中间体。Henry反应的产物β-硝基醇可以进一步转化为各种各样的多官能团化合物。三乙胺催化环状α-酮酯和α-酮酰胺的Henry反应,都以较好的产率得到了含有多种官能团的β-硝基醇。这12个新化合物的结构经元素分析、红外光谱、核磁共振进行了表征。4 L-proline催化α-酮酯与丙酮的不对称直接Aldol反应的动态动力学拆分我们设计并合成了底物α-酮酯18a-18m,这类化合物是酮式和烯醇式互变平衡的混合物,在不对称直接Aldol反应中能够实现它们的动态动力学拆分。选择了在10 mol% L-proline催化下,受体2-氧代-3-苯基丁二酸二乙酯18a与丙酮进行不对称直接Aldol反应作为模型反应,在各种研究过的溶剂中,发现乙腈是最合适的溶剂。在这种溶剂中,24小时后反应顺利完成,可以获得最高的产率,79 : 21 d.r.,并且主要对映异构体(ee = 92%)和次要对映异构体(ee = 95%)的对映选择性也令人满意。乙腈为溶剂,进一步考察反应温度对18a DKR的影响,结果表明反应温度对非对映选择性影响较大。随着温度的降低,非对映选择性表现稳定地升高。考虑到反应温度在-20°C下需要较长的反应时间,对其它的α-酮酯的动态动力学拆分用乙腈做溶剂在室温下进行了考察。数据表明对所有的2-氧代-3-苯基丁二酸二乙酯和2-氧代-3-苯基丁二酸二甲酯反应具有高的立体选择性,syn-和anti-产物几乎是纯的对映异构体形式。3-苯基上的取代基对反应的影响不大,底物o-氯和p-氯以及p-甲氧基反应的产物ee均大于99%。底物苄酯的syn-和anti-产物对应选择性有所降低。根据单晶的X-衍射结果:19l (A)次要的非对映异构体的绝对构型是(2R,3R),主要的非对映异构体19h (B)分子中羟基和芳基在C-C骨架的同侧,指定相对构型是syn,根据L-proline催化不对称Aldol反应的机理,这两个化合物应该在C-2有相同的构型,因此主要的非对映异构体19h (B)的绝对构型是(2R,3S)。考虑到在所有反应中机理的相似性,主要和次要的非对映异构体分别认定为(2R,3S)和(2R,3R)。这一章描述了第一例有机小分子催化α-酮酯高立体选择性的动态动力学拆分。这个反应使用于大量3-芳基-α-酮酯的底物,形成了两个邻位立体中心。这个工作为有机小分子催化的动态动力学拆分的稀有应用做出了贡献。5 L-proline催化β-腈基-α-酮酯与丙酮的不对称直接Aldol反应的动态动力学拆分基于上一章的相似考虑,设计和合成了受体β-腈基-α-酮酯20a-20j。受体2-(氰基(苯基)甲基)-2-羟基-4-氧代戊酸乙酯20a进行反应条件的优化后,在丙酮自身作溶剂,反应温度20°C,20b-20j在10 mol% L-proline催化下发生类似反应。在所有反应中,底物都定量地生成产物,并且主要对映异构体也获得了高的对映选择性。3-苯基上的取代基对反应的影响不大,体积小的酯基比体积大的趋向于获得更高的立体选择性。总之,我们发现了一个有效的方法:通过L-proline催化不对称直接Aldol反应实现了β-腈基-α-酮酯的动态动力学拆分,在不同溶剂中许多底物都定量地生成产物,并且主要对映异构体的对映选择性可高达99% ee。