镍催化的氢羧基化-不对称转移氢化串联反应合成手性羧酸药物

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手性羧酸广泛存在于天然产物和药物分子中,也是重要的有机合成中间体。近年来,布洛芬、萘普生等手性羧酸类药物的市场需求不断增大,其高效合成方法受到有机合成化学家和制药企业的极大重视。目前,国内仍有大部分制药企业采用传统的外消旋体化学拆分法获得光学纯手性羧酸,该方法步骤繁琐,产率较低,耗费大量有机溶剂,三废排放严重,而原子经济性更高,环境更友好的不对称氢化方法过分依赖稀有贵金属催化剂,且需要使用易燃易爆的氢气和高压耐受装置。因此,开发更高效的廉价金属催化剂和更安全温和的不对称转移氢化反应,是手性催化领域一个重要的发展趋势。串联反应是一种极具吸引力的合成策略,它可以一步构建出多个化学键、环或官能团,避免多步反应繁琐的分离过程,进而大大降低生产成本和污染排放。基于廉价金属催化的不对称串联反应在手性医药、农药的绿色合成方面有广阔的应用前景。本论文首先研究了廉价金属镍催化的α-取代丙烯酸的不对称转移氢化反应,取得优异的产率和对映选择性,然后尝试将此反应与原料合成步骤结合,直接将简单炔烃转化为手性羧酸,发展了一种高效绿色的串联反应,主要包括以下两个方面:(一)镍催化的α-取代丙烯酸的不对称转移氢化反应我们使用Ni(OAc)2·4H2O和手性双膦配体(R,R)-Benz P*形成的配合物为催化剂,以甲酸为氢源,实现了α-取代丙烯酸的不对称转移氢化反应。首先,我们探究了廉价金属镍盐、多种手性双膦配体、添加剂和溶剂等条件对反应的影响,确立出最佳的反应条件。在最优的反应条件下,该体系的底物范围广泛,丙烯酸的α-位为芳基、苯并杂环和脂肪长链取代时,均取得了优异的产率和对映选择性,ee值最高可达99.3%。当反应放大至克级规模时,产率和ee值均未明显降低,表现出良好的工业规模化生产的潜力。(二)镍催化炔烃氢羧基化-不对称转移氢化串联反应我们使用Ni(OAc)2·4H2O/(R,R)-Benz P*成功催化了炔烃的氢羧基化-不对称转移氢化串联反应,首次实现了从简单炔烃一步合成手性羧酸类化合物。该体系具有广泛的底物适用性,大多数芳基和烷基炔烃均能以优异的产率和ee值得到目标产物。以该串联反应为核心步骤,我们从简单卤代芳烃出发,仅需两步即可合成手性布洛芬、萘普生、氟比洛芬等非甾体抗炎药(>90%ees)和手性AZD2716片段。动力学实验、氘代实验结合理论计算,证明Ni/Benz P*配合物以不同形式和价态分别引发了氢羧基化和氢化两个步骤,反应先后发生,速率几乎同步,并且同时满足了羧基化的高区域选择性和氢化过程的高度立体选择性。综上,利用Ni(OAc)2·4H2O/(R,R)-Benz P*原位结合的配合物为催化剂,以甲酸作为氢源,首次实现了镍催化的不饱和羧酸的不对称转移氢化反应;在此基础上,使用一锅法不对称串联反应实现了由简单炔烃到手性羧酸类化合物的合成,这为手性羧酸类化合物的工业化生产提供一个更简洁绿色的工艺路线。
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