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在不对称催化有机合成领域中,C2对称手性三齿双噁唑啉配体方兴未艾。近年来出现的三齿双噁唑啉配体以刚性的芳香杂环骨架和柔性的含杂原子长链骨架为主。本文设计并简便合成了含适度刚柔性二苯胺骨架的手性三齿双噁唑啉及其含硫杂环类似物双噻唑啉配体,并考察了它们在不对称催化反应中的应用。本文一方面通过选取特定骨架赋予了手性配体多功能性潜能,另一方面发展了噁唑啉和噻唑啉相互比较和补充的研究方法,这都丰富了不对称催化的研究思路。
二苯胺骨架的手性双噁(噻)唑啉配体应用于硝基甲烷对α-酮酸酯的Henry反应时,三氟甲磺酸铜(Cu(OTf)2)/三乙胺催化体系主要获得S构型的产物,对映选择性最高达82﹪ee;而二乙基锌(Et2Zn)催化体系则主要获得R构型的产物,对映选择性最高达85﹪ee。实验结果表明,三齿配体骨架的二级胺官能团对于用不同Lewis酸实现对映选择性反转至关重要。仅仅通过改变Lewis酸就能高效反转对映选择性的工作在不对称合成中报道较少,因而这一结果对于丰富高选择性合成对映异构体的方法学具有重要理论意义。
本文成功运用二苯胺骨架的手性双噁(噻)唑啉配体,实现了双金属中心催化的直链硝基烷烃对β-硝基烯烃的不对称Michael加成。该体系的非对映选择性最高可达syn:anti11.7:1,syn对映选择性最高可达95﹪ee。这一首创的不对称合成方法学所得到的手性1,3-二硝基化合物,可以进一步转化成手性1,3-二胺及环状硫脲等,为这些化合物在生物活性领域的广泛研究和应用提供了强有力的支持。
在三氟甲磺酸锌(Zn(OTf)2)催化的β-硝基烯烃对吲哚的Friedel-Crafts烷基化反应中,二苯胺骨架的手性双噁(噻)唑啉配体能加速反应的进行并实现高选择性的不对称诱导。催化剂在用量降至1mol﹪时仍具有良好活性。该体系适用于芳香烃、芳香杂环和脂肪烃取代的β-硝基烯烃和多种取代(含1-甲基)的吲哚之间的反应,对映选择性最高可达98﹪ee。这一方法学在提升该反应的对映选择性和拓展该反应的底物适应性上均取得了明显突破。同时,反应所得产物是具有生物活性分子的有机合成领域中的重要手性砌块。
在本文研究的Henry反应和Friedel-Crafts烷基化反应中,二苯胺骨架三齿配体的多功能性潜能得到体现。配体既可以通过配位Lewis酸活化一类底物,又可以通过弱的分子间相互作用定位另一类底物,最终体现出不对称催化的多样性和高效性。
噻唑啉配体在本文所研究的反应中均能有效控制反应的立体选择性,在不对称Michael加成反应中甚至获得比噁唑啉更高的非对映选择性和对映选择性。这些研究表明,噻唑啉至少是噁唑啉的有益补充。
对于所研究的不对称催化反应,本文都从实验结果和配体特性出发,提出了可能的反应过渡态,对反应的对映选择性进行了合理的解释,并希望以此为不对称催化合成领域的发展提供一定的理论支持。