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手性膦化合物在不对称催化反应中具有非常重要的作用,在过去的几十年里,它们已经成为了有机合成领域的一大研究热点。手性膦化合物既可以作为有机小分子叔膦催化剂实现不对称Michael加成等反应,也可以作为手性配体实现金、铜、钯等过渡金属催化的不对称反应。近几年来,本课题组从叔丁基亚磺酰胺出发,发展了多系列的结构新颖的Sadphos,其中大致分为两类:一、手性β-氨基叔膦催化剂:Xiao-Phos、Wei-Phos、Peng-Phos、Le-Phos;二、手性单膦配体:Ming-Phos、PC-Phos、Xiang-Phos、Xu-Phos、TY-Phos。致力于继续丰富Sadphos“配体库”,并将其应用到各种不对称催化反应中,本论文在本组已发展的手性膦配体/催化剂的研究工作基础上,进一步拓展了这类基于手性叔丁基亚磺酰胺类叔膦催化剂或配体在不对称反应中的应用,主要内容包括以下几个方面:1.基于吲哚环骨架的手性Na-Phos的设计合成及其在不对称催化反应中的应用商业易得的2-甲基吲哚-3-甲醛和手性叔丁基亚磺酰胺在缩合剂作用下脱水得到手性吲哚骨架的亚磺酰亚胺,然后再在碱的作用下引入二苯基亚甲基膦,最后和一系列格氏试剂或锂试剂加成,以高非对映选择性、中等到优秀的产率得到了一种新型的基于吲哚环骨架的手性叔丁基亚磺酰胺类二苯基亚甲基膦配体Na-Phos,它可以作为有机小分子叔膦催化剂应用于不对称有机催化合成反应中,比如不对称分子间Rauhut-Currier反应以及联烯酸酯和缺电子烯烃的环加成反应。2.手性β-氨基叔膦催化烯酮与β-全氟烷基取代烯酮的不对称分子间RauhutCurrier反应对传统Xiao-Phos进行修饰改造,脱除叔丁基亚磺酰基后引入不同酰基保护基,可以得到一系列手性N-酰基-β-氨基叔膦催化剂,极大的提高了手性叔膦催化剂中N-H键的氢键能力。新型多功能有机小分子叔膦催化剂成功实现了β-全氟烷基取代烯酮和烷/芳基乙烯基酮的不对称分子间Rauhut-Currier反应。底物拓展结果表明,催化剂P3.4在烷基乙烯基酮参与的不对称分子间R-C反应中表现突出,而催化剂P3.6则在芳基乙烯基酮参与的不对称分子间R-C反应中表现出了优异的催化活性和对映选择性控制,该反应体系的底物普适性较好,能以高达88%的产率和95%的ee值得到一系列手性全氟烷基取代的多羰基类官能团化合物。3.手性β-氨基叔膦催化烯酮与三氟甲基取代环状酮亚胺的不对称分子间azaMorita-Baylis-Hillman反应基于本组发展的新型亚磺酰胺类手性β-氨基叔膦催化剂,我们成功实现了三氟甲基取代的环状酮亚胺和烷/芳基乙烯基酮的不对称分子间aza-MBH反应,构建了一系列含有手性三氟甲基取代基的稠杂环类化合物。底物拓展结果表明,催化剂P4.9在烷基乙烯基酮参与的不对称分子间aza-MBH反应中表现出了优异的催化活性和对映选择性控制,能以高达80%的产率和95%的ee值得到目标一次加成的手性三氟甲基化合物。而在芳基乙烯基酮参与的不对称分子间azaMBH反应中,该反应体系不能有效抑制烯酮的自身二聚反应,且二聚产物参与的aza-MBH反应活性与对映选择性控制一般,底物存在一定局限性。4.手性二金刚烷基膦Xiang-Phos的修饰与改造传统Xiang-Phos的合成路线步骤较多、合成效率较低,为了进一步拓展配体范围,我们成功通过“一锅法”,快速合成了基于叔丁基亚磺酰胺骨架的手性二金刚烷基膦配体,该路线对Xiang-Phos的修饰与改造简单且高效,尤其是母体苯环骨架上取代基的引入。我们在传统Xiang-Phos骨架中引入了四甲基四氢萘,合成了几例新型骨架的N-Me-Xiang-Phos,既增加了配体母体苯环上的位阻,又增强了配体磷上的电富性,从而使其能够在更多的不对称催化合成反应中进行手性调控尝试。5.钯/N-Me-Xiang-Phos催化降冰片烯的不对称碳杂官能团化环化反应基于本组发展的新型手性亚磺酰胺类膦配体Sadphos的合成基础,我们成功实现了邻溴苯胺和邻溴苯酚在均相催化下,高对映选择性的钯催化降冰片烯的不对称碳杂官能团化环化反应,从而构建了一系列手性多环吲哚啉和2,3-二氢苯并呋喃类杂环化合物。无论是在碳胺化,还是在碳氧化反应体系中,基于四甲基四氢萘为母体苯环骨架的N-Me-Xiang-Phos均表现出了很好的催化活性以及对映选择性控制,以高达98%的收率和99%的ee值生成相应具有光学活性的杂环化合物。6.钯/N-Me-Xiang-Phos催化2,3-二氢呋喃的不对称碳杂官能团化环化反应基于四甲基四氢萘为母体苯环骨架的N-Me-Xiang-Phos配体,我们成功实现了更高效且底物范围更广的高对映选择性钯催化2,3-二氢呋喃的不对称碳杂官能团化环化反应,构建了一系列手性四氢呋喃并苯并稠杂环类化合物,产物可以高达97%的产率和99%的ee值。同时,对于含取代基的2,3-二氢呋喃,我们也成功实现了烯烃的碳胺化以及碳氧化环化反应,从而构建了含有多取代多手性中心的三并环骨架分子。值得提出的一点,对于烯烃的不对称碳杂官能团化反应,四甲基四氢萘环骨架的手性二金刚烷基膦配体N-Me-X7/8具有优异的催化活性,反应仅在室温条件下就能顺利的发生。