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基于活性叶立德捕捉的不对称共催化多组份反应高效构建多官能团化合物的研究

徐新芳  
【摘要】: 不对称多组份反应是一种由简单的原料(三种或三种以上的底物)选择性地一步构建多官能团手性化合物的高效合成新途径。通过多种催化剂共催化可以实现多组份反应的选择性控制,其共催化过程是由两种或两种以上的催化剂选择性的平行作用于相应的反应底物或催化循环,从而实现多种反应底物的有序组装,高选择性地得到目标化合物。此类反应具有高效、经济、绿色、操作简单等优势,对其的研究与应用显示出十分重要的学术意义和经济价值。 论文设计并实现了两类基于活性叶立德捕捉的不对称共催化多组份反应:一类是基于亚胺对羟基叶立德捕捉的不对称共催化多组份反应构建手性α-羟基-β-氨基酯的衍生物这一重要片段;另一类是基于羰基叶立德对亚胺的3+2环加成共催化反应构建不同构型的多取代(?)唑烷衍生物。另外,作者还发现了一类基于羟基叶立德中间体一锅法合成多取代四氢呋喃衍生物的串联反应。 论文的第一章绪论介绍了共催化策略,重氮、卡宾和叶立德化学,叶立德参与的多组份反应等。同时,对论文的研究基础和设计思路也做了简要的介绍。 论文第二章的研究首次实现了手性有机小分子和非手性醋酸铑共催化的α-芳基重氮羧酸酯、醇以及亚胺参与的不对称催化三组份反应。研究发现,通过BINOL衍生的手性磷酸催化剂能有效活化亚胺并同时引入手性,活化后的亚胺能高效捕捉由醇和金属卡宾(由醋酸铑分解重氮化合物原位生成)生成的羟基叶立德,成功合成了一系列光学纯的α-羟基-β-氨基酯的衍生物这一重要片段,对映选择性高达99%。 论文第三章的研究是在第二章的基础之上首次实现了不对称共催化的四组份反应。基于胺和醛在酸性无水条件下可以迅速生成亚胺的原理,作者用醛和胺原位生成的亚胺参与反应,通过对反应条件的优化和副反应的控制顺利实现了不对称共催化的四组份反应。该工作从简单易得的原料高效的合成了光学纯的α-羟基-β-氨基酯衍生物。 论文第四章的研究首次实现了重氮酮参与的不对称共催化多组份反应。在论文第二章的研究基础之上,通过反应条件的优化和共催化剂的筛选,作者对不同类型的底物进行了拓展:将参与反应的重氮底物顺利拓展到了重氮酮化合物;将由芳基醛衍生的亚胺拓展到烷基醛与胺原位生成的亚胺等,由此为高效构建结构多样的手性α-羟基-β-氨基酯的衍生物提供了一条十分有效的合成途径。 第五章的研究工作首次实现了非对映选择性调控的3+2环加成反应。反应通过共催化剂选择性调控醋酸铑催化羰基叶立德与亚胺的3+2环加成过程的中间态实现了反应的非对映选择性控制。同时,此反应也是第一例分子间羰基叶立德(醋酸铑分解重氮与醛原位生成)与亚胺的3+2环加成反应中共催化策略的成功应用。反应在该条件下,可以合成不同构型的多取代(?)唑烷衍生物:由苯基重氮参与的反应通过对共催化剂的调节可以分别得到苏式或者赤式为主的嗯唑烷衍生物,上述两种化合物通过简单水解就可以得到两种不同构型(顺式/反式)α-羟基-β-氨基酯的衍生物;由重氮乙酸酯参与的反应首次合成了位阻较大的苏式加成的(?)唑烷产物。以上研究成功弥补了羟基叶立德捕捉亚胺的三组份反应只得到单一构型产物的不足。 第六章的研究工作设计了一类高效合成多取代四氢呋喃的新方法。本研究是一类基于羟基叶立德O-H插入产物-锅法合成多取代四氢呋喃衍生物的串联反应。该反应首次发现了仲醇与重氮化合物高非对映选择性的O-H插入反应(dr99:1),此O-H插入产物再通过设计的分子内的Michael串联反应,顺利关环合成四氢呋喃衍生物。此反应具有选择性高、合成产物具有反式多芳基取代的特点,是一条高选择性合成多取代四氢呋喃衍生物的有效途径。


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