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《浙江大学》 2018年
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基于配体设计的铁、钴催化酮/烯烃不对称氢官能团化反应研究

陈旭  
【摘要】:手性是三维物体的基本属性,广泛存在于自然界中,高效地制备高光学活性纯的手性化合物具有重要意义,一直备受关注。过渡金属催化的不对称反应是其中最高效的方法之一,但目前这些反应大多使用价格昂贵且毒性较大的Pd,Ru,Ir,Rh,Pt等过渡金属为催化剂。地球丰产过渡金属铁和钴具有廉价易得且相对低毒的优点,符合可持续发展和绿色化学的要求,受到化学家越来越多的关注和研究。钴与钯相比具有较低的β氢消除速率,同时钴易与碳氧、碳碳和碳氮不饱和键配位。在过去的二十年里,其在不对称催化领域受到广泛关注。目前,salen、卟啉、双膦及嗯唑啉类配体是钴催化领域使用最多的几类配体,其在钴不对称催化中的成功应用展示了廉价金属钴在不对称领域中的潜在应用前景。然而,钴的不催化领域中涉及到的反应类型相对贵金属催化的不对称催化反应来说仍然比较局限,存在一些问题有待解决:1)如何运用合适的理念设计适合于钴的新型高效手性配体。2)如何寻找合适配体拓展钴催化在烯烃或酮的高效不对称氢官能团化反应中的应用。同时,铁作为地球上第二大储量的金属,铁催化无疑是更加环境友好并符合可持续发展的一个催化领域。据此,本论文的研究内容主要分为以下几个部分:第一部分:基于导向基策略和软硬酸碱理论,从嗯唑啉苯胺骨架出发,我们设计并合成了亚胺苯基嗯唑啉苯基胺(IPOPA)、嗯唑啉苯基喹啉胺(OPQA)和咪唑啉苯基吡啶酰胺(ImPPA)三类新型手性阴离子配体。与中性配体的金属络合物相比,阴离子配体的络合物表现出更好的热稳定性;与代表性的含有嗯唑啉的对称型阴离子配体相比,这三类配体在结构上呈现出高度的不对称性,其骨架上可供同时修饰的位点较多,因而我们能更大程度上对其立体和电子效应进行调控。第二部分:钴催化酮的不对称硅氢化反应研究。我们利用设计的IPOPA配体实现了钴催化酮的高效不对称硅氢化反应,制备了一系列的手性二级醇。该反应条件温和,对底物官能团容忍性好,催化剂用量可低至0.5mol%。第三部分:铁催化苯乙烯类化合物的马氏硼氢化反应研究。我们利用简单易制备的嗯唑啉苯基吡啶酰胺配体,发展了一种铁催化的苯乙烯类底物的高效马氏硼氢化反应。反应具有区域选择性好(大部分例子大于50/1),易放大到克级规模等优点。第四部分:铁、钴催化苯乙烯类化合物的不对称马氏硼氢化反应研究。以OPQA和OPPA为配体,我们对铁催化的不对称马氏硼氢化进行了研究,但是目前产物最高ee值仅为65%。同时,利用OPQA、OPPA和ImPPA为配体,我们对钴催化的烯烃不对称硼氢化反应进行了研究,发展了一种钴催化的高区域和对映体选择性的苯乙烯和1,2-二取代芳香烯烃的不对称马氏硼氢化反应,并提出了可能的反应机理。第五部分:实验部分。描述了论文中第二章到第五章的反应过程和化合物的鉴定数据。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O621.251

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