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基于二茂铁骨架的手性亲核催化剂的合成及其催化应用

胡斌  
【摘要】:本论文主要致力于新型二茂铁亲核催化剂的设计与合成及其在催化不对称反应中的应用研究。我们将手性脒骨架与平面手性DMAP衍生物进行有机地结合,设计并合成了同时具有平面手性和中心手性的新型亲核催化剂Fc-PIP。当平面手性和中心手性匹配时Fc-PIP在芳基烷基甲醇、芳基烯基甲醇及大位阻(杂)芳基烷基甲醇的动力学拆分和2,3-二取代苯并二氢呋喃的不对称合成中均比含单一手性的催化剂表现出更好的对映选择性。论文主要包括以下四个方面的工作: 1.新型二茂铁亲核催化剂Fc-PIP的设计与合成 将手性脒与二茂铁骨架进行有机结合,设计了一类同时具有平面手性和中心手性的新型亲核催化剂Fc-PIP。我们通过二茂铁单体的构建、偶联、水解和关环反应高效地合成了该类催化剂,且最终产物(S,Rp)-1a通过X-ray单晶衍射确定了其相对构型。在该类催化剂合成的偶联反应中,由于生成的非对映异构体能通过柱色谱分离,从而避免了像许多含单一平面手性催化剂一样需要通过手性制备HPLC分离得到手性纯催化剂。 2. Fc-PIP在芳基烷基甲醇和芳基烯基甲醇的动力学拆分中的应用 Fc-PIP成功应用于芳基烷基甲醇的动力学拆分中,表现出较好的选择性,尤其当底物为苯基叔丁基甲醇时S值可达1892,且酯的ee值达99.8%。这标志着我们的催化剂是首个能达到酶催化水平的非酶催化剂。实验证明当平面手性与中心手性匹配时催化剂Fc-PIP比单一中心手性的脒催化剂Cl-PIQ具有更好的活性和选择性。此外,根据实验结果得出在我们的催化体系中只存在唯一的过渡态模式,即叠加式过渡态,且底物与活性中间体之间的π-π和π-正离子相互作用是该反应选择性甚至是活性的决定性因素。 我们的催化体系还成功应用于具有挑战性的底物sp2-sp2式的芳基烯基甲醇的动力学拆分中。最高S值可达24,且部分底物未反应的醇可达99%的ee值。 3. Fc-PIP在大位阻(杂)芳基烷基甲醇的动力学拆分中的应用 我们通过Fc-PIP催化大位阻(杂)芳基烷基甲醇的动力学拆分,合成了一系列实用的光学纯的大位阻醇。通过控制反应时间,均能使未反应的醇达到99%ee值,且收率均高于43%。针对目前合成高光学纯的此类底物具有一定难度的现状,我们的研究结果无疑为其提供了一种非常有效的方法。 4. Fc-PIP在2,3-二取代苯并二氢呋喃类化合物的不对称合成中的应用 考察了新型二茂铁亲核催化剂Fc-PIP在酮酸的不对称分子内Michael加成-内酯化串联反应的应用情况,发现Fc-PIP在该反应中表现出优异的催化活性和选择性,得到了一系列最高99/1的dr值和98%ee值的手性2,3-二取代苯并二氢呋喃类化合物。


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