新穎手性配體及其催化劑的設(shè)計合成是過渡金屬催化的不對稱反應(yīng)研究的核心內(nèi)容之一,也是當(dāng)前有機(jī)合成化學(xué)研究的前沿和熱點。手性螺環(huán)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成為一類構(gòu)建配體骨架的“優(yōu)勢結(jié)構(gòu)”,特別是螺二氫茚骨架衍生的手性螺環(huán)配體已經(jīng)逐漸成為一類“優(yōu)勢配體”,在多種類型的過渡金屬催化不對稱反應(yīng)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和對映選擇性。本文在綜述手性單膦配體研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,發(fā)展了一種新型的六甲基螺二氫茚配體骨架,設(shè)計合成了基于六甲基螺二氫茚骨架的新型手性亞磷酸酯-烯配體和亞磷酰胺配體,并研究了它們在過渡金屬催化的一些不對稱反應(yīng)中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下:1.以商業(yè)易得的雙酚C為原料,經(jīng)酸催化重排反應(yīng)一步高收率制備了六甲基-1,1'-螺二氫茚-6,6'-二酚(6,6'-HMSIOL),以N-Ts-L-苯丙氨酸酰氯和L-氯甲酸薄荷醇酯分別作為手性拆分試劑,成功實現(xiàn)了兩種拆分該消旋體二酚的方法,相關(guān)產(chǎn)物通過X-射線單晶衍射確定了絕對構(gòu)型。以拆分得到的光學(xué)純的(R)-6,6'-HMSIOL為原料,經(jīng)溴代反應(yīng)、三氟甲磺�；磻�(yīng)、鈀催化選擇性還原反應(yīng)、經(jīng)溴-鋰交換的羰基化反應(yīng)和Baeyer-Villiger氧化重排等5步反應(yīng)以76.3%的產(chǎn)率合成了手性的六甲基-1,1'-螺二氫茚-7,7'-二酚[(R)-7,7'-HMSIOL]。此外,以(R)-6,6'-HMSIOL為原料,經(jīng)甲�；⑷谆酋；�、鈀催化選擇性還原和Baeyer-Villiger氧化重排等4步反應(yīng)以64.4%的產(chǎn)率同樣可以合成(R)-7,7'-HMSIOL。以(R)-7,7'-HMSIOL為原料,經(jīng)與三氯化磷發(fā)生取代反應(yīng)可制備得到螺環(huán)亞膦酰氯中間體,后者分別與苯酚鋰鹽衍生物和鄰位含反式烯烴的苯酚鋰鹽衍生物反應(yīng),可以較好收率得到基于六甲基螺二氫茚骨架的4種手性螺環(huán)亞磷酸酯(R)-2.16a-d和6種手性螺環(huán)亞磷酸酯-烯配體(R)-2.17a-f。通過手性7,7'-HMSIOL跟[(+)-雙[(R)-1-苯乙基]胺基二氯化磷的反應(yīng)制備得到了基于六甲基螺二氫茚骨架的新型手性亞磷酰胺配體配體(S,R,R)-2.18和(R,R,R)-2.18。這些新配體化合物均通過~(1)HNMR、~(13)CNMR、~(31)PNMR、HRMS、IR、熔點和旋光度等進(jìn)行了表征。2.發(fā)展了銠/手性螺環(huán)亞磷酸酯-烯配體高效高選擇性不對稱催化N-Ts芳基亞胺的芳基化的1,2-加成反應(yīng)。以苯基硼酸和N-Ts-(對氯苯基)亞胺為模型反應(yīng)底物,通過對手性配體、金屬和溶劑等反應(yīng)條件的篩選,確定了以3 mol%的Rh(acac)(C_2H_4)_2為催化劑前體,3mol%的(R)-2.17e為手性配體,4當(dāng)量的氟化鉀為添加劑,甲苯/水為反應(yīng)溶劑,在35℃下反應(yīng)20h的條件為最優(yōu)反應(yīng)條件,并以最高85%的收率和99%ee的對映選擇性,合成得到了 18個高光學(xué)活性的二芳基甲基胺的產(chǎn)物。進(jìn)一步,用多種核磁手段測試分析了 Rh(acac)(C_2H_4)_2與亞磷酸酯-烯烴配體(R)-2.17e絡(luò)合物的譜圖,我們發(fā)現(xiàn)配體該絡(luò)合物中烯烴氫和烯烴碳以及磷原子的化學(xué)位移均發(fā)生了明顯遷移,證明Rh金屬與配體(R)-2.17e中的烯烴雙鍵和磷原子能同時絡(luò)合配位,說明亞磷酸酯-烯烴配體以雙齒形式和金屬Rh配位。在此基礎(chǔ)上,為揭示上述催化不對稱1,2-加成反應(yīng)的高對映選擇性控制的機(jī)理,以3.9a和3.10a作為反應(yīng)模型底物,我們執(zhí)行了 DFT理論計算。計算結(jié)果證實以Rh/(R)-2.17e(亞磷酸酯-烯烴配體)作為催化劑,反應(yīng)更傾向于生成R構(gòu)型產(chǎn)物;而以Rh/(R)-2.16a(亞磷酸酯配體)作為催化劑,反應(yīng)更傾向于生成S構(gòu)型產(chǎn)物,這些理論計算結(jié)果與實驗結(jié)果完全吻合。計算研究還發(fā)現(xiàn)配體在空間上的構(gòu)象靈活性對反應(yīng)的對映選擇性有較大影響。對于配體(R)-2.17e,Rh中心原子與一分子配體上的P原子以及烯烴同時絡(luò)合,產(chǎn)生了剛性的空間環(huán)境,配體上占據(jù)空間位阻的萘基對底物中的對甲苯磺酰基具有極強(qiáng)的位阻效應(yīng),導(dǎo)致產(chǎn)物有優(yōu)秀的對映選擇性;對于配體(R)-2.16a,Rh中心原子同時與兩分子配體上的P原子絡(luò)合,導(dǎo)致配體分子可圍繞P-Rh鍵旋轉(zhuǎn),配體上占據(jù)空間位阻的螺環(huán)骨架部分對底物中的對甲苯磺�；奈蛔栊�(yīng)并不明顯,這種空間環(huán)境上的靈活性導(dǎo)致配體3.9a在催化不對稱芳基化反應(yīng)時對映選擇性只有中等,且產(chǎn)物構(gòu)型呈現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。這些理論計算結(jié)果跟實驗結(jié)果也是一致的。3.發(fā)展了銠/手性螺環(huán)亞磷酸酯-烯配體高效高選擇性不對稱催化環(huán)狀亞胺的1,2-加成反應(yīng)。以苯基硼酸和苯并[e][1,2,3]VA噻嗪-2,2-二氧化物為模型反應(yīng)底物,通過對手性配體、金屬和溶劑等反應(yīng)條件的篩選,確定了以1.5 mol%[Rh(C_2H_4)_2Cl]_2為催化劑前體,3 mol%(R)-2.17b為手性配體,4當(dāng)量的氟化鉀為添加劑,甲苯/水為反應(yīng)溶劑,室溫下反應(yīng)20h的條件為最優(yōu)反應(yīng)條件,并以84-94%的收率和93-99%ee的對映選擇性合成得到了 21個高光學(xué)活性的環(huán)狀胺產(chǎn)物。反應(yīng)的普適性較好,對各種取代基的芳基硼酸和環(huán)狀亞胺底物,取代基無論是推電子取代基,還是吸電子取代基,所有反應(yīng)都能表現(xiàn)出高產(chǎn)率和優(yōu)秀的對映選擇性;反式-β-苯乙烯硼酸也能參與該反應(yīng),跟各種取代的環(huán)狀亞胺反應(yīng),均可得到高產(chǎn)率和優(yōu)秀對映選擇性的苯乙烯基環(huán)狀胺衍生物。4.發(fā)展了鈀/手性亞磷酰胺配體高效高選擇性不對稱催化烯胺化反應(yīng)。以2 mol%Pd2(dba)_3為催化劑前體,6mol%(S,R,R)-2.18為手性配體,2當(dāng)量的水為添加劑,甲苯為反應(yīng)溶劑,回流溫度下反應(yīng)20h的最優(yōu)反應(yīng)條件下,考察了 1-烯丙基-3-取代苯基-1-甲基脲和溴苯或碘苯之間的烯胺化反應(yīng),以最高94%的收率和93%ee的對映選擇性合成得到了 17個高光學(xué)活性的產(chǎn)物。實驗結(jié)果顯示,當(dāng)1-烯丙基-3-取代苯基-1-甲基脲的取代基是苯基對位含有推電子基團(tuán)或者氫原子時,反應(yīng)產(chǎn)率很高(91～94%),但對映選擇性一般(54～66%ee);取代基是苯基對位位含有吸電子基團(tuán)時,比如氰基或者硝基,反應(yīng)產(chǎn)率略有下降(63～89%),但對映選擇性大幅度提高(79～91%ee)。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O621.251;O641.4
【部分圖文】：

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本文編號：2813186