系列新颖含N杂环类有机小分子催化剂（试剂）的合成及在动力学拆分中应用研究

论文摘要

本论文设计、合成了2个系列新颖的有机小分子催化剂和1个系列的有机小分子试剂并对其动力学拆分中的性质加以研究。（1）设计了6个苯并咪唑类不对称酰基化拆分试剂,以邻苯二胺和手性氨基酸为原料,通过三步反应得到了上述设计的6个苯并咪唑不对称酰基化拆分试剂。通过改进合成方法,优化合成条件,最终以72%-84%的高收率获得了6个苯并咪唑类不对称酰基化拆分试剂,并通过NMR、MS、元素分析等谱图表征确定其结构无误。我们将所制备的拆分试剂应用于对外消旋的α-氨基酸酯的拆分中。通过对温度、溶剂、时间、拆分试剂的筛选,获得了最理想的酰基化试剂。我们对酰基化试剂进行底物扩展的研究。选择了6种氨基酸底物在优化的条件和酰基化试剂分别反应。发现在转化率大于45%的前提下,ee值最高可达94%。（2）设计了一系列苯并咪唑类不对称酰基化拆分催化剂,并以N-甲基邻苯二胺和手性氨基酸为原料,在不同路线下通过二步反应得到了上述设计的2个苯并咪唑不对称酰基化拆分催化剂。通过改进合成方法,优化合成条件,最终以高收率获得了该系列苯并咪唑类不对称酰基化拆分催化剂。分别以外消旋4-羟基-4-芳基-2-丁酮,外消旋乳酸衍生物,外消旋α-酰胺基醇做为拆分底物,在不同溶剂,不同温度下考察了催化剂的活性。并对其催化结果进行了讨论。但是由于在催化活性中心氮原子的周围结构较多；催化活性中心的氮原子上的电子云被苯并咪唑环大幅度分散；同时引入的烷基胺基也没能起到恰当的辅助作用。所以未获得满意的催化效果（3）以简单氨基酸为手性源经过还原、磺酰化、环化、咪唑基化4步反应合成了一系列新颖的手性N-烷基咪唑类催化剂。在合成过程中改进了合成路线,优化了合成工艺,使得手性N-烷基咪唑类催化剂能够以较为理想的收率获得。提供了一种合成N-烷基咪唑类化合物的行之有效的方法。得到所设计的酰基化试剂之后,分别以外消旋4-羟基-4-芳基-2-丁酮、外消旋乳酸衍生物、外消旋α-酰胺基醇做为拆分底物,在不同溶剂,不同温度下考察了本章所合成的7个催化剂的活性。并对其催化结果进行了讨论。通过对温度、溶剂、催化剂结构、底物结构之间关系的讨论初步得到了催化剂的手性诱导能力与其它条件的关系。并在优化条件对个别底物拆分得到ee值为42%的结果。（4）将7个手性N-烷基咪唑类催化剂运用于以对甲苯磺酰氯为酰基化试剂的α-氨基醇衍生物的动力学拆分中。试图通过动力学拆分的方法以外消旋的α-氨基醇衍生物为底物,直接合成手性二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环。我们成功的以手性N-烷基咪唑类化合物为催化剂完成了对以对甲苯磺酰氯为酰基化试剂的α-氨基醇衍生物的动力学拆分的模型反应的建立。完成了对产品——手性二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环对映体高效液相色谱分离条件的摸索,成功实现了对这两类化合物在高效液相色谱条件下的分离。在使用手性N-烷基咪唑类催化剂催化外消旋的α-氨基醇衍生物制备手性二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环的过程中,由于受酰基化试剂结构的限制没有实现预期结果。但是在这个过程中,我们发现了N-烷基咪唑类化合物做为催化剂能够在温和的条件下高效的制备二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环。并首次以所合成的N-烷基咪唑类化合物为催化剂,以光学纯的α-氨基醇衍生物为底物实现了手性二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环的合成。提供了一种在实验室条件下合成手性二氢恶唑和N-磺酰基N杂三员环的简单、快捷、高效的方法。通过本论文的研究,为以后设计新的含N五员杂环类的有机小分子催化剂提供了初步的理论依据,也为发展催化剂的多样性提供了借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 手性的概念及在自然科学领域中的重要性
• 1.1.1 手性的概念
• 1.1.2 手性（手性分子）在自然科学领域中的重要性
• 1.2 手性化合物的制备方法
• 1.2.1 手性源法制备手性化合物
• 1.2.2 手性辅助基法诱导制备手性化合物
• 1.2.3 手性试剂法诱导手性化合物的合成
• 1.2.4 手性催化法制备手性化合物
• 1.3 手性催化的发展
• 1.4 手性有机小分子催化剂的发展与近况
• 1.4.1 手性有机小分子在手性合成领域的发展
• 1.4.2手性有机小分子催化剂的结构特征及作用机制
• 1.5 手性有机小分子催化剂（试剂）在获取手性醇（胺）类化合物的应用
• 1.5.1 手性醇（胺）的重要意义
• 1.5.2 手性醇（胺）的制备方法
• 1.5.3 手性有机小分子不对称试剂在动力学拆分法制备手性醇（胺）中的应用
• 1.5.4 手性有机小分子催化剂在动力学拆分法制备手性醇（胺）中的应用
• 1.6 烷基化咪唑及其衍生物在催化动力学拆分法获取手性醇（胺）类化合物中的应用
• 1.6.1 N-烷基化咪唑及其衍生物催化动力学拆分获取手性醇的机制
• 1.6.2 N-烷基化咪唑及其衍生物在催化动力学拆分获取手性醇（胺）类化合物的研究进展
• 1.7 选题的意义与目的
• 参考文献
• 第2章 系列苯并咪唑类不对称酰化试剂的合成及对α-氨基酸酯的拆分
• 2.1 引言
• 2.2 催化剂的设计
• 2.3 苯并咪唑类酰基化试剂的合成及表征
• 2.3.1 仪器与试剂
• 2.3.2 中间体的合成及表征
• 2.3.3 苯并咪唑类酰基化试剂的合成及表征
• 2.4 催化底物的合成及液相分离
• 2.5 以苯并咪唑类酰基化试剂对底物氨基酸酯的拆分
• 2.5.1 N-苯甲酰基氨基酸酯对映体的合成
• 2.5.2 以苯并咪哇类酞基化试剂a3为酞基化试剂以a4为拆分底物构建拆分模型反应
• 2.5.3 以苯并咪唑类酰基化试剂3e为酰基化试剂以4a为拆分底物对拆分条件的优化
• 2.5.4 以苯并咪哇类酞基化试剂3e为酞基化试剂以a4为拆分底物对拆分条件的优化
• 2.5.5 以苯并咪哇类拆分试剂3e为酞化试剂对底物的扩展
• 2.5.6 拆分结果与讨论
• 本章小结
• 附图
• 参考文献
• 第3章 系列苯并咪唑类不对称酰化催化剂的合成及对含手性基团醇的拆分
• 3.1 引言
• 3.2 催化剂的设计
• 3.3 苯并咪唑类不对称拆分催化剂的合成及表征
• 3.3.1 仪器与试剂
• 3.3.2 以路线1完成对N-甲基苯并咪唑类催化剂的合成
• 3.3.3 以路线2完成对N-甲基苯并咪唑类催化剂的合成
• 3.4 催化底物的合成
• 3.4.1 底物的选择
• 3.4.2 底物的合成
• 3.5 以N-甲基苯并咪唑类催化剂对底物的拆分
• 3.5.1 以N-甲基苯并咪唑类催化剂对外消旋4-羟基-4-芳基-2-丁酮拆分
• 3.5.2 以N-甲基苯并咪唑类催化剂对外消旋乳酸衍生物的拆分
• 3.5.3 以N-甲基苯并咪唑类催化剂对外消旋α-酰胺基醇的拆分
• 3.5.4 拆分结果与讨论
• 本章小结
• 附图
• 参考文献
• 第4章 系列咪唑类不对称动力学拆分催化剂的合成及对手性胺基醇的拆分
• 4.1 引言
• 4.2 催化剂设计
• 4.3 咪唑类催化剂的合成及表征
• 4.3.1 实验仪器及药品
• 4.3.2 中间体手性N-磺酰基-2-手性取代基N杂三员环的合成及表征
• 4.3.3 手性咪唑类不对称酰化催化剂的合成及表征
• 4.4 手性咪唑类不对称酰化催化剂的拆分性能研究
• 4.4.1 外消旋4-羟基-4-芳基-2-丁酮类化合物的拆分
• 4.4.2 对外消旋α-酰胺基醇的拆分
• 本章小结
• 附图
• 参考文献
• 第5章 以磺酰氯为酰基化试剂对手性胺基醇的拆分及手性2,5-二取代二氢恶唑和手性2取代N杂三员环的合成方法研究
• 5.1 以磺酰氯为酰基化试剂对手性胺基醇的拆分及手性2,5取代二氢恶唑的合成方法研究
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 本节实验构想
• 5.1.3 实验部分
• 5.2 以磺酰氯为酰基化试剂对手性胺基醇的拆分及手性2-取代N杂三员环的合成方法研究
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 实验部分
• 本章小结
• 附图
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢