手性二茂铁亚胺的环钯化合物和α-胺基膦氧化物的合成及在不对称催化中的应用

论文摘要

本论文主要研究了手性二茂铁亚胺的不对称加成和环钯化反应：首先以二茂铁亚胺为底物设计合成了五对外消旋的α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物；以手性氨基醇的亚胺衍生物为底物，设计合成了四对新型手性α-胺基膦氧化物和两个手性二茂铁基氨基醇配体，考察了手性配体在不对称催化反应中的应用；研究了手性氨基醇二茂铁亚胺衍生物的不对称环钯化反应，合成并分离得到四对新型非对映异构的二茂铁亚胺环钯化合物的二聚体及其相应的单体；初步探讨了手性环钯化合物在不对称Claisen重排中的应用。一、新型α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的设计、合成及应用利用亚胺的加成反应，以二茂铁亚胺1为起始物，设计合成了五对新型外消旋的α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物2a-2e（Scheme 1）。通过元素分析、红外光谱、核磁共振谱等手段对这些化合物进行了结构表征。通过X-射线单晶衍射对化合物2e的构型进行了确证。在化合物2e的一对对映异构体中，二苯氧膦基均处于未取代茂环的反方向。说明，由于二茂铁基的空间位阻作用，二苯膦基可能是从远离未取代茂环的方向进攻碳氮双键。考察了手性氨基醇的亚胺衍生物3和6的不对称加成反应：设计合成了两对手性α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物4和5；两对手性α-苯基-α-胺基膦氧化物7和8（Scheme 2）。通过元素分析、红外光谱、核磁共振谱、比旋光度等手段对其结构进行了表征，其中化合物4b（41％isolated yield）和5b（16％isolated yield）是重结晶得到的一对非对映异构体，化合物（S，S）-4b经X-射线单晶衍射对其结构和绝对构型进行了确证。3a和6a的加成产物的d．e．值均高达100％，3b和6b的加成产物的d．e．值分别为44％和33％。结果表明：利用手性亚胺分子内中心手性的诱导作用可以选择性地获得非对映异构的α-胺基膦氧化物，其中（S，S）-构型的产物为优势产物；取代基的位阻越大，加成产物的d．e．值越高；并由此提出了手性亚胺不对称加成反应可能存在的过渡态形式。为了探讨二苯氧膦基在配体参与不对称催化反应时对其催化活性和选择性的影响，合成了两个手性二茂铁基氨基醇配体9a和9b（Scheme 3）。通过元素分析、红外光谱、核磁共振谱、比旋光度等手段对其结构进行了表征。手性配体4、5、7、8和9在二乙基锌对醛的不对称加成反应、苯乙酮的不对称还原及不对称氢转移反应中的应用结果表明：对于手性α-胺基膦氧化物，由于在氮原子的α-位引入了二苯氧膦基，空间位阻作用使其催化活性较低，不含二苯氧膦基的配体9b的催化效果最好。9b在催化苯乙酮的不对称氢转移反应中，室温下可以达到99.1％的化学产率和74.2％的e．e．值。而相应用α-胺基膦氧化物4b催化反应时，化学产率和e．e．值分别为51.5％和41.1％。二、新型手性二茂铁亚胺环钯化合物的设计、合成及应用。考察了手性氨基醇的二茂铁醛亚胺衍生物的不对称环钯化反应：在无水醋酸钠存在的条件下，（S）-10与自制的Li2PdCl4溶液发生不对称环钯化反应（Scheme 4），用薄层色谱法分离环钯化产物，得到了四对非对映异构的环钯化合物二聚体11和12，未得到羟基氧配位的单体16和17；用三苯基膦对二聚体解聚得到了相应的四对非对映异构的环钯化合物单体14和15；用同样的方法得到环钯化合物，不经分离直接用三苯基膦解聚，然后重结晶得到了一对非对映异构的环钯化合物（Sp，Sc）-14a和（Rp，Sc）-15a的1∶1混合物13，分别得到了非对映异构的（Sp，Sc）-14c和（Rp，Sc）-15c；通过X-射线单晶衍射对（Rp，Sc，Rp，Sc）-12c、（Sp，Sc）-14a、（Rp，Sc）-15c和13的绝对构型进行了确证。环钯二聚体12c、单体14a、15c和13中的N和Pd的距离为2.080—2.187（?），远小于N和Pd的范德华半径之和（3.18（?）），表明氮原子和钯原子之间存在分子内配位作用；环钯二聚体12c中N和Pd的距离为2.080—2.083（?），小于相应单体15c中的2.159（?），说明二聚体中N和Pd的配位作用较强；12c中Pd和羟基O的距离为4.226（?），远大于Pd和O的范德华半径之和（3.15（?）），说明羟基氧原子与钯原子之间没有配位作用，即环钯化反应没有生成16和17。实验结果表明：利用亚胺分子内中心手性的诱导作用，通过重结晶和色谱分离，可以得到既具有中心手性又具有平面手性的环钯化合物。但得到的环钯化合物的d．e．值较低。10a和10c的环钯化合物几乎是1∶1的非对映异构体的混合物，当R1为苯基时，产物的d．e．值较高，最高为63％。有文献报道，具有平面手性的环钯化合物二聚体在催化不对称Claisen重排反应时的催化效果比只含中心手性的环钯化合物二聚体要好。我们初步探讨了将既具有中心手性又具有平面手性的二茂铁亚胺环钯化合物用于催化不对称Claisen重排反应（Scheme 5），但尚未得到预期的重排产物22，却得到钯催化下经碳氧键断裂形成的酰胺23。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 二茂铁亚胺的加成反应
• 1.1.1 有机金属试剂与亚胺的不对称加成反应
• 1.1.1.1 有机锂试剂对亚胺的加成
• 1.1.1.2 有机锌试剂对亚胺的加成
• 1.1.1.3 有机锡试剂对亚胺的加成
• 1.1.1.4 Grignard试剂对亚胺的加成
• 1.1.2 其它试剂对亚胺的不对称加成
• 1.2 二茂铁衍生物的环金属化反应及其应用
• 1.2.1 二茂铁亚胺衍生物的环钯化合物的合成及应用
• 1.2.2 手性环钯化合物的合成及应用
• 参考文献
• 第二章 本工作设想
• 2.1 课题的提出和设计
• 2.2.1 前人的研究基础
• 2.2.2 本实验室的工作
• 2.2.3 论文的设计思路
• 2.2.3.1 新型α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的设计思路
• 2.2.3.2 新型手性二茂铁亚胺环钯化合物的设计思路
• 2.2.3.3 手性氨基酸钠盐代替醋酸钠对亚胺环钯化的手性诱导
• 第三章 新型α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的设计、合成及应用
• 3.1 外消旋α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的合成与表征
• 3.1.1 新型外消旋α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的设计与合成
• 3.1.2 新型外消旋α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物的波谱性质
• 3.1.3 配体2e的单晶结构
• 3.1.4 配体2与几种金属配位能力的考察
• 3.2 新型手性α-胺基膦氧化物的合成及表征
• 3.2.1 新型手性α-胺基膦氧化物的设计与合成
• 3.2.2 新型手性α-胺基膦氧化物的波谱性质
• 3.2.3 新型手性α-二茂铁基-α-胺基膦氧化物4b的单晶结构
• 3.2.4 丙酮加成产物26的单晶结构
• 3.3 其他相关的手性二茂铁基氨基醇的合成与表征
• 3.3.1 相关的手性氨基醇配体9的合成
• 3.3.2 手性氨基醇配体9的波谱表征
• 3.4 手性配体在不对称反应中的应用
• 3.4.1 二乙基锌对苯甲醛的不对称加成反应
• 3.4.2 钌催化的潜手性酮的不对称氢转移反应
• 3.4.3 手性配体催化的硼氢化钠/碘对潜手性酮的还原
• 3.5 实验部分
• 3.5.1 一般测试
• 3.5.2 配体的合成
• 3.5.3 配体2e和4b的晶体结构
• 3.5.4 丙酮的加成产物26的合成及单晶数据
• 3.5.5 二乙基锌对醛的加成及色谱条件
• 3.5.6 钌催化的潜手性酮的氢转移反应及色谱条件
• 3.5.7 手性配体催化的硼氢化钠/碘对潜手性酮的还原反应及色谱条件
• 小结
• 参考文献
• 第四章 新型手性二茂铁亚胺环钯化合物的设计、合成及应用
• 4.1 新型手性二茂铁亚胺环钯化合物的设计、合成与分离
• 4.2 新型环钯化合物的物理常数和波谱数据
• 4.3 新型手性环钯化合物12c、14a、15c、13的单晶结构
• 4.4 用手性氨基酸钠盐代替醋酸钠诱导合成平面手性的环钯化合物
• 4.4.1 设计依据
• 4.4.2 诱导结果
• 4.5 手性环钯化合物在克莱森重排反应中的应用
• 4.5.1 手性钯化合物在不对称克莱森重排反应中的应用概述
• 4.5.2 重排底物的合成
• 4.5.3 Claisen重排反应
• 4.6 实验部分
• 4.6.1 一般测试
• 4.6.2 手性环钯化合物的合成
• 4.6.3 化合物12c、14a、15c、13的晶体结构测定
• 4.6.4 克莱森重排底物的合成
• 小结
• 参考文献
• 总结论
• 附图
• 攻读博士学位期间发表及待发表的论文（2003-2006）
• 致谢