恶唑啉取代的面手性氮杂环卡宾前体的合成以及催化研究

论文摘要

不对称催化体系所用的配体,除了包含中心手性外,还可以含轴手性和面手性或者它们的结合。从上世纪九十年代末开始,面手性的[2.2]环仿类化合物作为手性配体应用到不对称催化的研究逐渐增多,面手性在现代金属有机化学均相催化中扮演着越来越重要的作用。自1991年首次报道稳定的氮杂环卡宾被分离出来以来,氮杂环卡宾以其优越的供电子性和结构的可塑性吸引了大量的化学家从事其在均相有机金属催化和有机催化的研究当中。最经典的例子当属Grubbs催化剂在烯烃复分解当中的应用。手性氮杂环卡宾在不对称催化当中的成功应用始于21世纪初,随后化学家对设计合成和应用手性氮杂环卡宾进行了大量的报道。将面手性的[2.2]环仿基引入到卡宾配合物催化的反应当中,将得到一类新型配体。对于含有手性环仿基的含氮杂环卡宾前体的设计合成以及应用的研究在不对称催化反应中有重要意义。本文论述了恶唑啉取代的环仿基毗啶并咪唑的合成和在对查耳酮及其类似物的1,4硼加成反应的应用。论文主要包含以下几个方面。一、[2.2]环仿的合成以及单溴代产物和外消旋的4,12-二溴环仿的合成。在以NaOH为碱环境下,氯化对甲基苄基三甲铵发生Hofinanm消除,而后加热下,发生自由基两分子聚合生成[2.2]环仿。以原位生成的FeBr3为催化剂,控制加入单质溴的量得到单溴取代的环仿和4,16-二溴环仿,后者通过高温转位得到4,12-二溴环仿。二、4-溴-13-苯基恶唑啉基环仿的合成以及拆分以单溴[2.2]环仿为原料,制备格式试剂并与二氧化碳反应,得到单羧基环仿,然后与左旋苯甘氨醇反应,并通过Bryce条件下关环生成单恶唑啉基环仿。接着在原位生成的FeBr3为催化剂的条件下溴代,生成4-溴-13苯基恶唑啉基环仿,并且在这一步能通过柱层析产生两种非对应异构体。三.（4,13）-恶唑啉基-环仿基-吡啶并咪唑盐的非对映异构体的合成通过对光学纯的4-溴-13-苯基恶唑啉基环仿进行锂化,并通入二氧化碳,得到4-羧基-13-苯基恶唑啉基环仿,然后通过改进的Curtis重排得到4-氨基-13-苯基恶唑啉基环仿。最后通过与2-醛基吡啶反应生成亚胺,并通过Glorius报道的方法,与氯甲基特戊酸酯和三氟甲磺酸银反应得到最终产物。四.4-溴-12-苯基恶唑啉基环仿的合成以4,12-二溴环仿为起始原料,通过锂化,并通入二氧化碳,得到4-溴-12-羧基环仿。接着与左旋苯甘氨醇反应得到酰胺,然后和二氯亚砜反应并在碱性条件下关环,得到4-溴-12-苯基恶唑啉基环仿非对映异构体混合物。五.光学纯的4-氨基-12-苯基恶唑啉基环仿的合成通过对4-溴-12-苯基恶唑啉基环仿的Pd催化胺化,得到4-二苯甲酮亚胺基-12-苯基恶唑啉基环仿,并能在这一步拆分非对映异构体。进一步酸解得到光学纯的4-氨基-12苯基恶唑啉基环仿。六.（4,12）-恶唑啉基-环仿基-吡啶并咪唑盐的非对映异构体的合成以光学纯的4-氨基-12-苯基恶唑啉基环仿为原料,通过与合成（4,13）-恶唑啉基-环仿基-吡啶并咪唑盐一样的方法,得到（4,12）-恶唑啉基-环仿基-吡啶并咪唑盐。七.对上述合成的配体进行催化研究。通过筛选,我们选择亚铜配合物催化的联二硼酸频哪醇酯对烯酮的不对称1,4加成为研究对象,对各种配体的效果进行了评价,并进一步对配体进行改进。选择这个反应一方面由于它是有机合成中是构造C-N, C-O, C-C键的重要方法,另一方面是因为最近有大量关于联二硼酸频哪醇酯对烯酮加成的报道,但不对称催化这类反应的研究报道并不多。本文的创新之处有以下几点：1.首次合成了一系列以[2.2]环仿为骨架的氮杂环卡宾前体,并将恶唑啉的中心手性和环仿的面手性结合起来。在合成卡宾前体的过程中对原有的类似合成方法进行了改进。并成功合成并拆分了4-氨基-12-苯基恶唑啉基环仿。2.采用最近由Seung Uk Son提出的方法,一锅法制备亚铜的卡宾配合物并进行催化不对称硼化反应并取得了较好的不对称选择性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 [2.2]环仿系列化合物在不对称催化反应中的应用
• 1.2 氮杂环卡宾在不对称催化反应中的应用
• 1.3 烯酮的不对称β-硼化反应的研究进展
• 第二章 实验准备
• 2.1 试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 产品确认
• 2.4 非商品试剂制备
• 第三章 合成实验部分
• 3.1 [2.2]环仿的合成以及单溴代产物和外消旋的4,12-二溴环仿的合成
• 3.2 4-溴-13-苯基恶唑啉基环仿的合成以及拆分
• 3.3 光学纯的4-氨基-13-苯基恶唑啉基环仿的合成
• 3.4 （4,13）-3-{13-（4-苯基恶唑啉-2-基）[2.2]环仿-4-基}咪唑[1,5-a]并吡啶盐的合成
• 3.5 4-溴-12-（4-苯基恶唑啉-2-基）[2.2]环仿的合成
• 3.6 光学纯的4-氨基-12-（4-苯基恶唑啉-2-基）[2.2]环仿的合成
• 3.7 （4,12）-3-{12-（4-苯基恶唑啉-2-基）[2.2]环仿-4-基}咪唑[1,5-a]并吡啶盐的合成
• 3.8 配体绝对构型的确定
• 3.9 N,N’-二{（4Rp,13Sp）-13-羧基-4-[2.2]环仿基}咪唑三氟甲磺酸盐的合成
• 第四章 咪唑盐在铜催化对查耳酮不对称共轭加成的研究
• 4.1 催化反应的一般步骤
• 4.2 催化条件及底物筛选
• 4.3 产物表征及结果讨论
• 论文总结
• 附图
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表