论文摘要
胺类对内消旋环氧化合物的不对称开环是一类重要的反应,反应生成两个手性中心的氨基醇化合物在有机合成中有着重要的应用。本文以环氧化合物的不对称开环反应为目标,系统研究了BINOL-Ti、BINOL-Mg以及双脯氨醇类配体-Mg三个各有特色的体系催化的胺类对环氧化合物的不对称开环反应。1.BINOL/Ti体系催化的4,4’-二甲基-3,5,8,-三氧双环[5.1.0]辛烷的不对称开环反应研究系统研究了BINOL/Ti体系催化的苄胺对环氧4,4’-二甲基-3,5,8,-三氧双环[5.1.0]辛烷的不对称开环反应。通过考察BINOL/Ti体系中配体与金属比例对反应的影响、水对反应的影响、反应中的溶剂效应、反应中的非线性效应、反应体系中络合物的结构,提出了该反应中的可能催化循环机理,认为（BINOLate）2Ti物种可能是催化反应中的活性物种。环氧4,4’-二甲基-3,5,8,-三氧双环[5.1.0]辛烷与（BINOLate）2Ti物种的金属Ti配位而受到活化,苄胺由背面进攻环氧4,4’-二甲基-3,5,8,-三氧双环[5.1.0]辛烷,水在两种底物间转运质子,促进环氧的开环。首次发现同种手性不同配体间可以形成ML2型络合物,异种手性配体之间则不能生成ML2型络合物。我们对反应体系中存在的（+）-NLE效应提出了新的解释。基于对反应机理的认识,结合不对称活化和组合化学的方法,发展了一系列催化苄胺对环氧4,4’-二甲基-3,5,8,-三氧双环[5.1.0]辛烷开环反应的催化剂,实现了高效、高选择性的不对称催化反应。在0.5%的催化剂用量下,最高获得了97%收率、99%ee值的产物。为HIV蛋白酶抑制剂奈非那韦的合成提供了高效实用的合成方法,为手性砌块ABT的实际应用提供了可能。该体系还可以催化其它脂肪胺类,如:异丙胺、正丁胺和叔丁胺对特殊环氧的开环反应,取得了优秀的对映选择性（分别为99%ee、95%ee、95%ee）和中等到优秀的收率。2.BINOL-Mg催化的芳香胺和脂肪胺对环氧的不对称开环反应系统地研究了BINOL/Mg2+体系催化的胺类对内消旋环氧化合物的不对称开环反应。在芳胺对环氧化合物的开环反应中,采用1%的催化剂（BINOL-Mg）用量,添加1%的甲基锂的条件下,室温下进行反应,最高获得了73%收率和82%的对映选择性。同时研究了体系中水对反应的影响,发现反应中存在不同含量的水份会引起产物构型的反转,有可能是由于反应体系中存在不同的催化活性物种,而水的存在与否对不同催化剂活性物种的相对含量起重要作用,进而影响反应的不对称诱导。此体系对于催化脂肪胺类对多种环氧化合物的开环反应特别有效,在异丙胺对环己烯环氧的开环反应中最高可获得99%的转化、94%的对映选择性。这是催化的脂肪胺对简单环氧的不对称开环反应中获得的最好结果。因此BINOL-Mg2+催化体系很好地解决了胺对环氧化合物不对称开环反应中的三个问题:催化剂用量高、采用贵金属催化和脂肪胺对简单环氧的开环反应活性和选择性低等。3.手性双核镁络合物催化的芳香胺类对内消旋环氧化合物的不对称开环反应通过对环氧开环反应及双金属催化机理的考察与理解,我们首次将Trost发展的半冠醚双脯氨醇配体与Mg2+形成的络合物应用于芳胺对环氧化合物的不对称开环反应,通过对一系列配体的电子及立体效应的考察,发现配体37表现出最好的选择性和催化活性,在优化的反应条件下,在芳胺对环氧化合物的不对称开环反应中,获得了中等到良好的收率和最高88%的对映选择性。基于本课题组以往关于双脯氨醇配体与Zn2+、Mg2+形成的双核络合物在催化CO2对环己烯环氧开环聚合反应中的机理认识以及本章的配体结构-催化性能关系、溶剂效应等研究结果,我们认为在芳胺对环氧的开环反应中,双核Mg2+络合物可能是催化活性物种,环氧与Mg2+的配位作用是实现环氧活化的关键,在此基础上提出了可能的催化循环。