有机催化合成手性螺环羟吲哚及手性非环嘌呤碱化合物的研究

摘要

本课题主要研究了两部分内容。第一部分:不对称有机催化构筑手性3，3'-螺环羟吲哚化合物;第二部分:不对称有机催化嘌呤碱与α，β-不饱和酮的aza-Michael加成反应的研究。
　　近十年来，不对称有机催化已经成为独立于金属配合物催化、生物酶催化的“第三极”催化模式。小分子催化所实现的全新活化方式以及其催化剂无毒、易制备、多样性等优点，吸引了无数化学家开发出各种新型手性有机催化剂和多组分、多米诺串联等新型反应类型，用于复杂天然产物骨架及医药中间体的不对称合成。
　　本课题首次设计了以不对称有机催化串联Michael/Cyclization反应策略构建具有3，2'-吡咯烷基双螺环羟吲哚骨架。在多官能团手性催化剂催化下，所有的反应都能在l min内高效地完成，生成具有三个手性中心，其中包括两个螺环季碳中心的双螺环羟吲哚产物，并获得几乎定量的收率和优秀的立体选择性(90-99％yield，8∶1-＞20∶1 d.r.，81-99％ee)。此外，本课题初步研究了多官能团催化剂的手性匹配对反应立体选择性的影响，为合成相反构型的手性双螺环羟吲哚及新型手性有机催化剂的设计提供了方法和依据。该多米诺串联反应策略最突出的特点是其反应效率极高，即使在扩大反应规模至克级别，也能在很短的时间内完成，得到完美的收率和立体选择性。这种新型的双螺环羟吲哚骨架为某些新型药物先导化合物的开发提供了可能。
　　本课题设计了以手性仲胺不对称催化三组分一锅法串联Michael/Povarov反应，一步构建了具有五个手性中心的八氢吖啶基螺环羟吲哚骨架，并获得较高的收率和优秀的立体选择性(30-89％yield，5∶1-＞20∶1 d.r.，84-99％ ee)。在最优反应条件下，具有不同取代基的底物对反应体系有良好的适应性。本课题是首次以一锅法串联Michael/Povarov反应构建了含有八氢吖啶基的手性螺环羟吲哚骨架，这既是对目前缺乏不对称催化合成手性环己基螺环羟吲哚和八氢吖啶骨架方法的补充，同时也是对一锅法串联反应构建复杂分子的经济性和便捷性的诠释和证明。反应的温和条件以及一锅法无需中间产物分离等优点，进一步提升了一锅法多米诺串联反应的优势。而这种同时具备两种活性骨架的新型八氢吖啶基螺环羟吲哚分子结构也可能会成为潜在的药物中间体。
　　本课题设计了手性仲胺不对称催化3-取代羟吲哚与α，β-不饱和醛的串联Michael/Michael反应，一步构建了具有相邻四个手性中心，其中包括一个螺环季碳中心的环戊基螺环羟吲哚产物，并取得了非常优秀的立体选择性(48-86％yield，78∶22-99∶1 d.r.，95-＞99％ ee)。这一策略的成功之处在于一步反应能构建出两个新的C-C键和四个相邻的手性中心，这是传统合成方法难以实现的。
　　本课题首次将手性有机催化剂用于不对称催化嘌呤碱与α，β-不饱和酮的aza-Michael加成反应，构建出完全N-9加成的手性非环嘌呤碱骨架，并取得了中等到很高的收率和优秀的对映选择性(46-96％yield，80-＞99％ ee)。反应底物适用范围很广，不仅包含了之前报道的脂肪族烯酮，还包括了之前不反应的芳香族烯酮。值得注意的是，我们首次成功地将反应底物扩展到了活性更低的芳香族烯酮体系并利用该aza-Michael加成策略合成了非天然核苷(+)-(2S,3R)-EHNA和(R)-PMPA的类似物。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 不对称有机催化的发展

第二节 不对称有机催化构筑手性3，3’-螺环羟吲哚化合物

一、手性螺环羟吲哚化合物简介

二、手性螺环羟吲哚化合物的类型(按螺环环数分类)及合成方法

三、小结

第三节 手性伯胺催化剂不对称催化aza-Michael反应的应用

一、手性伯胺不对称催化发展历史

二、手性伯胺不对称催化机理：亚胺催化与烯胺催化

三、手性伯胺不对称催化aza-Michael加成反应

四、小结

第二章 有机催化不对称串联Michael／Cyclization反应构建手性3，2’-吡咯烷基双螺环羟吲哚

第一节 课题的提出

第二节 有机催化不对称串联Michael／Cyclization反应构建手性3，2’-吡咯烷基双螺环羟吲哚的研究

一、手性催化剂的筛选以及反应条件的优化

二、串联Michael／Cyclization反应底物的拓展

三、串联Michael／Cyclization反应产物绝对构型的确定

四、合成相反构型的双螺环羟吲哚产物

五、串联Michael／Cyclization反应合成手性3，2’-吡咯烷基双螺环羟吲哚策略的应用

六、不对称催化串联Michael／Cyclization反应机理的研究

七、小结

第四节 实验部分

一、实验仪器

二、主要化学试剂

三、催化剂和底物的合成

四、不对称催化酮基methyleneindolinone与3-异硫氰基羟吲哚的串联Michael／Cyclization反应合成手性3，2’-吡咯烷基双螺环羟吲哚化合物通法

五、不对称催化酯基methyleneindolinone与3-异硫氰基羟吲哚的串联Michael／Cyclization反应合成手性3，2’-吡咯烷基双螺环羟吲哚化合物通法

第三章 有机催化不对称串联Michael／Povarov反应一锅法合成手性螺环八氢吖啶基羟吲哚化合物

第一节 课题的提出

第二节 有机催化不对称串联Michael／Povarov反应一锅法构建手性八氢吖啶基螺环羟吲哚的研究

一、手性催化剂的筛选以及反应条件的优化

二、不对称催化一锅法串联Michael／Povarov反应的底物拓展

三、一锅法串联Michael／Povarov反应产物绝对构型的确定

四、一锅法串联Michael／Povarov反应产物的衍生应用

五、一锅法串联Michael／Povarov反应机理探讨

六、小结

第三节 实验部分

一、实验仪器

二、主要化学试剂

三、底物的合成

四、不对称催化一锅法串联Michael／Povarov反应合成手性八氢吖啶基螺环羟吲哚化合物通法

第四章 有机催化不对称串联Michael／Michael反应构建手性环戊基螺环羟吲哚

第一节 课题的提出

第二节 有机催化不对称串联Michael／Michael反应构建手性环戊基螺环羟吲哚骨架的研究

一、手性催化剂的筛选以及反应条件的优化

二、不对称催化串联Michael／Michael反应的底物拓展

三、有机催化不对称串联Michael／Michael反应产物绝对构型的确定

四、不对称串联Michael／Michael反应机理探讨

五、小结

第三节 实验部分

一、实验仪器

二、主要化学试剂

三、底物的合成

四、不对称催化串联Michael／Michael反应合成手性环戊基螺环羟吲哚通法

第五章 有机催化嘌呤碱与α，β-不饱和酮的不对称aza-Michael加成反应

第一节 课题的提出

第二节 有机催化瞟呤碱与α，β-不饱和酮的不对称aza-Michael反应

一、嘌呤碱与脂肪族α，β-不饱和酮的aza-Michael加成反应

二、嘌呤碱与芳香族α，β-不饱和酮的aza-Michael加成反应

三、嘌呤碱与α，β-不饱和酮的aza-Michael加成在合成非天然核苷类似物的应用以及绝对构型的确定

四、嘌呤碱与α，β-不饱和酮的aza-Michael加成反应机理的探讨

五、小结

第三节 实验部分

一、实验仪器

二、主要化学试剂

三、催化剂的合成

四、不对称催化嘌呤碱与脂肪族α，β-不饱和酮的aza-Michael反应通法

五、不对称催化嘌呤碱与芳香族α，β-不饱和酮的aza-Michael反应通法

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

个人简历

博士期间发表的论文