手性有机小分子路易斯碱催化剂的设计、合成及其在亚胺不对称还原中的应用

摘要

手性胺是合成天然产物和手性药物的重要中间体，亚胺的不对称催化还原是制备光学活性手性胺的最直接有效的方法之一。但是，由于C=N双键的反应活性较弱以及容易发生E/Z异构等问题，亚胺的不对称催化还原具有很大的挑战性，既具有高对映选择性又具有宽广底物普适性的催化剂很少。
　　 本文分别由手性脯氨酸、哌啶酸、哌嗪酸以及氨基醇出发，设计和合成了一系列结构新颖、合成简便、性能优良的酰胺类有机小分子路易斯碱催化剂，以廉价的三氯氢硅为氢源，用这些催化剂催化亚胺不对称还原，得到了非常优良的收率、对映选择性和前所未有的底物普适性。
　　 文献研究认为，除N-甲酰基外，分子内含有芳香酰胺是能催化亚胺还原的有机小分子路易斯碱催化剂具有较高对映选择性的必要条件，我们研究发现N-甲酰脯氨酸非芳香酰胺类催化剂(包括结构简单的C2-对称型脯氨酰胺类催化剂)，对N-芳基酮亚胺的还原可获得达86％的对映选择性，远高于同类芳香酰胺催化剂，证明N-甲酰非芳香酰胺类路易斯碱催化剂在亚胺还原中也能得到高的对映选择性。
　　 在进一步研究中，我们以手性六元哌啶酸为模板，分别设计合成了N-甲酰哌啶酸芳香酰胺和N-甲酰哌啶酸非芳香酰胺两类催化剂，其中芳香酰胺催化剂(S)-N-(甲酰基)哌啶-2-酸-1-萘基酰胺(28)和非芳香酰胺催化剂(2S,l'S,2'S)-N-(甲酰基)-哌啶-2-酸(1'，2'-二苯基-2'-乙酰氧基-乙基)酰胺(30)显示出非常优良的催化活性和对映选择性，对于N-芳基芳香酮亚胺的还原，无论是缺电子体系还是富电子体系，绝大部分都能得到很高的收率(达98％)和对映选择性(达96％ee)。特别值得一提的是30对一些脂肪族亚胺和，-不饱和亚胺的还原，虽然底物为E/Z混合物，也能得到很高的收率(达93％)和对映选择性(达95％ ee)，这样的底物普适性在过渡金属催化体系中也是前所未有的。
　　 现有的催化亚胺还原的高对映选择性催化体系大多仅适用于甲基酮亚胺底物，对位阻较大的非甲基酮亚胺很难获得好的结果。我们以L-哌嗪酸为模板设计和合成出的(S)-N-(甲酰基)-哌嗪-2-酸-4-对叔丁基苯磺酰基-苯基酰胺不但对N-芳基甲基酮亚胺有很好的对映选择性(达90％ee)，而且对于大位阻的N-芳基非甲基酮亚胺有更好的对映选择性(达97％ee)。该催化剂与30在底物普适性方面具有很好的互补性。
　　 我们还设计了基于l，2-二苯基氨基醇为模板的新型N-甲酰路易斯碱有机小分子催化剂，首次发现结构简单的N-甲酰(1S,2R)二苯基氨基醇能较好的催化N-芳基酮亚胺，最高可以得到82％的对映选择性。
　　 针对我们设计合成的结构新颖、性能优良的催化剂，我们对催化机理进行了探讨和解释，提出了几个假想的机理模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1亚胺不对称催化反应研究

1.2用于催化亚胺不对称还原反应的有机小分子催化剂

1.2.1路易斯碱有机小分子催化剂

1.2.2布朗斯特酸有机小分子催化剂

1.3小结

第二章课题的提出与研究内容

第三章N-甲酰-脯氨酰胺类化合物催化的亚胺还原

3.1前言

3.2N-甲酰-脯氨酸非芳香酰胺类催化剂的合成

3.3脯氨酸非芳香酰胺类催化剂的催化性能考察

3.4 C2-对称的脯氨酰胺类催化剂的合成

3.5 C2-对称的脯氨酰胺类催化剂的催化性能考察

3.6催化剂10的底物普适性研究

3.7小结

第四章N-甲酰-哌啶酸酰胺类化合物催化的亚胺还原

4.1前言

4.2N-甲酰-哌啶酸芳香酰胺类催化剂的合成

4.3N-甲酰-哌啶酸芳香酰胺催化剂的催化性能考察和反应条件优化

4.4催化剂28的底物普适性研究

4.5哌啶酸非芳香酰胺催化剂的合成

4.6哌啶酸非芳香酰胺催化剂的催化性能和反应条件考察

4.7催化剂30的底物普适性研究

4.8催化剂31、36、38的反应底物扩展

4.9小结

第五章N-甲酰哌嗪酸酰胺类化合物催化的亚胺还原

5.1前言

5.2催化剂C1的底物普适性研究

5.3小结

第六章N-甲酰胺基醇类化合物催化的亚胺还原

6.1前言

6.2N-甲酰胺基醇类催化剂的合成

6.3N-甲酰胺基醇类催化剂的筛选和条件考察

6.4催化剂50的底物普适性研究

6.5小结

第七章机理探讨

7.1 C2-对称的脯氨酰胺催化剂10的作用机理探讨

7.2N-甲酰哌啶酸酰胺类催化剂28、30的作用机理探讨

7.3N-甲酰胺基醇类催化剂50的作用机理探讨

第八章实验部分

8.1仪器

8.2主要试剂及溶剂处理

8.3催化剂的合成

8.4亚胺的合成

8.5亚胺的催化还原

参考文献

作者简历

博士期间申请的专利及发表的文章

致谢

催化剂编号

附图

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