手性噁唑啉-卡宾铜配合物催化的不对称硼化反应的研究

摘要

在不对称催化反应中，体系所用的配体除了具有中心手性外，还可以含有面手性或轴手性，有时甚至将这几种手性特征结合。自从稳定的氮杂环卡宾被分离出来以后，氮杂环卡宾就以其优越的供电子性和结构的可塑性吸引了诸多的化学家投入到其在有机金属催化和有机催化的研究当中。而[2.2]环仿也因为其自身独特的优点备受人们的关注，如:(1)平面手性的引入比较方便(2)具有较高的化学稳定性，遇酸、碱、高温等都可以保持稳定结构，而且骨架不易消旋化。(3)由于受到分子内张力的作用而表现出高刚性。从上世纪九十年代末开始，基于[2.2]环仿类化合物的手性配体在有机不对称催化中的作用愈来愈重要，文献中也相继进行了一系列的报道。若将氮杂环卡宾和[2.2]环仿二者结合，得到基于[2.2]环仿的手性噁唑啉氮杂环卡宾金属配合物，则其效果或许会比单一手性的配体效果好。我们课题组就成功的将合成的氮杂环卡宾金属配合物成功地运用到一系列有不对称反应中，如苯硼酸和萘甲醛的不对称加成、α，β-不饱和酮的不对称硼加成。
　　经查阅文献，我们知道卡宾金属盐的催化活性受相应的阴离子的影响，因此我们在三氟甲磺酸根的基础上对其进一步优化，合成了一系列以[2.2]环仿为主体的手性噁唑啉-咪唑氯代盐。本文论述了噁唑啉取代的环仿基吡啶并咪唑氯代盐的合成和其对α，β-不饱和酯及其类似物在1，4硼加成反应中的应用。论文主要包含以下几个方面。
　　一、[2.2]环仿的合成和消旋的4，12-二溴[2.2]环仿的合成。
　　氯化对甲基苄基三甲铵在以氢氧化钠为碱的条件下发生Hofmanm消除，然后在加热到88℃时，发生自由基聚合，两分子聚合生成[2.2]环仿，然后经过溴化，转位得到消旋的4,12-二溴[2.2]环仿。
　　二、4-氨基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿的合成与拆分
　　以消旋的4，12-二溴[2.2]环仿为起始原料，通过低温锂化，后通入干燥的二氧化碳，得到4-溴-12-羧基[2.2]环仿。然后与左旋叔丁氨醇反应得到酰胺，再和二氯亚砜反应并在碱性条件下关环，得到4-溴-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿的非对映异构体混合物。通过催化剂Pd-dppf对4-溴-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿胺化，得到消旋的4-二苯甲酮亚胺基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿，根据这对非对映异构体在乙醇中的溶解度不同进行拆分。得到(S,SP)4-二苯甲酮亚胺基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿和(S,RP)4-二苯甲酮亚胺基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿，进一步酸解得到光学纯的(S,SP)4-氨基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿和(S,RP)4-氨基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿。
　　三、12-噁唑啉基-4-吡啶并咪唑盐基[2.2]环仿的非对映异构体的合成
　　以光学纯的4-氨基-12-(4-叔丁基噁唑啉-2-基)[2.2]环仿为原料，在甲苯溶剂中与6-甲基-2-吡啶甲醛反应生成亚胺，然后与氯甲基特戊酸酯和三氟甲磺酸银关环得到3-{12-(4-叔丁基噁唑琳-2-基)[2.2]环仿-4-基}咪唑[1，5-a]并吡啶三氟甲磺酸盐，经阴离子树脂交换得到最终产物即3-{12-(4-叔丁基噁唑琳-2-基)[2.2]环仿-4-基}咪唑[1，5-a]并吡啶氯代盐。
　　四.配体对α，β-不饱和酯的不对称硼加成反应的催化研究。
　　通过文献调研，我们知道联硼酸频那醇酯对α，β-不饱和化合物的不对称加成反应备受科学家们的关注，对α，β-不饱和酮的研究也接近完美，但是对α，β-不饱和酯的研究还有待完善，尤其是基于[2.2]环仿为主体的配体的催化效果还不确定，因此我们的配体对催化α，β-不饱和酯的不对称硼加成反应很有意义。我们使用最优配体，对反应的条件进行了筛选如:溶剂、温度等，并且我们在最优的条件下对底物的使用范围进行了拓展。
　　本论文的创新之处有以下几点:
　　1、合成了一系列以[2.2]环仿为骨架的氮杂环卡宾前体，并将噁唑啉的中心手性和环仿的面手性很好地结合起来。
　　2、成功合成并拆分了4-氨基-12-叔丁基恶唑啉基[2.2]环仿，并在实验室前人的基础上合成了光学纯的3-{12-(4-叔丁基噁唑琳-2-基)[2.2]环仿-4-基}咪唑[1，5-a]并吡啶氯代盐。
　　3、对合成的配体进行了催化研究，并与光学纯的3-{12-(4-叔丁基噁唑琳-2-基)[2.2]环仿-4-基}咪唑[1，5-a]并吡啶三氟甲磺酸盐进行了对比。催化结果最高ee值可达96％。