基于手性雙功能硫脲-叔胺催化劑催化的不對稱反應研究.pdf

1、近年來通過氫鍵活化促進的不對稱有機催化反應引起合成化學家的廣泛興趣，而結構中含有脲/硫脲的有機催化劑可通過其N-H基團與多種反應試劑形成雙氫鍵從而實現(xiàn)良好的催化活性及手性控制。自1998年Jacobsen研究小組的開創(chuàng)性工作以來，已有許多與氨基酸骨架相連的脲/硫脲的手性催化劑應用于多種不對稱反應并實現(xiàn)了非常好的立體控制。2003年，隨著Takemoto小組首次提出了單分子雙活化概念，設計并合成了雙功能脲/硫脲-叔胺催化劑以來，一系列含有

2、各種手性骨架的雙功能脲/硫脲-叔胺催化劑陸續(xù)被包括我們在內的各研究小組所報道，并在一系列不對稱催化反應中得到了廣泛的應用。 本論文分為六個部分，第一部分綜述了基于脲/硫脲氫鍵活化的不對稱催化反應的研究進展；第二部分是關于以光學純1，2-二苯基乙二胺(DPEN)，1，2-環(huán)己二胺(DACH)和天然金雞納堿為手性源的雙功能硫脲一叔胺催化劑的設計與合成；第三至第五部分分別報道了硫脲一叔胺催化劑催化的α-取代氰乙酸酯對乙烯基砜和乙烯基酮

3、的不對稱Michael加成反應、α,α-二氰基烯烴與N-Boc亞胺的不對稱直接vinylogous Mannich反應以及萘酚對硝基烯烴的新型不對稱Michael-type Friedel-Crafts烷基化反應；第六部分是作者對在本論文中所做的研究工作的總結。 論文的第一部分綜述了近年來基于脲/硫脲催化劑以及雙功能脲/硫脲催化劑在不對稱催化反應中的研究進展。 本課題組設計并合成了一系列雙功能硫脲-叔胺有機小分子催化劑，

4、通過改變胺手性源和與硫脲相連芳基的電子效應，希望在不對稱反應中篩選得到具有良好催化活性和立體選擇性的雙功能有機催化劑，論文第二部分詳細介紹了該類催化劑的設計與合成。 論文的第三部分是關于α-取代的氰乙酸酯作為親核試劑的不對稱Michael加成反應的研究報道。課題組在研究中發(fā)現(xiàn)砜能與硫脲的N-H形成雙氫鍵而被活化，從手性DPEN出發(fā)合成的雙功能硫脲一叔胺催化劑通過協(xié)同活化的方式能夠很好地實現(xiàn)α-取代的氰乙酸酯對乙烯基砜的不對稱Mi

5、chael加成反應，在該反應中，不僅成功地構建了季碳中心，而且底物適用范圍也相當廣，不論是對α-芳基或是烷基取代的氰乙酸酯都具有高對映選擇性(up to 96％ee)。產物經過簡單衍生即可得到β<'2,2>-取代氨基酸。據(jù)我們所知，這也是首個通過硫脲N-H的雙氫鍵作用活化砜而發(fā)生的不對稱Michael反應。 在進一步研究中發(fā)現(xiàn)這類雙功能硫脲一叔胺催化劑還能夠催化α-取代的氰乙酸酯對乙烯基酮的不對稱Michael加成反應。通過對催

6、化劑的篩選，發(fā)現(xiàn)由手性DACH出發(fā)的雙功能硫脲一叔胺催化劑不論是對α-芳基或是烷基取代的氰乙酸酯都有很好的催化效果，能夠高對映選擇性地生成含手性季碳中心并帶多個官能團的Michael加成產物(up to 97％ee)。經由簡單衍生，該加成產物可以很容易地制備多官能團化的β<'2,2>-取代氨基酸酯衍生物。此外，我們通過X-ray衍射確定了加成產物的絕對構型并對其反應過渡態(tài)做了計算，提出了一種雙功能硫脲-叔胺催化劑與反應底物通過多氫鍵方式

7、相互作用的反應過渡態(tài)模型。 在論文的第四部分里，首次報道了經由簡單雙功能硫脲-叔胺催化劑催化的α，α-二氰基烯烴與N-Boc亞胺的不對稱直接vinylogous Mannich反應，對于各種不同取代的二氰基底物都能獲得非常高的非對映和對映選擇性(generally>99％de，96 to>99．5％ee)。反應條件溫和，催化劑用量即使降低至0．1 m01％(S/C up to 1000)也能保持對映選擇性不變。此外，產物經衍生可

8、以獲得多手性中心的δ-氨基酸衍生物，這也為選擇性制備光學純δ-氨基酸提供了一類有效方法。 論文的第五部分報道了經由金雞納堿衍生的硫脲一叔胺催化劑催化的萘酚對硝基烯烴的新型的不對稱Michael-type Friedel-Crafts反應。研究表明，不論是α-萘酚還是β-萘酚、芳基取代還是烷基取代的硝基烯烴作為加成物，反應都能獲得很好的對映選擇性(80-95％ee)。研究過程中還發(fā)現(xiàn)，反應在催化劑的作用下能進一步發(fā)生復雜的串聯(lián)關環(huán)