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β-取代酮和N-酰基-α-氨基酸是重要的精细化学品及药物中间体,1,4-共轭加成反应及酰胺羰化反应是合成这两类化合物的有效方法,因此,针对这两个反应,发展高活性和高选择性的新催化体系具有重要的学术意义和应用价值。本论文详细研究了铜催化有机锌对α,β-不饱和烯酮的不对称1,4-共轭加成反应以及离子液体介质中无膦钯催化的芳香醛酰胺羰化反应,主要研究内容及结论如下:
一.碳水化合物衍生的手性双齿亚磷酸酯配体合成及其在铜催化有机锌对α,β-不饱和烯酮不对称1,4-共轭加成反应中的应用。
1.分别以苯基-3,6-脱水-β-D-葡萄糖苷和甲基-3,6-脱水-α-D葡萄糖苷,以及1.2:5,6-双环己基-D-甘露醇和1,2:5,6-双异亚丙基-D-甘露醇为手性骨架,设计并合成了12个新型手性双齿亚磷酸酯配体,通过1HNMR、13CNMR、31PNMR和HRMS表征确定了其结构。使用这些配体,发展了铜催化有机锌试剂(ZnMe2、ZnEt2和ZnPh2)对α,β-不饱和环烯酮和链烯酮的不对称1,4-共轭加成反应新催化体系。
2.在0℃下,四氢呋喃溶剂中,(CuOTf)2·C6H6与配体双{[(R)-1,1-H8-联萘基-2,2-双基]-磷}-苯基-3,6-脱水-β-D-葡萄糖苷原位生成的铜络合物催化二苯基锌对环己烯酮的加成反应,获得了高达96％的对映选择性。二乙基锌对链烯酮底物仅得到34%ee;对环烯酮底物具有明显的底物依赖性:对环戊烯酮、环己烯酮和环庚烯酮分别给出90%ee、93%ee和43%ee。甲基锌对环己烯酮的加成反应可得到65%ee。
3.在-20℃下,甲苯溶剂中,以Cu(OTf)2和配体1,2:5,6-O-双异亚丙基-3,4-双[(R)-1,1-H8-联萘基-2,2-双基]亚磷酸酯-D-甘露醇原位生成的铜络合物催化二乙基锌对环戊烯酮、环己烯酮和环庚烯酮的加成反应分别得到92%ee、93%ee和90%ee,反应的对映选择性不受烯酮底物环大小的影响。甲基锌对环己烯酮的加成反应得到69%ee。
4.相比于甲基-3,6-脱水-α-D-葡萄糖苷和1,2:5,6-双环己基-D-甘露醇骨架,以苯基-3,6-脱水-β-D-葡萄糖苷和1,2:5,6-双异亚丙基-D-甘露醇衍生的配体可给出更高的对映选择性。配体手性骨架与(R)-H8-联萘基团构型之间的匹配组合是获得高对映选择性的关键因素。加成产物的绝对构型主要由联萘和H8-联萘基团的模型决定。
二.离子液体介质中无膦钯催化芳香醛、乙酰胺与一氧化碳的酰胺羰化反应。
1.以烷基咪唑盐离子液体([C4mim]PF6,[C6mim]PF6,[Csmim]PF6或[C6mim]BF4)为反应介质,建立了离子液体介质中无膦钯催化的酰胺羰化反应新催化体系。在80℃和5.0 Mpa一氧化碳压力下,以离子液体[C6mim]PF6作为反应介质,以溴化钯为催化前体,溴化锂和浓硫酸作助催化剂,多种含有不同取代基的芳香醛底物经酰胺羰化反应只需一步即可合成N-乙酰基-α-芳基甘氨酸产物,最高收率达98%。
2.采用磺酸功能化离子液体1-甲基-3-丁磺酸基咪唑三氟甲磺酸盐代替浓硫酸作助催化剂,降低了催化体系的腐蚀性,实现了苯甲醛、乙酰胺和一氧化碳的酰胺羰化反应,产物N-乙酰基-α-苯基甘氨酸收率为58%。该反应体系无需添加膦配体,只需经过简单的酸碱反应和萃取分液步骤即可实现产物分离,简化了后处理过程。