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自Cram和他的合作者首先报道了C2轴手性的BINOL后,手性的BINOL及其衍生物以其高效的立体选择性被广泛的应用于不对称反应中。为了合成可用于手性硅烷的手性模版或配体,我们针对BINOL进行了结构改造,发展了一种新型Ar-BINMOLs配体,并研究了其在不对称合成中的应用,为后续手性硅烷的合成奠定了基础。
首先,我们发现一种简单且实用的方法用于合成新型的同时具有轴手性和碳手性中心的BINOL衍生的醇类化合物。我们通过轴手性向碳手性传递的[1,2]-Wittig重排反应,从简单易得的BINOL衍生的单取代芳基醚类化合物出发得到一种很难合成的同时具有轴手性和碳手性中心的绝对光学活性的Ar-BINMOLs醇类化合物。这个不对称[1,2]-Wittig重排反应对反应底物有广泛的适应性,BINOL的不同取代的芳基醚类都可以得到很好的光学活性(>99%ee)和收率(84-96%)。值得注意的是,所有的产物(1,1’-binaphthalene-2-arylmethanol-2-ol(Ar-BINMOLs))都可以规模化生产而不降低其光学活性。我们利用ESI-MS、核磁共振(NMR)、示差扫描量热法(DSC)和X-射线单晶衍射研究了这种新型手性分子的结构和性质。结果表明,Ar-BINMOLs和BINOL的特性有很大不同,Ar-BINMOLs因为受氢键和π-π堆积的影响以及碳氢键和π键的影响具有超分子的性质。圆二色谱(CD)测试表明手性的和消旋的Ar-BINMOLs在溶液和固体中都表现出很强的科顿效应,因此显示了一个手性放大的过程。这是因为消旋的分子形成了低聚态的手性超分子的缘故。因此Ar-BINMOLs可以作为超分子手性辅助催化剂催化蒽酮和反式硝基苯乙烯的迈克尔加成反应,迈克尔加成产物具有一定的立体选择性(>62.5:37.5er)。此外,Ar-BINMOLs可以作为配体催化二乙基锌和醛的1,2-不对称加成反应,加成产物有很高的立体选择性和收率(ee>99.9%,收率:84-96%),在这个反应中二乙基锌对芳香醛有着广泛的适应性。非线性关系的研究表明在这个不对称反应中手性催化剂的多个手性中心只有一个起主要作用。
其次,针对酰化硅烷在有机合成中的重要价值,我们将Ar-BINMOLs醇手性配体应用于二乙基锌和酰化硅烷的1,2-不对称加成反应。幸运的得到还原产物(tert-butyldimethylsilyl)(phenyl)methanol)且分离收率为85%。我们第一次报道了在Ti(OiPr)4和其它Lewis酸催化下的二乙基锌成功还原酰化硅烷合成α-羟基硅烷的方法。这种非典型的还原反应有着优秀的收率(90%)。在有机合成中从酰化硅烷合成α-羟基硅烷是非常有利用价值的一个反应。
最后,发展了一种简单的不用金属,只用有机催化剂催化的醛的α-烯丙基烷基化反应。该反应是在Br(o)nsted酸和二胺的协同催化下,直接催化醛或环己酮分子间的α-烯丙基烷基化反应,反应具有很好的收率(91%)和很高的非对映体选择性(15∶1)。在α-烯丙基烷基化反应中控制Br(o)nsted酸略过量非常重要,因为在这个反应过程中有一部分酸用来和二乙胺与醛形成的中间体作用。我们用几种已知的手性胺(金鸡纳碱类、环己二胺、氨基酸类)作为催化剂催化这个烷基化反应,遗憾的是,这些催化剂在这个反应中没有表现出很好的非对映体选择性。