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本论文主要工作分为两个方面:一、新型手性Salan叔胺配体的合成及其Ln(OTf)3配合物在不对称催化反应中的性能研究;二、新型手性稀土酒石酸酰胺配合物的合成、表征及其在不对称催化反应中的性能初探。这些工作包括:1.新型手性Salan叔胺配体的合成及其Ln(OTf)3配合物在不对称催化反应中的性能研究
将(+)-(R,R)-二苯基乙二胺和(+)-(R,R)-环己二胺分别与水杨醛或3,5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛反应,得到相应的手性Salen或取代Salen化合物。经硼氢化钠还原和在碱性条件下与2-氯甲基吡啶盐酸盐亲核取代两步反应,合成得到了(+)-(R,R)-N,N’-2-甲基吡啶-二苯基乙二胺Salan叔胺配体1、(+)-(R,R)-N,N’-2-甲基吡啶-二苯基乙二胺tBu-Salan叔胺配体2和(+)-(R,R)-N,N’-2-甲基吡啶-环己二胺Salan叔胺配体3。但是,具有刚性骨架的配体3的合成产率很低,配体1和2具有很好的产率。
以手性配体1和2与稀土金属Ln(OTf)3现场生成的配合物为催化剂,催化了不对称glyoxylateimine-indole反应。我们采用“一锅法”,催化乙醛酸酯、苄胺与吲哚的反应,得到一系列具有光学活性的吲哚基甘氨酸衍生物。经过对反应条件的优化,实验给出的最佳条件是以甲醇为溶剂,Yb(OTf)3和配体1为催化剂的体系。研究表明:1)催化剂配体中的取代基对催化剂活性有明显的影响,不含取代基的配体1不对称诱导的结果要明显优于含有大位阻取代基的配体2;2)Yb(OTf)3对反应的选择性和产率要优于Sm(OTf)3和La(OTf)3;3)含有吸电子基团的吲哚为底物得到的选择性要明显好于含有供电子基团的吲哚底物,但产率相对较低。值得一提的是,这是首次采用稀土金属Ln(OTf)3催化的不对称glyoxylateimine-indole反应。
我们还尝试了Ln(OTf)3/手性配体1催化的不对称富电子苯环与乙醛酸酯的反应,得到一系列具有光学活性的芳香a-羟基酯。研究表明,配合物Yb(OTf)3/配体1催化反应得到最佳的反应产率和选择性。低温下,反应选择性较常温有很大提高,但产率有所降低。
2.新型手性稀土酒石酸酰胺配合物的合成、表征及其在不对称催化反应中的性能初探
采用三种光学纯的酒石酸二酰胺化合物作为手性配体:(R,R)-(+)-N,N,N’,N’-四甲基酒石酸二酰胺(TMTA),(R,R)-(+)-2,3-二甲氧基-N,N,N’,N’-四甲基丁二酰胺(Me-TMTA)及(R,R)-(+)-N,N,N’,N’-四甲基-2,2-二甲基-1,3-二恶烷-反式-4,5-二甲酰胺(O-TMTA),与两种稀土金属化合物Ln(OTf)3(Ln=Yb,Sm)反应,采用Ln(OTf)3与手性配体比例为1:3,合成出一系列手性稀土金属配合物LnL3(OTf)3,通过元素分析、1HNMR、IR和MS对上述配合物进行了结构鉴定。
我们发现,1)相对于配体的C=O伸缩振动的吸收频率,配合物的吸收频率均向低波数方向移动,但是变化的幅度却不尽相同;2)各配合物的质子核磁共振谱中,与羰基相连的碳原子上的质子的化学位移均向高场移动,并且峰形明显变宽。
以上述配合物为催化剂,对富电子苯环与乙醛酸酯的反应进行了初步研究。以TMTA配体合成的配合物得到的化学产率和对映选择性最为理想,结果明显好于另外两种配体形成的配合物。研究表明,催化剂的不对称诱导性能不但与配体与金属离子之间配位作用的强弱有关,并且可能与催化剂本身的聚集态有关。