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本论文主要集中于小组合成的苄位取代的膦-噁唑啉配体和其他配体在钯催化的不对称反应中的应用,包括:分子间不对称Heck反应,降冰片烯的芳氢化反应,1,1-二甲氧羰基-2-乙烯基环丙烷与亚胺的串联反应,1-甲基-1-乙烯基环氧乙烷和β-硝基烯烃的串联反应。
在第一部分的工作中利用小组合成的苄位取代P、N配体,对分子间不对称Heck反应进行了考察,结果表明:在2,3-二氢呋喃、N-甲氧羰基-2,3-二氢吡咯与一系列芳基三氟甲磺酸酯为试剂的反应中,苄位氢原子取代的配体L5和苄位甲基取代的配体L6给出构型相反的产物。苄位两个取代基为H时,最高以95%的ee值得到(R)-构型为主的产物,而当苄位取代基换为两个甲基时,则最高以99%的ee值得到(S)-构型为主的产物;
通过计算化学的角度研究了苄位取代基不同导致产物构型翻转的原因,结果表明(1)当苄位取代基为氢原子时,苄位取代基H与P原子上的苯基处于syn-构像,而当苄位取代基为甲基时,苄位取代基甲基与P原子上的苯基处于anti-构像,这可能与甲基与苯基之间的位阻作用有关。(2)由于P原子相对N原子有强的反位效应,2,3-二氢呋喃与钯发生络合时,苯基处于P的对位优先发生插入反应;(3)由于七元环张力的存在,P上两个苯基在Pd周围产生手性环境,trans-syn-Si和trans-anti-Re的过渡态能量低于trans-syn-Re和trans-anti-Si,后两种过渡态中均有钯平面的扭曲,苄位H取代的配体L5b优先以trans-syn-Si的过渡态形式发生反应,优先生成(R)-构型产物,而苄位甲基取代的配体L6a优先以trans-anti-Re的过渡态发生反应,生成(S)-构型产物。
两类配体和钯的络合物的X-Ray单晶衍射得到了与化学计算一致的结果。
第二部分考察了苄位取代的两类配体在芳基三氟甲磺酸酯和降冰片烯的芳氢化反应中的应用,实验结果表明,在该反应中,苄位H取代的配体L5b和苄位甲基取代的配体L6a同样能得到构型相反的产物。当配体苄位为两个甲基取代时,最高以87%的ee值得到(2R)-构型产物,当苄位取代基为两个氢原子时,最高以71%的ee值得到(2S)-构型产物。
苄位两个甲基取代的配体在降冰片烯的Heck类芳氢化反应中表现出较高的活性和优秀的对映选择性。碱和溶剂对反应中的产率和对映选择性起着重要的作用。以THF为溶剂,辛可宁为碱时,取得87%的收率和83%的ee值;以离子液体[Bmim][BF4]为溶剂,Et3N为碱时,最高以78%的产率和87%的ee值得到相应的芳氢化产物exo-2-苯基-双环[2.2.1]庚烷,这也是目前为止降冰片烯的芳氢化反应最好的结果。
以苄位取代L6a为手性配体,尝试了通过不对称芳氢化反应合成epibatidine的衍生物,但在取得75~84%的收率的前提下,产物的ee值几乎为零。
第三、四部分主要研究了由手性催化剂催化的尢.烯丙基钯与双键化合物的亲核加成-烯丙基取代串联反应形成手性环状小分子化合物的反应。
在第三部分中,研究了以1,1-二甲氧羰基-2-乙烯基环丙烷与亚胺为底物,在Pd(0)催化下,通过Pd(0)对1,1-二甲氧羰基-2-乙烯基环丙烷氧化加成-碳负离子对亚胺亲核加成-分子内N烯丙基亲核取代的串联反应,生成多取代四氢吡咯衍生物的反应。通过反应条件的考察,发现LiI添加剂的加入,对反应的非对映选择性起着至关重要的作用,反应的dr值最高可达>50/1。通过对反应中手性配体结构的筛选和溶剂的考察,发现以苄位甲基取代的L6a为配体,1,2-二氯乙烷为溶剂,以优秀的产率,大于12/1的dr值,29%~38%的ee值得到2,5-cis-N-对甲苯磺酰基-2-芳基-3,3-二甲氧羰基-5-乙烯基-四氢吡咯衍生物。而苄位氢取代的配体L5b在该反应中没有好的诱导作用。
第四部分研究了1-甲基-1-乙烯基环氧乙烷和硝基烯烃类Michael受体在Pd(0)催化下生成多取代四氢呋喃衍生物的反应。通过对一系列不同结构配体的考察发现,在反应的对映选择性方面,1,1-二茂铁P、N配体优于苄位取代配体,在手性1,1-二茂铁P、N配体和Pd(0)催化下,最高以85%的收率,12/1的非对映选择性,71%的ee值得到2,3-trans-3,4-cis-取代的四氢呋喃衍生物。但在反应的非对映选择性方面,苄位取代配体优于1,1-二茂铁P、N配体,以31%的ee值,大于20/1的非对映选择性得到四氢呋喃衍生物。苄位取代的配体L5和L6虽然在该反应中的不对称诱导能力不是很好,但二者得到的主要产物的绝对构型相反。