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手性催化剂的负载一直是不对称催化研究的一个重要方向。可溶性大分子负载的膦配体催化剂,尤其是树状分子负载的膦配体催化剂,综合了均相催化和异相催化的优点,近年来受到广泛关注。在国际上,我们课题组最早开展了将手性膦配体负载到树状分子核心的研究。除了能够解决催化剂的分离回收问题外,利用树状分子独特的载体效应,我们还成功实现了对催化剂的有效改进,观察到了明显的树状分子正效应。
通过对文献的调研,我们发现目前手性膦配体的负载主要采用配体的手性骨修饰策略,而合成骨架官能化的手性小分子配体本身就比较困难。因此,发展一种通用的树状分子负载方式显得尤为必要。二芳基膦(-PAr2)作为大多数膦配体的通用结构基元,通过芳基的功能化并负载于树状分子载体理论上适用于所有该类型配体。本论文选择两类优势配体BINAP和Phox为研究对象,通过磷原子上芳基修饰策略,合成了两类新型的手性树状分子膦配体,并详细研究了它们的配位、催化以及回收性能。
对于树状分子BINAP-Ru催化剂体系,在β-酮酸酯、α-酮酸酯以及α-酮酰胺的不对称氢化中,该类树状分子催化剂都表现出良好的催化性能。与设计理念相吻合的是,树状分子的引入能够有效的影响催化剂的催化性能。在对映选择性上,我们观察到了独特的树状分子效应,即高代数的树状分子催化剂的立体诱导能力明显优于低代数的树状分子催化剂以及相应的小分子催化剂。利用树状分子的性质,催化剂可以回收使用8次,反应活性和对映选择性没有明显下降。
对于树状分子Phox-Ir催化剂体系,除了在开链烯烃及亚胺的不对称氢化中表现出与小分子催化剂类似的催化性能外,我们还将该体系应用于苯并1,5-二氮杂卓的不对称氢化中,取得了非常优秀的对映选择性。另外,我们还发现催化剂在催化活性上表现出非常明显的树状分子正效应,即高代数的树状分子催化剂的催化活性明显高于低代数树状分子催化剂及相应的小分子催化剂。详细的研究表明树状分子的隔离效应抑制了催化剂的聚集失活,这是产生该树状分子正效应的主要原因。我们进一步将该体系成功用于苯并单氮杂卓的首次不对称氢化中。催化剂表现出非常优秀的催化活性,单一的区域选择性以及优秀的对映选择性。