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在本论文工作中,我们合成一系列的手性双齿膦配体L1-L6,对C2轴联芳基阻转配体L1-L3的二面角与不对称催化氢化的立体选择性的关系作了一定的探讨。将L1-L6应用于各类C=C,C=O双键的不对称氢化中,其中多种底物取得了很高的对映选择性。主要工作内容包括:
1.依次采用LDA定位锂化,FeCl3氧化偶联,(-)-DBTA拆分,HSiCl3还原的路线,合成了SEGPhos(已知)、DTBM-SEGPhos(已知)、 L1-L4等C2轴手性双齿膦配体。通过配体氧化物与(-)-DBTA在CH2Cl2/EA中形成单晶的X射线衍射图,可以确定L1,L2绝对构型为S型。通过与文献值的比较,可确定(-)-SEGPhos为S构型、(-)-DTBM-SEGPhos为R构型,L3,L4的氧化物与(-)-DBTA的络合物未能获得单晶,但根据对反应的不对称诱导情况也推断为S构型。通过Spartan PM3(semi-empirical)和MM2 Cache6.1.1两种软件计算了配体L1-L3在游离状态和与金属形成络合物后不同状态下的二面角,在CH2Cl2/MeOH中培养了游离配体单晶,获得了晶体状态下的配体二面角数据。结果表明了配体L1-L3的骨架有一定的柔性。其Ru络合物用于羟基丙酮,芳基β-酮酸酯的不对称催化氢化反应,研究二面角与对映选择性的关系。实验结果证明,两者之间的关系较为复杂,并不是一种简单的线性关系。
2.以α-脱氢氨基酸衍生物和烯酰胺为底物,检验了我们合成的配体在C=C双键不对称催化中的对映选择性,与Noyori体系不同的是,我们体系的对映选择性和底物浓度(0.125-0.5M)没有明显的影响。Rh(COD)2SbF6/L3在THF中,3 atm,室温下的氢化对映选择性最好,一系列脱氢氨基酸衍生物的氢化对映选择性在85.8-86.9%之间。烯酰胺以Rh络合物(Rh(COD)2BF4/L3)作为催化剂时,最高的对映选择性为72.0%。
3.以我们合成的膦配体SEGPhos(已知)、L1-L4的Ru络合物为催化剂催化氢化了α-酮酸酯。Ru源对于反应的对映选择性有很大的影响,[Ru(benzene)Cl2]2形成的催化剂的立体选择性最好,[Ru(cymene)I2]2立体选择性最差。有趣的是,我们发现在催化体系中加入酸性添加剂,可以提高反应的活性和对映选择性。最后,我们以较高的对映选择性(90.5-92.1%ee)获得了α-酮酸酯的氢化产物α-羟基酸酯。
[Ru(benzene)(L)Cl]Cl]催化剂可以很高的立体选择性催化氢化烷基β-酮酸酯(高达99.9%ee),氯代乙酰乙酸乙酯(97.5%ee)和芳基取代的β-酮酸酯(91.9-97.9%ee)。另外我们还发现在无溶剂条件下,加入催化量的酸(如H2SO4),可以高活性、高对映选择性的催化氢化乙酰乙酸乙酯(TON高达50,000,96.0%ee)。
以[Ru(L3)(benzene)Cl]Cl为催化剂氢化β-酮基砜时,也发现了显著的添加剂效应,加入催化量的I2,可以得到高光学纯度的β-羟基砜(高达99.4%ee)。
4.由L1方便的合成了4,4-取代基手性双膦配体L5,L6。研究了[Ru(L5/L6)(benzene)Cl]Cl对β-酮基砜,β-酮酸酯,α-酮酸酯,α-脱氢氨基酸的不对称氢化,但没有发现Lin小组报道的很强的4,4-取代基效应。