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基于我们小组发展的苄位无取代基的膦噁唑啉配体L1和苄位双甲基取代的膦噁唑啉配体L2,本文设计合成了苄位单取代的膦噁唑啉配体L3,旨在考察苄位引入手性后一系列配体的对映诱导能力与苄位及噁唑啉环上取代基的关系,并将其Ir配合物应用于不对称催化氢化反应及氢化动力学拆分反应中。
1.苄位取代膦、噁唑啉配体的合成
参照我们小组之前合成苄位取代膦噁唑啉配体的方法,我们探索了一条苄位单取代膦噁唑啉配体的合成方法,以邻碘苯乙酸为原料,经过6步反应,总产率48%。进一步改进方法,可以在配体的苄位引入3-戊基、环己基和特戊基等大位阻的取代基。
2.苄位取代膦、噁唑啉配体的Ir配合物在烯酮、不饱和酰胺、亚胺及非官能团化烯烃不对称催化氢化反应中的应用
在α,β-不饱和酮、α,β-不饱和酰胺、亚胺以及非官能团化烯烃的不对称催化氢化反应中,经过改进的配体,其对映诱导能力比苄位为氢的配体均有提高,也高于相应的PHOX配体。配体的对映诱导能力取决于苄位的取代基和噁唑啉环上的取代基,在绝大多数反应中,苄位和噁唑啉环上的取代基都为异丙基的催化剂Cat4效果最好。
以Cat4为催化剂进行不对称催化氢化,对α,β-不饱和酮类底物,转化率为100%,ee值最高达98%;对α,β-不饱和酰胺类底物,转化率为100%,ee值最高达95%;在这两类底物中,苄位手性构型不同的非对映异构体都得到绝对构型相反的产物。对亚胺类底物,以Cat4为催化剂,转化率为100%,ee值最高达89%;对非官能团化烯烃类底物,苄位取代基为甲基同时噁唑啉环上的取代基为异丙基的催化剂Cat2效果最好,转化率为100%,ee值最高达97%。在这两类底物中,每一对非对映异构的配体都表现出了匹配和不匹配现象。
3.苄位取代膦、噁唑啉配体的Ir配合物在烯丙胺催化氢化中的应用
将苄位取代P,N-配体的Ir-配合物应用于烯丙胺类底物的不对称催化氢化反应中,在一系列苄位取代的催化剂中,催化剂Cat4效果最好,转化率为100%,ee值最高达94%,对映诱导能力比苄位H取代的配体明显提高,也比相应的PHOX配体有所提高。对于芳基取代的底物,ee值最高达99%。对于全烷基取代的底物,转化率降低为95%,ee值降至45%。烯丙酯也能得到100%的转化率和91%的ee值。
对γ-氨基-α,β-不饱和羧酸衍生物类底物,当N原子上的保护基为苯甲酰基时,反应完全得到相应的2,3-二取代吡咯。对N原子上的保护基为对甲苯磺酰基的酮31b,控制反应时间,可以得到相应的氢化产物,继续延长反应时间,则得到相应的四氢吡咯。对N原子上的保护基为对甲苯磺酰基的酯31a,反应得到相应的氢化产物,转化率为100%,ee值为20%。
4.苄位取代膦、噁唑啉配体的Ir配合物在氢化动力学拆分中的应用
用苄位取代P,N-配体的Ir配合物尝试了苯并五元环及六元环烯酮的氢化动力学拆分,在这两类底物中,催化剂Cat4效果最好,比苄位H取代的催化剂Cat1效果好,和催化剂Cat12相当,但是主产物的相对构型(dr值)相反。
对五元环底物,在4 mol%的Cat.4催化下反应13-48h,conv.=46-53%,产物的ee=78-91%,dr=5/1-50/1,回收原料的ee=53-92%,但是底物的取代基效应很明显,底物范围较窄。对六元环底物而言,底物范围较宽,在4mol%的Cat.4催化下反应6-32h,conv.=43-60%,产物的dr值在6/1到7/1之间,ee值在92-97%之间,回收原料的ee值在56-71%之间。