丙二酸为前体的不对称配体的合成【字数：8202】
摘 要过渡金属催化的不对称合成反应是当今化学发展最为快速活跃的研究方向之一，因为该反应能够有效地获得单一手性化合物，对生物医药的研发领域以及天然分子的合成具有重要研究意义。在形成手性分子的反应过程中，所用到的手性配体能够起决定性作用，作为催化剂的核心部分能够诱导产生手性形成的反应状态，因此设计制备具有高度反应活性和专一对映选择性的手性催化剂是不对称催化研究的关键所在。而这其中的手性双噁唑啉配体已成为不对称催化反应中具有重要作用的一类配体。近几十年来，人们已经合成了各种结构和骨架的双噁唑啉配体,并且已经在几十种不对称反应中得到大量应用，因而发现拓展新种类的高活性和高对映选择性的手性双噁唑啉配体，对不对称合成的研究具有重要作用。本论文主要论述了不对称手性合成配体的相关研究及其意义，重点分析了基于双噁唑啉环的不对称配体的应用。在总结已有配体的基础上, 我们具体开展了以丙二酸为前体，环戊基为骨架的双噁唑啉配体的合成实验。以丙二腈为原料，首先制得其烷基类取代的丙二腈，再与手性氨基醇由lewis酸催化作用下，通过关环反应得到目标配体。经核磁共振氢谱及碳谱的分析，均成功制得目标产物。
目 录
1.引言 1
2.双噁唑啉配体的概述 2
2.1双噁唑啉配体的结构及主要类型 2
2.1.1双齿配体 2
2.1.2多齿配体 3
2.2丙二酸类双噁唑啉配体的合成方法 4
2.2.1以丙二酸酯法合成 4
2.2.2以丙二酰氯法合成 5
2.2.3以丙二腈法合成 5
2.3小结 6
3.双噁唑啉配体在不对称催化反应中的应用 7
3.1 Kumuda偶联反应 7
3.2不对称Henry反应 7
3.3不对称Michael加成反应 8
3.4环丙烷化反应 9
3.5不对称酰胺化反应 9
3.6 Heck型偶联反应 10
4.课题来源 11
5.实验部分 12
5.1主要仪器和药品 12
5.1.1实验仪器 12
5.1.2所用药品 12
5.2具体实验内容 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
5.2.1环戊二腈的制备 12
5.2.2以丙二酸为前体的双噁唑啉环配体的合成 13
6.实验结果与讨论 16
7.实验谱图数据 17
参考文献 22
致谢 24
1.引言
如同人的左右手无法重叠一样，有机分子中也存在这种现象，这种现象称之为手性。如果两个分子互为镜像，那么以两种甘油醛的构型为标准，人们将右手性称为D构型，左手性则称为L构型，二者互为对映异构体。由于互为手性的两种物质的分子在物理性质与一般的化学性质上极为相似，因而通过常见的合成方法制备得到的往往是两种异构体的混合物；但是二者本质上又并不是同一物质，在一些特殊的反应环境下，甚至会具有截然相反的化学性质，因此如何获得单一手性化合物也就成为有机合成领域的一个重要的研究方向。
一般来说，我们可以对手性混合物进行特定分离或拆分的手段，得到单一产物，但直接通过不对称合成即手性合成也是获得手性化合物的一种重要途径。在这种合成方法中，通常由手性配体与过渡金属离子络合所形成的手性催化剂作用于一个反应体系，其中，手性配体能够产生不对称的手性诱导，它是手性立体位点控制的源泉，对不对称合成具有重要导向作用，因此，探索开发并制备高效专一的手性配体以及相应的催化剂，便成为不对称合成领域的热门研究领域。
由于手性催化剂是通过金属离子络合形成，故含有N、P、O、S等杂原子结构的化合物，尤其是能够通过配位形成五元六元螯合物的环状化合物，其结构稳定，能够高效地催化合成反应。其中，噁唑啉（衍生物）便是一类这样的能够以氮和金属配位的手性配体，同时也具有手性源容易获得并且手性诱导性能优良的特点，是一类非常有用的手性配体。1884年，噁唑啉被首次合成，自上世纪80年代以来，人们将各种不同的噁唑啉配体用于大量的不对称催化合成反应中。通过几十年以来的广泛运用，这种配体已被人们认为是最具对映选择性和催化效率的手性配体之一。
2.双噁唑啉配体的概述
双噁唑啉是通过将两个噁唑啉环单元连接在碳链或碳(杂)环上而形成的手性配体，由于手性双噁唑啉配体的取代基位置众多，可修饰性较高,并且双噁唑啉配体上的氮原子易于与过渡金属离子络合形成螯合物,因此形成的催化剂具有良好的手性环境。1976年以来，Butula等[1]合成了具有手性结构的双噁唑啉配体并将其用于不对称反应。在此之后,人们合成了各种结构的双噁唑啉配体,主要包括丙二酸类,苯及多环芳烃类、吡啶类等双噁唑啉配体,并将之用于环丙烷化反应、DielsAlder反应、烯丙基取代反应、MukaiyamaAldol反应、傅克反应、Michael反应以及各种偶联反应等多种不对称催化反应[2][8]。
2.1双噁唑啉配体的结构及主要类型
噁唑啉是一类五元杂环化合物，如图：
图21.噁唑啉的结构
双噁唑啉是两个噁唑啉环通过碳链、碳环等方式连接起来，其作为手性配位的手性基团靠近配位中心,因此可直接诱导金属离子催化过程中的相关手性作用。两个噁唑啉环上的N原子均可参与和金属离子的配位。其中通过区别配体上不同原子参与金属离子的配位情况,配体可分为双齿配体和多齿配体；当然也可以按照连接双噁唑啉环的基本骨架结构进行区分，主要有丙二酸类、苯及多环芳烃类和吡啶类。
2.1.1双齿配体
双齿配体是指该配体中仅有两个噁唑啉环上的氮原子参与金属配位，而两个环的连接部分则没有参与配位。这是一类相当常见且多报道的手性配体。
图22.常见的双齿双噁唑啉配体
在双齿配体中，两个环可通过直接相连的方式形成双噁唑啉配体，如图1、2方式直连的双噁唑啉可与金属离子形成金属有机五元螯合物，用于不对称环化[9]、环丙烷化[10]和开环双烷基羰基化反应[11]等。而通过3连接的双噁唑啉，用于烯烃以及二甲基硅烯醚的环丙烷化反应[12][13]。
对于通过碳链、碳环来连接的双噁唑啉配体，其反应活性会受到更多因素影响。常见的以取代亚甲基连接的双噁唑啉如4、5、6、7，按照其骨架结构则属于丙二酸类配体，可与金属离子形成金属有机六元螯合物。位于噁唑啉环上的4、5号位通常以不同的取代基而发生性质上的显著差异，既可取代4号位，也可4、5号位同时取代，还可形成如7一样的环状取代，即含有氨基茚醇的结构。该类配体可用于催化不对称的DielsAider反应[14][15] ，烷基化反应[16]，烯丙基氧化反应[17]，烯烃胺化反应[18]等。研究表明，当噁唑啉环上4、5号位的取代基拥有较大的空间位阻时，其受到限制的构象结构将会在不对称催化反应中有更好的立体选择能力，即如7一类的氨基茚醇类配体。
目 录
1.引言 1
2.双噁唑啉配体的概述 2
2.1双噁唑啉配体的结构及主要类型 2
2.1.1双齿配体 2
2.1.2多齿配体 3
2.2丙二酸类双噁唑啉配体的合成方法 4
2.2.1以丙二酸酯法合成 4
2.2.2以丙二酰氯法合成 5
2.2.3以丙二腈法合成 5
2.3小结 6
3.双噁唑啉配体在不对称催化反应中的应用 7
3.1 Kumuda偶联反应 7
3.2不对称Henry反应 7
3.3不对称Michael加成反应 8
3.4环丙烷化反应 9
3.5不对称酰胺化反应 9
3.6 Heck型偶联反应 10
4.课题来源 11
5.实验部分 12
5.1主要仪器和药品 12
5.1.1实验仪器 12
5.1.2所用药品 12
5.2具体实验内容 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
5.2.1环戊二腈的制备 12
5.2.2以丙二酸为前体的双噁唑啉环配体的合成 13
6.实验结果与讨论 16
7.实验谱图数据 17
参考文献 22
致谢 24
1.引言
如同人的左右手无法重叠一样，有机分子中也存在这种现象，这种现象称之为手性。如果两个分子互为镜像，那么以两种甘油醛的构型为标准，人们将右手性称为D构型，左手性则称为L构型，二者互为对映异构体。由于互为手性的两种物质的分子在物理性质与一般的化学性质上极为相似，因而通过常见的合成方法制备得到的往往是两种异构体的混合物；但是二者本质上又并不是同一物质，在一些特殊的反应环境下，甚至会具有截然相反的化学性质，因此如何获得单一手性化合物也就成为有机合成领域的一个重要的研究方向。
一般来说，我们可以对手性混合物进行特定分离或拆分的手段，得到单一产物，但直接通过不对称合成即手性合成也是获得手性化合物的一种重要途径。在这种合成方法中，通常由手性配体与过渡金属离子络合所形成的手性催化剂作用于一个反应体系，其中，手性配体能够产生不对称的手性诱导，它是手性立体位点控制的源泉，对不对称合成具有重要导向作用，因此，探索开发并制备高效专一的手性配体以及相应的催化剂，便成为不对称合成领域的热门研究领域。
由于手性催化剂是通过金属离子络合形成，故含有N、P、O、S等杂原子结构的化合物，尤其是能够通过配位形成五元六元螯合物的环状化合物，其结构稳定，能够高效地催化合成反应。其中，噁唑啉（衍生物）便是一类这样的能够以氮和金属配位的手性配体，同时也具有手性源容易获得并且手性诱导性能优良的特点，是一类非常有用的手性配体。1884年，噁唑啉被首次合成，自上世纪80年代以来，人们将各种不同的噁唑啉配体用于大量的不对称催化合成反应中。通过几十年以来的广泛运用，这种配体已被人们认为是最具对映选择性和催化效率的手性配体之一。
2.双噁唑啉配体的概述
双噁唑啉是通过将两个噁唑啉环单元连接在碳链或碳(杂)环上而形成的手性配体，由于手性双噁唑啉配体的取代基位置众多，可修饰性较高,并且双噁唑啉配体上的氮原子易于与过渡金属离子络合形成螯合物,因此形成的催化剂具有良好的手性环境。1976年以来，Butula等[1]合成了具有手性结构的双噁唑啉配体并将其用于不对称反应。在此之后,人们合成了各种结构的双噁唑啉配体,主要包括丙二酸类,苯及多环芳烃类、吡啶类等双噁唑啉配体,并将之用于环丙烷化反应、DielsAlder反应、烯丙基取代反应、MukaiyamaAldol反应、傅克反应、Michael反应以及各种偶联反应等多种不对称催化反应[2][8]。
2.1双噁唑啉配体的结构及主要类型
噁唑啉是一类五元杂环化合物，如图：
图21.噁唑啉的结构
双噁唑啉是两个噁唑啉环通过碳链、碳环等方式连接起来，其作为手性配位的手性基团靠近配位中心,因此可直接诱导金属离子催化过程中的相关手性作用。两个噁唑啉环上的N原子均可参与和金属离子的配位。其中通过区别配体上不同原子参与金属离子的配位情况,配体可分为双齿配体和多齿配体；当然也可以按照连接双噁唑啉环的基本骨架结构进行区分，主要有丙二酸类、苯及多环芳烃类和吡啶类。
2.1.1双齿配体
双齿配体是指该配体中仅有两个噁唑啉环上的氮原子参与金属配位，而两个环的连接部分则没有参与配位。这是一类相当常见且多报道的手性配体。
图22.常见的双齿双噁唑啉配体
在双齿配体中，两个环可通过直接相连的方式形成双噁唑啉配体，如图1、2方式直连的双噁唑啉可与金属离子形成金属有机五元螯合物，用于不对称环化[9]、环丙烷化[10]和开环双烷基羰基化反应[11]等。而通过3连接的双噁唑啉，用于烯烃以及二甲基硅烯醚的环丙烷化反应[12][13]。
对于通过碳链、碳环来连接的双噁唑啉配体，其反应活性会受到更多因素影响。常见的以取代亚甲基连接的双噁唑啉如4、5、6、7，按照其骨架结构则属于丙二酸类配体，可与金属离子形成金属有机六元螯合物。位于噁唑啉环上的4、5号位通常以不同的取代基而发生性质上的显著差异，既可取代4号位，也可4、5号位同时取代，还可形成如7一样的环状取代，即含有氨基茚醇的结构。该类配体可用于催化不对称的DielsAider反应[14][15] ，烷基化反应[16]，烯丙基氧化反应[17]，烯烃胺化反应[18]等。研究表明，当噁唑啉环上4、5号位的取代基拥有较大的空间位阻时，其受到限制的构象结构将会在不对称催化反应中有更好的立体选择能力，即如7一类的氨基茚醇类配体。
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