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3-乙烯基吲哚参与的不对称催化反应研究认领

作者：

关旭凯

学位授予单位：

吉林大学

摘要：

在有机小分子不对称催化领域中,手性布朗斯特酸占有举足轻重的地位,其中尤以手性磷酸和手性磷酰亚胺酸为主。经过近二十年的探索与发展,手性磷酸催化的不对称反应已不胜枚举。而做为其强有力的补充,手性磷酰亚胺酸自2012年问世以来至今也已经应用到了多种不对称反应中,并且都显示了超强的立体选择性和广泛的底物适用性。本论文基于前人工作经验,将手性磷酰亚胺酸应用到基于乙烯基吲哚的多种不对称反应中。具体内容如下:首先我们介绍了手性磷酰亚胺酸催化剂的发展历程,并对其在近几年形成的催化体系进行了详细描述。其次我们介绍了3-乙烯基吲哚参与的多种不对称反应,烯酮酸酯参与的不对称氧杂狄尔斯阿尔德反应以及吲哚取代的环戊烯并吲哚结构不对称合成的研究进展。研究了磷酰亚胺酸催化3-乙烯基吲哚做为亲电试剂与吡咯的不对称傅-克反应。通过改变3-乙烯基吲哚苯环取代基的位置,芳基-3-乙烯基吲哚展现出更高的亲电活性。在最优条件下,以最高99%产率和93%ee得到了一系列吡咯取代的包含季碳中心的1,1,1-三芳基乙烷。同时研究了磷酰亚胺酸催化的芳基-3-乙烯基吲哚与吲哚的不对称傅-克反应。以最高99%产率和98%ee得到了光学纯的双吲哚取代1,1,1-三芳基乙烷并且扩展了27个反应实例。通过控制实验我们发现,磷酰亚胺酸与两种底物间双氢键的形成对于反应可行性和立体控制能力至关重要。研究了磷酰亚胺酸催化的3-乙烯基吲哚与β,γ-不饱和-α-酮酸酯的不对称Hetero-Diels-Alder（HDA）反应。通过该反应,我们首次将吲哚单元引入到3,4-二氢吡喃结构当中,并且通过简单的氢化还原将其顺利转化为四氢吡喃结构。通过条件筛选,我们确定3,3’位阻为3,5-（CF3）2-Ph的磷酰亚胺酸为最优催化剂。以最高99%产率,99%ee以及>20:1的非对映选择性扩展了33个反应实例,展现了磷酰亚胺酸广泛的底物适用性。控制实验结果说明3-乙烯基吲哚与β,γ-不饱和-α-酮酸酯通过协同过程发生反应且磷酰亚胺酸与两种底物间形成双氢键对于高对映选择性至关重要。通过单晶衍射确定了产品的绝对构型为2S,3R,4R。研究了磷酰亚胺酸催化的对醌甲基化合物与3-乙烯基吲哚1,6-加成/[3+2]环加成反应。对醌甲基化物参与反应发生1,6-加成后,使得后续[3+2]环加成反应能垒异常降低,在-40~oC条件下磷酰亚胺酸也能高效率地催化反应生成3-吲哚基环戊烯并吲哚衍生物。最优条件下,我们以最高95%的产率,99%的ee值以及>15:1d.r.扩展了39个反应实例,其中对醌甲基化合物携带强吸电子基团时反应也能顺利发生。控制实验结果说明未保护的N-H和裸露的吲哚2号位对于反应的发生至关重要,同时催化剂与三分子底物间形成氢键对于出色的催化结果很重要。单晶衍射确定了产品的绝对构型为9S,18S,25S,26S,33S。

摘要译文

关键词：

手性磷酰亚胺酸; 不对称傅-克反应; 不对称HDA反应; 吲哚烯; [3+2]环加成

学位年度：

2020

学位类型：

博士

学科专业：

有机化学

导师：

张锁秦

中图分类号：

O621.251;O621.25[化学性质、有机化学反应]

学科分类号：

070303[有机化学];081704[应用化学]

D O I：

10.27162/d.cnki.gjlin.2020.000141