金属铱催化Z式保留不对称烯丙基取代反应

雷克儿

本论文主要研究了金属铱催化Z式保留不对称烯丙基取代反应。Z-烯烃是有机分子的基本结构单元，但相对于E-烯烃热力学不稳定，其高选择性合成极具挑战性。此外，含有Z-烯烃的手性结构单元广泛存在于天然产物和生物活性分子中，因此发展手性Z-烯烃的高效精准合成方法具有十分重要的意义。过渡金属催化不对称烯丙基取代反应可以通过syn-π-烯丙基金属中间体便捷合成含有E-烯烃或末端烯烃结构的手性分子。但利用该类反应高选择性地合成含有Z-烯烃结构的手性分子十分困难。基于对金属铱催化烯丙基取代反应的机理研究，我们利用“活泼前手性亲核试剂快速捕获亚稳态anti-π-烯丙基金属铱配合物”的策略，成功实现了一系列含有Z-烯烃片段手性分子的高效高选择性合成。在第一部分工作中，使用Carreira类型手性配体衍生的铱配合物为催化剂，三氟甲磺酸铟为添加剂，成功实现了金属铱催化吲哚衍生物Z式保留不对称烯丙基取代反应。该反应具有优秀的区域及立体选择性，良好的底物普适性，一系列色醇、色胺以及带有碳亲核边链的吲哚衍生物均可作为前手性亲核试剂参与反应。在机理研究中，我们首先合成表征了具有催化活性的一价铱物种，然后通过核磁共振磷谱 （31P NMR）和高分辨质谱 （ESI-MS）实验观察到反应的关键中间体“anti-π-烯丙基铱配合物”的形成及其转化过程，从而提出了催化循环机理并且解释了反应过程中烯烃Z式结构保留的原因，即高活性的亲核试剂在“anti-π-烯丙基铱配合物”异构化为热力学上更稳定的“syn-π-烯丙基铱配合物”之前，快速地捕获了该物种。在第二部分工作中，我们将前手性亲核试剂进一步拓展到3-取代吲哚-2-酮衍生物。通过使用Ir（cod）Cl2为铱前体，H8-BINOL骨架衍生的 （S）-L4r为手性Carreira类型配体，LiHMDS为碱，溴化锂为添加剂，碱性条件下成功实现了金属铱催化吲哚-2-酮衍生物Z式保留不对称烯丙基取代反应。在机理研究中，成功合成表征了anti-π-烯丙基铱配合物K10，并通过催化实验验证了其催化活性，最后提出了合理的催化循环。Z式保留的不对称烯丙基取代反应模式具有很好的普适性。在第三部分工作中，通过使用Feringa类型手性亚磷酰胺配体 （Alexakis配体）衍生的铱配合物为催化剂，铜催化剂与醛亚胺酯原位形成的N-金属化亚甲胺叶立德为前手性亲核试剂，成功实现了金属铱/铜协同催化α-氨基酸酯衍生物的Z式保留不对称烯丙基取代反应，高效制备了一系列含有Z-烯烃片段的手性氨基酸酯衍生物。在反应机理研究中，首先通过核磁共振磷谱 （31P NMR）和高分辨质谱 （ESI-MS）实验表征了anti-π-烯丙基铱配合物在室温下的异构化过程，接着在0 ℃下制备合成了热力学上不稳定的anti-π-烯丙基铱配合物，目前单晶正在培养中。