（有机化学专业论文）催化的不对称分子内环丙烷化及烯烃的环氧化反应.pdf

中文摘要3 s 2 s 6 本论文分为两部分： 第一部分从天然樟脑出发，制备了手性金属催化剂c u ( d c m ) ：， 并j 1 j 它米催化重氮烯醇酯的分子内环丙烷化反应，考察1 r 底物结构， 反应溶剂，反应温度，催化剂用量等因素对反应化学产率和光学收 率的影响。提出了不对称催化可能的反应机理，建立了可能的过渡 态立体模型。 第二部分首次制备了手性金属催化剂f e ( d c m ) ，并研究了在分 子氧和醛存在下，其对苯乙烯的环氧化反应的催化作| ，考察了作 为牺牲物质的醛对反应的化学产率和光学收率的影响。 o 晦i 蛔叫 档固中。 秒矽f ，己 a b s t r a c t t h et h e s i si sc o m p o s e do f t w o p a r t s ( 1 ) ：c h i r a l 1 3 一d i k e t o n ec o p p e rc a t a l y s tc u ( d c m ) 2i sp r e p a r e da n d u s e dt oi n d u c e a s y m m e t r i c i n t r a m o l e c u l a r c y c l o p r o p a n a t i o n o f a l l y l i cd i a z o a c e t a t e ； t h ee f f e c to ft h es t r u c t u r eo fs u b s t r a t e ，s o l v e n t ，t e m p e r a t u r ea n d a m o u n to fc a t a l y s to nb o t hc h e m i c a l y i e l d a n d o p t i c a ly i e l d i s s t u d i e d t h ep o s s i b l er e a c t i o nm e c h a n i s ma n dt h ep o s s i b l ec h i r a l m o d e lo ft h et r a n s i t i o ns t a t ea r ep r o p o s e d ( 2 ) ：an e wc h i r a lb d i k e t o n ei r o nc a t a l y s tf e ( d c m ) 3i ss y n t h e s e d f o rt h ef i r s tt i m e ，a n d e p o x i d a t i o no fs t y r e n ei sc a t a l y z e db y i tw i t h m o l e c u l a ro x y g e na n da l d e h y d e s ，t h ei n f l u e n c eo fa l d e h y d e so n b o t hc h e m i c a ly i e l da n d o p t i c a ly i e l di ss t u d i e d 璺! ! 堂丝查苎兰塑上兰笪堡羔一 第一部分手性过渡金属催化剂催化的不对称环丙烷化反应 第一节文献综述 第一章绪论 手性化合物因其在药物，精细化学品，生命化学以及材料科学等方面的广泛应 用，因而倍受关注。 在过去的三十多年中，应用手性金属催化剂进行不对称合成已经取得了很大的 进步。不对称催化因为其突出的优点，即只需催化量的手性物质即可诱导出大量新 的光学活性物质，被认为是合成具有高光学活性化合物的最具发展前途的方法，这一 领域的工作也引起了各国有机化学家们的重视。 这类催化剂大多是由过渡金属与各种不同结构的手性配体生成的配合物，如r h 与手性双膦配合物催化的不对称催化氢化，烯烃的不刈称环氧化反应，烯烃的不 对称环丙烷化反应，n i 或p d 的手性氨基膦配合物催化的不对称交叉偶联反应i ”，于 性二醇与金属配合物催化的不对称d i e l s a i d e r 反应1 4 1 等，这些领域的研究都异常活 跃。 环丙烷结构在许多生物活性化合物中存在，尤其是拟除虫菊酯类农药的重要结 构组分1 5 1 。通过不对称合成的方法研制光学活性的三元环结构的化合物，已经成为 一个新的热点1 6 i 。近几年来，手性金属催化剂在不对称环丙烷化反应中的成功应 删，为不对称催化在光学活性环丙烷结构化合物合成叫j 的应用提供了良好的1 ) u 娥。 手性金属催化剂包含手性配体和中心金属离子，这两者的选择是反应立体选择性 优劣的关键，在不对称环丙烷化反应中，除了铜作为中心金属离子，近年来的研究 表明，铑、钉、钴和各种手性配体形成的手性金属催化剂也有很好的催化性能。 l 手性铜催化剂 1 1 手性席夫碱铜催化剂 尘墨塾堂塾查点兰堡圭堂堡堡羔一 铜催化韵烯烃鼹莛氮化合物的趣戏已经成为环冈熄剑各的袋重要路线。早撩： 1 9 6 6 年，n o z a k il ，就研究了予性廊犬碱制( 1 ) 配合物1 黼化蘸氮己陂厶黼年； 求己烯 的环斑烷化反应。虽然锝到的光学收率骏低，仪为6 e - c ( 1 r ，2 r ) ，但卸首次实 现了不对称催化。 m e p 厂汕e 。r p 拶a 。r + p 。r 在随后的研究中，a r a t a n i 8 1 改进了手性席夫碱的结构。用谴化剂2 诱导2 , 5 一二 掣基2 , 4 。已二烯秘重氮乙酝乙酯的不对称环丙烷化，取得了6 8 的光学收率，用亟 氮乙酸游简醇酯代替蓬氮乙酸乙酯，反式产物腑e c 值更足达到9 4 ，使得手i f ：催 诅：剂用于不对称坯页烷化有了很大的突破。 2 r r 一( 一一o c _ c y l ) 入 岫撇三茯+ 气o o r 1 一o 歹 。r 胬本住友( s u m i t o m o ) 公司作进步改进看得催优莉3 弼，应用于c i l a s l a t i n 中问 体的合成，获键9 2 的离对映选择性。这个催化刹的制餐可出丙氨酸酪开始，经涎步 格氐反应，再和水杨酸作用，最后和铜结合搿成 2 ! ：璺! 堂丝查叁堂塑! ：= i ：! ! 堡生 一 3 r = b u o 一( i 3 - o c l y l ) 产品赢埝= 二 c o o n a n t l z y 二n 沪5 a ；t h l a i d e r i ”1 和b r u n n e r t “1 等人分别用a 醛瑟吡啶和手性联萘酚醛代替水杨醛，与手 性胺醇作厢后合成了新的手性席夫碱配体，和铜配合后用于不对称环丙烷化，但效 果并不理想。后者在苯乙烯与重氮乙酸乙酯的反应中也仅仪获得了5 7 一7 5 e c ， 其中研究还发现，手性联萘酚部分在不对称诱导中几乎没有起作用。有趣的是，最 近日本学者s u g a t “l 的报道却表明，将手性联萘二胺与2 , 6 二氯苯甲醛缩合后的4 与c u ( i ) 的配合物有较高的立体选择性。用1 ，1 二苯乙烯和重氮乙酸薄荷醇酯反应 以c u o t f 和配体配位，二氯甲烷作溶剂，用2 m 0 1 的催化量，在4 0 0 时得到的产物 环丙烷羧酸酯的e c 值高达9 8 。而这个催化剂除了配体的轴手性以外，w 无其它 手性中心存在，所以是一个纯粹轴手性催化剂。 4 旦型堂垫查叁鲎堡堂焦丝皇一 此外，c 2 对称的由樟脑和葑酮制得的手性席夫碱催化剂也已被合成用于这类反 应的研究i ，仉却未有突破。 1 2 于性半咕啉铜催化剂 1 9 8 6 年，p f l t z 等人以焦谷氨酸为原料，合成出了具c ：对称的半咕啉 ( s c m i c o r r i n s ) 并制得了手性半咕啉- 铜催化剂“1 。 c n 5 a ，i kc o o m e ，5 b ，r = c h 2 0 t b d m s5 c ，r = c m e 2 o h 研究还表明5 1 ，将半咕啉手性铜催化剂5 用于苯乙烯的环化反应，得到光学活性 f i ，jj q 丙烷羧酸衍生物，对映选择性最高可达9 7 。 丽cat5n2chcoor 1 m 0 1 一气+ - () j 。弋 p h c o o r 当重氮酸酯的体积增大时，反应的立体选择性增高。 在进一步研究q 1 ，p f a l t z 等人1 又发展了一类新的二齿氮配体，即5 一氮杂半咕 悱眦体6 在苯乙烯的环丙烷化反应中同样取得了很商的对映选抒性。除了分予问 4 曼型堂煞查点堂堡圭兰盟监兰一 的不对称环丙烷化，手性半咕啉，铜催化剂还被成功地朋于分子内的不对称环尚烷化 最高取得了9 5 e e _ 1 1 7 i 。 6 a ，r _ c m e 2 0 s i m e 3 6 b ，r = c m e 2 0 s i m e 2 实验表明：5 c ，6 a ，6 b 的催化活性都很好实际起作用的是半咕啉- c u ( i ) a ， 对于铜的化合价，臧二乐i 8 ) 等也进行了研究，认为在催化活性中间体的铜应为：c u ( i ) 当把金属离子c u ( i ) 换成n i ( i i ) ，c o o d ，r h ( d i v t 般有表脱出较好的立体选择性。 辩。 粼。 气 十7 叭 r1 c o o r 6 中蜀事 学技术大学硕：l 学能论文 拙厩，泼：多小组对双爆礁l ； = 配体份了进一步灼修馋改造脚钟】。其中，配体1 0 以 港五酸为琢攀萼测餐缛刭，它莘i j 用溪石羧的骨架作为“撬粱”连接谢个聪螋j l i 环f 2 “， 两秀0 体11 赠以( 1s ，2 s ) 一( + ) 一2 ，氮基1 一苯基1 ，3 n 二醇为缀斟，在弼个嚼唑啭环的边链上 0 人了籁辫的手经中心口l ，褒设诗上均具有一定麴馨意。宅粕与e u o t f 形成配会物 后应，e 予苯乙烯的不对穆环丙烷化，歌得了c p 等班土翡对映选择性。 0o 1 0 a r = ”p r 1 0 b r = p h 1 l a ，r 2 c o p h ，1 2 b ，r = h 1 l e ，r = t b s 1 9 9 5q - + c o r e y 发艘j 。类麟以予性驳翠为跨般勰双聪螋璐怒 拳1 2 ，癍趣l l c ”汹2 | | 1 日体静合域r l 菠绺。j 9 0 c 。船分f 内l i x 9 张邵湃靛纯爱缝瓣效聚。 。8 1 2 b u ”h 主里型兰垫查盔堂堡! ：兰垡鲨生一 最近，m e y e r s l 2 9 j 也报道了一个新的联萘酚双嗯唑啉配体1 3 。初步研究表虬应 用于苯乙烯的环丙烷化，获得了顺式产物9 0 e e ，反式6 7 e e 的结果，但顺反产 物的比例只有1 ：2 。值得一提的足，配体1 2 ，1 3 与前面提到的s u g a 2 1 的轴手性配 体不同，它们的分子中除了轴手性以外，还有嚼唑啉环上的手性控制。 1 3 1 4 手性单嗯l 唑啉铜催化剂 手性单i 嗯唑啉配体最早被应用于不对称d i e l s - - a l d e r 反应中i ，为进一步考察这 个配体的用途，f u j i s a w a 等人将其与c u c l ) h e 合后用于不对称环丙烷化的研究 。结 果发现，催化剂1 4 能有效催化苯乙烯和重氮乙酸薄荷醇酯的反应，产物的顺反比例 可达1 7 ：8 3 ，反式e e 为6 3 ，顺式e e 则达8 4 。 研究还发现，手性碳上的取代基决定着反应的对应选择性，将苯基换成叔丁 基，对应选择性大大降低，但产物的顺反比例不变，这与m a s a m u n c l ”1 和e v a n s 2 2 i 的 手性双嗯唑啉f l 目f l k - 化剂不同。 1 4 a ，r 2 p h ，b u ，1 4 b ，r = t o l ，c f 3 8 生旦型兰垫查叁兰堡! 堂些篓羔一 最近，z h 叫q l i ，z l 也报道了一个手性单嗯唑啉钶珂催化剂。与1 4 相比，川睃啉牡 代替苯胺基；r 为各种取代基，但效果还不如1 4 。 1 5 平性d 。二削制催化剂 尽管0 二酮铜催化剂催化环丙烷化反应的报道较多，但直到八l f l - 4 - , 中期，英 国的s a m a t l i n p 3 1 才首次制备了手性b 二酮配体1 5 ，将其与c u ( i i ) 配合后，催化 苯乙烯与重氮双甲酮的不对称环丙烷化，取得了较高的光学收率。 l f j 1 5 a ，r i = m e ，r 2 = h 1 5 b ，r 。m e ，r 22 i 1 5 c ，r 1 2 c h 5 c h 2 ，r 2 2 h 我们实验室曾从天然樟脑出发，制备了手性催化剂1 6 ( d c m ) ：，用它来催化苯乙 烯与重氮酸酯的环丙烷化反应i ”i ，反应的立体选择性比较好，取得了最高9 0 f l ( ie c 值。 c u ( d c m ) 2 ， 1 0 垦y 堡! i 【堑)! ! ! ! ! 丝堡! 翌! ! f 堑! ：! ：) m c6 9 24 5 19 0 e t6 2 14 2 l8 8 7 。p r5 8 53 4 17 2 3 随着r 体积的增大，反应的化学产率和光学收率都随着降低。 ! 璺型堂些查盔兰堡! ：兰垡丝兰 1 6 手性联吡啶一铜催化剂 1 9 9 2 年以来，i t * f l , jk a t s u k i 等人连续报道了以光学活性的联吡i 处为眦体l 7r 性铜配合物作为不对称环丙烷化的催化剂【3 4 1 ，也有很大的突破。 1 7n = 1 ，2 1 7 a ，r p r ，1 7 b ，r = c m e 2 0 h ，1 7 c ，r = t m s 1 7d ，r = t e s ，1 7 e ，r = c m e 2 0 m e 这类催化剂与双嗯唑啉催化剂相比，刘于单墩代的烯烃如苯乙烯f l q 1 , x , j 称效 果要差于双嗯唑啉类，但对l ，2 二取代反式烯烃有其明显的特点。在其作用下，环 化产物更趋向于形成顺式三元环，且顺式构体的对映选择性撒高，以反式b 一 f i ! 击苯 乙烯为例，顺式产物的e e 大于9 9 ，而反式只有2 4 e e ，顺反比例为6 ：4 。 1 9 9 5 年，c h e l u c c i i ”i 也报道了一类新的联吡啶配体1 8 ，效果并不理想。 1 8 联吡啶配体1 9 最早是由b o l m 等人1 3 6 1 报道并用于二乙基锌对醛的不对称加成反 应中。最近，香港学者考察了它分别与c u ( i ) 、c u ( i i ) 形成的配合物【3 7 1 ，发现均能有 效地催化烯烃和重氮乙酸酯的环丙烷化反应，产物的e e 值最高达9 2 ，顺反比例 也可高达9 ：1 。 里型兰垫查盔兰堡! ：! 堂竺笙兰 一 1 9 1 7 手性二胺铜催化剂 手性二胺作为手性配体早已被广泛应用于很多不对称反应中p ”，但被应用于 不对称环丙烷化中尚属首次。k a n e m a s a l ”i 等将二胺配体2 0 与c u ( o t f ) 2 按2 ：l 的比 例制成配合物，用苯肼还原后得到手性二胺一铜( i ) 催化剂，用于苯乙烯的不对称环丙 烷化，也取得了较好的效果。选用重氮乙酸薄荷醇醋反应，反式和顺式比例可达 9 1 ：9 ，反式e e 达9 4 。将其应用于第一菊酸的合成中，主产物的光学收率也可达 7 4 ，顺反比例为1 2 ：8 8 。 p h p h ) 文 【m e s i t y l ) c h 2 1 i nn i q c l l 2 ( m e s i t y l ) 2 0 r d n 呻l r - 。 2 1 此外，a n d e r s s o n t 4 0 l 还曾用手性双氮丙啶2 1 作为二胺配体，考察了其与锏配位 后在环丙烷化反应中的不对称诱导效果结果仅获得6 0 6 3 e e 。 这类配体的结构相对简单，与上述的所有含氮配体相比，一个突出的不同是它 们分子中的氮原子是饱和的，这就为今后含氮配体的设计提供了一个新的思路。 2 手性铑催化剂 2 1 手性卟啉铑催化剂 c a l l 0 1 4 q 等人首先研究了卟啉铑催化剂，发现这类催化剂应用于环丙烷化反应 中，产物的顺式选择性相当好。经过进一步的研究后，k o d a d e k l 2 1 对此作了改进，合 成了手性铑( i i ) - 卟啉催化剂2 2 ，它的每一个卟啉环面都有c ：对称性被称为“c h i r a l 生堕! ! 堂垫查盔堂壁：! 堂竺鲨塞 一 w a l l ”。实验结果发现，用该催化剂诱导重氮乙酸乙酯与烯烃的不对称环化，反应 的对映选择性不高，但立体选择性很好，产物以顺式为主当以c i s - 2 - 甲基苯乙烯为 加成底物时，顺反比例达至7 8 ：1 。此后，k o d a d e k m 】对这类反应的机理作了详细的 研究，且对卟啉环进行修饰，研究了不同取代基对催化反应活性立体选择性的影响。 r r 2 2 r = 2 2 手性c a r b o x a m i d a t e - - l i g a t e d 铑( i i i ) 催化剂 m p d o y l e 设计并发展了一系列手性c a r b o x a m i d a t e 型铑催化剂】。早在1 9 9 0 年起，d o y l e 就开始研究手性铑( i i ) 的吡咯烷酮配合物r h ，( s s m e p y ) 。2 3 ，并将它 用于催化分子间，分子内的不对称环丙烷化反应，产物以反式为主，这种催化剂尤 其适合于分子内不对称环丙烷化，一般只需l m 0 1 的催化量，光学收率均在9 0 以 上，并已被应用于r e n i n 抑制剂【4 5 1 和p r e s q u a l e n e 醇【4 6 1 的合成中。 r l 2 4 a r = p h 2 4 b r = c o o m e p h 而另一种手性r h ( i i ) 催化剂r h 2 ( 4 s p h o x ) 2 4 a 在催化重氮化合物的环化加 成时，却表现出产物顺式占优1 。这里取代基的空间效应起主要影响，文献对这两 种催化剂作了进一步的报道1 4 5 1 。 1 2 o 一+ n 2 c h c o 。m 叫1 h b n xr lr 2 ry i e l d t c 胁u 2 9n 一岛h i l h 1 一m e n t h y l 4 09 4 ：6 9 9 9 5 2 9m c 炉c h h 1 v l c n z h y l 8 67 9 ：2 1 9 7 4 8 6 3 3 0 b p hi i 1 一m e n d l y l 8 49 9 ：19 4 6 4 3 2 手性l j p 啉钉催化剂 除了卟啉一铑催化剂，金属锇【6 0 坪口铁1 与卟啉形成的配合物也能有效地催化烯烃 和重氮乙酸酯的环丙烷化。在这些基础上，s i m o n n e u u x t 6 2 q 哿钌与手性卟啉形成的催 化剂用于不对称环丙烷化，也取得了成功，但反应的光学收率较低，只有3 4 e e 。最近，b e r k e s s e l i ”1 和c h e t 6 4 1 分别独立报道了手性卟啉一钉催化剂3 1 在不对称环 丙烷化反应中的应用。这个催化剂最早是由h a l t e m a n ”1 研究报道的。 r r 3 1 r r = 6 昵 n 踮 n 盯 黔 眇 驺 跎 为 鲳 舌舌g h h h 胁 孙 孙 凹 鬟 枷 旦! ! 鲎垫查叁兰! 坚! ：堂笪堡塞 这类催化剂一个最显著的特点足其稳定性柏当好，反复使用率- 断。苯乙烯羽 重氮乙酸乙酯的反应结果表明，产物的反式比例较高，最高可达1 4 ：1 ，并且有很高 的对映选择性，反应收率也很好。 4 手性钻催化剂 4 1 手性樟脑衍生物一钻( i i ) 催化剂 手性钻催化剂也是较早被应用于不对称环丙烷化反应的金属催化剂。n o d a m u r a 【6 6 】 应用钴m - t - 性樟脑二配合物3 2 研究苯乙烯n g n 烷化反应，如果选用重氮乙酸新戊 酯，则顺反产物的光学收率分别可达8 1 e e 和8 8 e e 。 3 2 o 3 3 催化剂3 2 最大的局限在于其不能催化共轭的烷基取代的烃，j o m m i 等人”7 1 在此 基础上，对其进行了改进，制得催化剂3 3 ，使得前者不能催化的底物给出了很高的 光学收率，对l 一辛烯的不对称环丙烷化；反式产物的e e 值高达9 7 ，但划缘苯乙 烯这样的底物，效果却是不如催化剂3 2 好。 4 2 手性s a l e n 一钴( i v ) 催化剂 1 9 9 5 年k a t s u k i 和f u k u d a 报道了钴的手性s a l e n 催化剂3 4 也能有效地催化苯 乙烯和重氮乙酸酯的不对称环丙烷化反应i ”i ，发现这个配体对生成反式产物的立体 选择性相当高，可达9 4 一9 8 ，但对映选择性却中等，只有6 9 7 5 e c 。 里型兰些查叁堂塑! ：兰垡堡兰 r ：乒蒙奄 3 4 a ，r i b u ，r 2 2 h ，x 2 i 3 4 c ，r l = h ，r 2 = h ，x 2 1 3 4 b ，r i = h ，r 2 b u ，x 2 1 3 4 d ，r l = h ，r 2 = o m e ，x 2 b r 进一步的研究后发现i ，将碘换成溴可以降低配位后的卡宾的活性，再用供电 于的甲氧基代替大的叔丁基，这样得到的催化剂3 4 d 具有很好的不对称诱导效果。 尸- n 2 c h c o o b u 弋 拿删b ，、0 0 ，m ， 综合起来看，环丙烷化反应受许多因素影响，如配体的结构、金属离子的种 类、底物( 烯烃和酯) 的结构以及溶剂温度，催化剂的用量都对产物的化学收率产生影 响。 不对称环丙烷化反应，自6 0 年代开创研究以来，至今已取得了很大的进展， 无论是分子间还是分子内的顺式或反式不对称环丙烷化反应，一般都能达到很高的 光学收率。手性金属催化剂在不对称环丙化反应中的应用研究已经取得了很大的进 步，尤是最近十年间的研究成果，极大地丰富和拓宽了这一领域的工作，而且新的 类型的手性催化剂仍在不断出现m 】。但随着生命科学和材料科学的发展，要求有更多 的具有应用价值的手性催化剂的产生，而且从长远的角度看，仍然有许多工作需要完 中国科学技术人学硕二l ：学位论文 善，手性配体的空间立体效应和底物烯烃 u 于效应魁影响反应才i 刈+ 称效米的火键l 划 索，目前大多数的手性金属催化剂只能对一部分底物烯烃有效j ，因此，今后工作 的重点将是寻找一类对底物适用性更大而且高效的手性金属催化剂。另外，刑_ j 二反 应机理的研究仍处于初级阶段，这也需要进一步的探索。 9 堕型鲎垫查盔兰塑! ：堂些堡兰 第二节研究课题的设想 尽管已有上千种各种类型的手性催化剂用于不对称催化反应中，但是在实际 应j j q ，仪有儿十种催化剂体系川于工业化生产，这种比例的重人箍) 川监求我们研 制出更多催化活性高，立体选择性好，实用性强的新型手性催化剂。其中配体是 手性催化的关键。合成手性配体一直是不对称催化研究中最重要的组成部分。归 纳起来看，手性配体的研究可分为两个方面：一方面对现有性能良好的配体( 如 b i n a p 、b i o p 等) 在制备方法上进行改进和完善，以期降低生产成本，促进商 品化与工业应用：另一方面是合成组成和结构全新的手性配体与金属结合，用于 不对称催化反应，试图获得更高的光学活性。 手性催化剂c u ( d e m ) ：是通过c u ( i i ) 与手性配体h d c m 络合而成的。手性配体 h d c m 是山樟脑出发，经过一系列反应，衍生得到的。而我国是天然樟脑丰富的 国家，在江西等地盛产天然的d 。型樟脑，作为手性池( c h i r a lp 0 0 1 ) 化合物中的重 要一员，樟脑有其独特的结构和化学性质，它包含着两个天然的手性碳及两个空 间伸展很大的环状结构，特别重要的是，通过在强碱中的热裂解，樟脑的六员环 被断丌，生成带一个羧基的龙脑酸，且在改造过程中分子的绝对构型保持不变， 使这一特别基团很容易通过羧基的衍生物与其他结构相连，由此衍生出的化合物 均有一个大的疏水基团，这些化合物都易溶于常用的有机试剂。 r 畈 c u ( d c m ) 2 r 这种络合物的配体具有c ：对称性，具有一定的刚性结构，络合中心离予离 手性碳较近，空间位阻大的手性基团( 龙脑基) 将会为络合中心与卡宾的络合提 供优良的不对称环境。我们实验室曾用这个催化剂催化苯乙烯与重氮酸酯的环丙 烷化反应i ”i ，反应的立体选择性比较好。 中国科学技术人学坝i ：学位论文 相对于分子间坏丙烷化反应而言，分子内环丙烷化反应研究得比较少，除了 手性铑络合物催化的环丙烷化反应有很高的立体选择性外，其它的手性金属络合 物催化的分子内环丙烷反应的立体选择性都不太好。因此，我们设想用手性催化 剂c u ( d c m ) ：来催化分子内环丙烷化反应，考察下它对这类反应的立体选择性的 影响，另外还考察反应温度，反应底物结构，溶剂，催化剂用量等凶素对反应的 影响。 2 1 中国科学技术人学硕十学位论文 第二章实验部分 第一：审实验使用仪器和试剂 2 1 仪器 1 化合物的h n m r 在美国v a r i a n 公司的e m 一3 6 0 l ( 6 0 m h z ) 核磁共振仪和瑞士的 b r u k e r 公司生产的d m x 5 0 0 m h z 上测定，t m s 为内标。 2 化合物的l r 在日本i r 4 4 0 红外光谱上测定。 3 化合物的旋光度在w z z 自动旋光仪上测定( 上海光学仪器修理厂) 。 2 2 ，试剂 丙烯醇9 8 3 - 甲基- 2 - 丁烯1 醇9 8 2 甲基2 丙烯1 醇9 8 对甲基苯磺酰氯化学纯 甲醛酸9 8 丙二酸二乙酯化学纯 t c l 薄板来自福山生化试剂厂 柱层析硅胶来自青岛海洋化工厂 5 0 0 m l上海化学试剂采购供应站 5 9 a c r o s 1 0 m la c r o s 5 0 0 9上海化学试剂采购供应站 1 0 0 9 a c r o s 5 0 0 m l 上海化学试剂采购供应站 生里盟堂丝查叁兰塑! ：堂些堡兰 第二节手性b 一二酮制催化剂的合成 2 1 合成路线的设计 依据本实验室的条件和- l q 标分子的结构，选取以下合成路线 k o h ( s ) o c 8 m p h 。a u t o _ c l a v i e ：z 0 丽2 , ， l s o c l 2 r * c o o h 百良c 1 ，m g ，e t o h 1 ，m g ，b r c 2 h 5 i r 。 + rcc h + 2 , c h + 2 ( c o o e 2 多；, 一h n 一( 一i - 一p r ) 3h h ： ，+ 2 0 3 j , k f c u c i r 2 2 各化合物的合成及结构鉴定 r r = 2 4 1 ，r c o o h1 的合成及鉴定 0 5 升高压釜中加入6 7 o g ( o 4 4 m 0 1 ) 的d - c a m p h o r m p ，1 7 8 1 7 9 。c ，【o 】”d + 4 3 9 0 ( c 4 6 ，c 2 r o h ) ) 和1 3 5 9 ( 2 3 t 0 0 1 ) 的固体，搅匀密封，混合物在2 6 5 0 c 下反应4 8 小 时，冷却，加入5 6 0 m l 沸水，水溶液合并后，用6 0 m l 乙醚萃取三次，萃取液合 并，蒸去溶剂，可回收未反应的樟脑。水层用h ：s 0 4 ( p h = i ) 酸化，再用3 0 0 m l 乙醚 分次萃取，乙醚层合并，饱和n a c i 溶液洗，无水n a 2 s o 。干燥，除去溶剂，粗产物 减压蒸馏，得5 0 0 ( 6 6 ) 白色蜡状固体。b p ：1 2 0 1 2 7 0 c 2 t ，m p ：9 0 9 5 0 c ， a 】”d + 4 5 0 ( c2 5 ，c 2 h 5 0 h ) 。 k一。 虫里型堂丝查叁堂塑三兰丝堡兰一一 图i 普解析： h n m r ( 8 ) ：o 7 5 ，1 0 3 ，1 2 2p p m ( s ，3 h ，c c h 3 ) o 8 3 0 9p p m ( d ，3 h ，c h c h 3 ) 11 1 3p p m ( s ，1 h ，c o o r s ) i r ：3 5 0 0 - 2 5 0 0 c m v o h ( 酸) 2 9 6 3 2 c m v c h ( c h 3 ) 16 9 4 6 c m v c ：o ( 酸) 2 ，r c o c i2 的合成及结构鉴定 配有回流冷凝管和c a c i ：干燥管的2 5 0 m l 圆底烧瓶，加入2 0 o gd 龙脑酸， 2 2 m l s o c l 2 和6 5 m l 无水苯【注 ，将混和物强烈回流1 6 h ，常压蒸去苯和过量的s o c i ：， 减压蒸馏得2 1 0 9 无色透明液体，产率9 4 ，b , p 9 4 9 6 0 c 1 2 t 注：无水苯是将试剂级苯和钠砂回流，常压蒸馏，收集沸点为8 0 0 c 7 6 0 m m h g 的馏 分。然后加钠丝保存。 2 4 器 盘 2 钴 正 z z 芏 王 2 o 暑 羞 史里型兰垫查盔堂堡! 苎型塑垒茎一 图谱解析： 1 h n m r ：o 8 ，1 0 7 ，1 3 3p p m ( s ，各3 h ，c c h 3 ) o 9 2 p p m ( d ，3 h ，c h c h 3 ) i r ：2 9 6 4 8 e r a 1 7 9 1 5 c m 1 1 4 5 8 1 c m 。1 v 。h ( c h 3 ) 1 3 7 9 1 c m l6 ( s ) 3 化含物3 的合成及鉴定 装有回流冷凝管和c a c l ，干燥管，滴液漏斗的2 5 0 m l 三口瓶，先加入2 6 4 9 镁粉 和0 5 91 2 ，加热活化镁，而后加入8 m l 绝对无水乙醇 注1 和6 0 m l 绝对无水乙醚 注 2 1 ，搅拌引发反应后，再加入4 0 m l 绝对无水乙醚，待镁反应完全，然后从滴液漏斗 中滴加1 6 6 m l ( 0 11 m o l 丙二酸二乙酯 注3 】，8 m l 绝对无水乙醇及5 0 m l 绝对无水乙 醚的混合物，滴完后回流6 h ，搅拌下滴加1 9 0 9 ( 0 1 0 m 0 1 ) d - 龙脑酸的乙醚液，回流 4 h ，冰浴冷却，加1 0 h 2 s o 。酸化，乙醚萃取水层，醚层合并，水洗醚层，蒸馏除 去溶剂，得粗产物，粗产物为浅黄色油状液体。 向粗产物中加入4 9 m l 冰乙酸，1 0 m l 浓h 2 s 0 4 和3 0 m l h 2 0 ，回流4 8 h ，油浴温 度为1 4 0 0 c ，至硫酸有少许碳化，停止回流，置冰浴中冷却，用2 0 的n a o h 中 嗍 丁 o 勰 和，过滤，滤液用乙醚萃取三次，合并醚层，水沈，无水n a 2 s o 一干燥，常压除去溶 剂，减压蒸馏得1 4 3 9 无色透明液体，b p ：9 6 1 0 0 。c 1 4 t ， q 】。”+ 5 7 5 。( c1 0 0 c c i 。) ，产率8 5 7 。 注：1 绝对无水乙醇：试剂级无水乙醇加镁粉和少量碘处理，蒸馏时，除去l j f 2 5 m l 蒸馏液，收集7 8o c 的馏分，得9 9 9 5 的乙醇。 2 绝对无水乙醚：试剂级无水乙醚加钠砂回流1 2 小时后，在钠砂存在下蒸馏出 待用。 3 丙二酸二乙酯：试剂级丙二酸二乙酯加无水n a 2 s 0 4 固体，室温搅拌1 2 小时 后，过滤除去n a 2 s o ，减压蒸馏出待用。 图谱解析： h n m r ：2 0 5 p p m ( s ，3 h ，c o c h 3 ) 1 0 5 ，o 9 6 ，o 5 4 p p m ( s ，各3 h ，c h 3 ) o 7 2 0 7 8 p p m ( d ，3 h ，c h 3 ) i r ：2 9 6 2 2 c m 2 8 7 5 3 c m v c h ( c h 3 ) 16 9 9 3 c m v c 。o ( 酮) 1 4 5 7 3 e r a 。6c - ( a s ) 4 ，h d c m4 的合成及结构鉴定： 配有回流冷凝管，无水c a c i ，干燥管，滴液漏斗和氮气导入管的1 0 0 三口瓶， 加入o 7 5 9 镁粉，2 0 m l 绝对无水乙醚和o 5 9 ( 0 3 4 m 1 ) 溴乙烷及少许碘，反应引发 后，将其余溴乙烷 3 5 9 ( o 0 3 1 m o l ，2 4 m 1 ) 】的乙醚溶液慢慢滴入，滴完后回流到镁完 全反应，在冰浴冷却下滴入3 , 3 9 二异丙胺 注】乙醚溶液，搅拌半小时后，滴入 5 o g ( o 0 3 m 0 1 ) d - 1 乙酰基1 ，2 ，2 ，3 四甲基环己烷的乙醚溶液，搅拌一小时后，滴 入d - 龙脑酰氯，滴完后搅拌- , b 时，室温搅拌过夜。混合物用稀盐酸酸化，醚层 分离，水层用乙醚萃取，合并醚层，依次用饱和n a 2 c o ，溶液，n a c i 溶液洗涤，无水 n a ：s o 。干燥，常压蒸馏除去溶剂，得深黄色的油状粗产物。粗产物用柱层析分离 ( 洗脱剂：石油醚：乙醚= 5 0 ：1 ) ，得5 5 9 为略带黄色的晶体。在甲醇和乙醇的混 合物中重结晶，得5 0 9 白色晶体。产率5 0 。 主里型堂些- 术盔兰塑堂堡堡苎； 一 注：二异丙胺的处理：试剂级二异丙胺加入钠砂室温搅拌1 0 小时后，蒸，再加 n a i l 加热回流1 小时，蒸馏，收集8 0 0 c 的馏分。 图谱解析： 1 i n m r ：o 6 ，1 0 ，1 1 4 p p m ( s ，各6 h ，c c h 3 ) o 8 5 - 0 9 p p m ( d ，6 h ，c h c h 3 ) 5 6 3 p p m ( s ，1 h ，烯氢) 1 6 3 8p p m ( s ，1 h ，o h ) i r ： 3 4 4 3 6 c m v o - h ( 醇) 15 9 2 5 c m v c ：o ( 分子内氢键) 1 4 5 4 2 c m v c ：c ( 轭) 5 c u ( d c m ) ，5 的合成及鉴定 备有温度计，滴液漏斗和氮气导入管的2 5 0 m l 三口瓶，向瓶中加入0 6 9 n a 和 3 0 m l 甲醇【注】，金属钠反应完全以后，加入3 2 9 ( 0 0 1 t 0 0 1 ) h d c m 在6 0 m l c h 3 0 h 中的 混合物，4 0 0 c 搅拌0 5 h ，滴加入滤过的l g ( 0 0 0 5 m 0 1 ) 的c u ( o a c ) 2 h 2 0 的2 0 m l 甲醇 液，立即产生沉淀，4 0 0 c 搅拌2 h 。 冰水浴冷却，抽滤，得到蓝灰色固体，用甲醇洗涤两次，抽干，将其溶在正己 烷中，过滤除去不溶杂质，浓缩得到灰色粉末状固体3 3 9 ，产率9 6 ，i n p 2 5 2 - 2 5 4 0 c 【a 】”d + 2 1 7 ( c4 5 ，c 6 h 】4 ) 注：试剂级甲醇5 0 m l 放在5 0 0 m l 圆底瓶中，加入2 5 9 镁粉和o 2 9 碘，瓶上装上 端带有氯化钙干燥管的回流冷凝管，加热此混合物使镁完全溶解。待镁完全溶 解后，经冷凝管加入3 0 0 m l 甲醇。回流一小时后，然后蒸馏，除去前2 5 m l 蒸馏 液，得到9 9 9 5 的无水甲醇。 图谱解析： i r ：2 9 5 9 6 e r a 2 8 7 1 9 e c r u 。v c ( a s ) ( c h 3 ) 15 4 5 5 c m 。v c 15 0 3 5 c m v c 1 3 8 0 8 c m l 6c h ( s ) ( - c h 3 ) 旦型兰丝查尘登堡土兰笪堡塞一 第三节催化的不对称分子内环丙烷化反应 3 1 底物的合成及结构鉴别 我们是按照m e y e r s1 7 2 1 方法制备化合物( 3 ) 的。 c h p s 0 2 d + c h p 8 。州 苎q 1 2- c 6 h 6 ，r e f l u x 2 n 2 h 41 旦旦 o h n h 2 + o h c c o o h 蔓! z 竖2 l c h a s 0 2 n h n = c h c o c 】 ( 3 ) s 0 2 n h n h 2 + n 2 h 4h c s 0 2 n h n = c h c o o h ( 2 ) l ，对甲苯磺酰肼( 1 ) 的制各 在5 0 0 m l 三口瓶上安装温度计和滴液漏斗，瓶中放1 0 0 9 埘甲苯磺酰氯_ _ f | j1 7 5 m l 四氢呋哺，搅拌溶液并在冰水浴中冷却到1 0 1 5 0 c ，然后以保持温度为1 0 2 0 0 c 的速 度加入7 0 m l8 5 水合肼( 1 1l m 0 1 ) 的水溶液，加完后继续搅拌1 5 分钟，将反应混合 物转移到分液漏斗中，分出下层溶液，剧烈搅拌上层清亮的无色溶液，慢慢加入5 体积蒸馏水，分离出绒毛状白色针状晶体的对甲苯磺酰肼，过滤，用蒸馏水沈涤， 在空气中干燥，产量8 4 9 ，产率9 0 。m p 1 0 9 1 1 0 0 c 。 图谱解析： 。h n m r ：87 2 7 8 p p m ( m ，5 h ，c 6 h 4 ，n h ) 3 2 p p m ( b rs ，2 h ，n h 2 ) 2 3 8 p p m ( s ，3 h ，c h 3 ) i r ：3 3 8 7 2 c m l3 2 5 8 5 c m v n _ i i 生里型堂塾查盔堂婴主堂堡丝兰 2 ，化合物腙( 2 ) 的制备： 将2 3 0 9 ( 0 2 5 m 0 1 ) o h c c o o h h 2 0 溶在2 5 0 m l 的热水中，然后将4 7 0 9 p c h 3 c 6 h 4 s 0 2 n h n h 2 溶在1 2 5 m l 的2 5 m h c i 中，将上面的热水溶液加入盐酸中， 强烈搅拌下水浴加热，立即产生大量的白色沉淀，水浴加热4 小时后，停止反应， 溶液冷却，过滤，固体用冷水洗，在空气中干燥2 天，得粗产物4 4 9 , ，然后将粗的 固体溶在c c i 。c h ，c o o h 中重结晶，得白色棱柱状固体4 0 9 ，1 t i p 1 4 9 5 1 5 2 0 c 。 图谱解析 h n m r ( c d 3 s o c d 3 ) ：6 ii 7 5 p p m ( s ，1 i l ，c 0 0 1 | ) 7 1 - 7 8 p p m ( m ，6 h ，c 6 h 4 ，c h 2 ，n h ) 2 3 5 p p m ( s ，3 h ，c h 3 ) i r ( f i l m ) ：3 4 6 6 6 c m v 0 i ( 酸) 16 9 7 5 c m v c 。o ( 酸) 3 ，酰氯( 3 ) 的制备 在2 0 9 化合物( 2 ) 中加入1 1 0 m l 无水苯和1 5 m l s o c l ：，加热回流至溶液变成明 显的黄色，且反应瓶中只有极少量的悬浮物存在，停止反应，冷却，过滤得一澄清 的黄色溶液，减压蒸馏，除去溶剂，得到黄色固体，将少量的热苯加入该固体t 扎 充分搅拌，过滤，用冷的苯洗涤固体，以除去有颜色的杂质。将固体溶在热苯中， 加入石汕醚，析出大量白色固体，冷却，过滤，得酰氯1 3 9 ，用苯重结晶，得白色 晶体1 2 9 ，m p 1 0 5 11 0 0 c ，产率5 9 图谱解析： h n m r ( c d 3 c o c d 3 ) i r ( f i l m ) 87 3