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(化學工藝專業(yè)論文)(r)()苯甘氨醇衍生物的合成及催化.pdf.pdf 免費下載
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文檔簡介
摘要 本文以( 月) ( 一) 。苯甘氨酸為起始原料合成了( r ) ( ) 苯甘氨醇,收率8 6 5 。然 后光學純的( r ) ( ) 苯甘氨醇與潛手性的( 2 一羥基5 甲基苯基) 甲基酮( 2 a ) 、( 2 一 羥基一3 ,5 二甲基苯基) 甲基酮( 2 e ) 、( 2 羥基5 氯苯基) 甲基酮( 2i ) 、( 2 - 羥基3 , 5 一二氯苯基) 甲基酮( 2 1 ) 等反應轉化為相應的烯胺中間體,再用硼氫化鈉誘導還 原,得到十四種未見報道的( r ) ( 一) 一苯甘氨醇類手性配體:2 ( 1 1 - ( ( 1 r ) 一2 一羥基 一l 一苯基乙基) 氨基 乙基) - 4 一甲基苯酚( ( r ,回一4 a ) 、2 ( 1 回一l _ ( ( 1 j r ) - 2 - 羥基一1 一苯基乙基) 氨基】乙基4 ,6 二甲基苯酚( 俾,固4 e ) 、4 - 氯一2 - ( 1 印一1 【( ( 1 r ) 2 一羥基一1 一苯基乙基) 氨基1 乙基) 苯酚( ( r ,固- 4 i ) 、2 ,4 一二氯一6 一 ( 1 s ) 一l ( ( 1 r ) 一2 - 羥基- l 一苯基乙基) 氨基】乙 基) 苯酚( 僻,國4 1 ) 等,收率為7 1 6 8 6 3 ,d e 值9 5 2 1 0 0 o 。 將其中的兩種手性配體( 2 - ( 1 回- l _ ( ( 1 r ) 一2 - 羥基1 - 苯基乙基) 氨基 乙基卜4 - 甲 基苯酚( ( j r ,一4 a ) 、4 一氯- 2 一 ( 1 固- 1 - ( ( 1 j r ) 一2 一羥基l 苯基乙基) 氨基】乙基 苯酚 ( ( 且印4 i ) 和鹽酸反應生成相應的鹽酸鹽俾,固5 a 、 固5 i ) ,選擇合適的溶劑培養(yǎng) 出單晶,利用x 射線衍射技術測定了單晶的非氫原子的坐標及各向同性位移參 數;鍵長與鍵角參數;單品的3 d 結構與單晶的晶群立體俯視圖。通過對以上一 系列單晶的x 射線衍射數據分析確定了新手性中心的絕對構型為s 構型。利用 a m l 半經驗計算法對每一個不對稱誘導反應的兩種過度態(tài)進行量化計算,比較 兩種過度態(tài)能量的高低,推導出優(yōu)勢產物的絕對構型,從而為絕對構型的確定提 供了理論依據。 用手性氨基烷基酚化合物( r 研4 a h 作催化劑,催化丙二酸二乙酯對環(huán)己烯 酮的不對稱加成反應,收率5 4 6 9 2 2 ,e 息值3 0 6 7 7 。本文還考察了催化 劑用量和反應時間對催化反應的影響。研究發(fā)現隨催化劑用量增加,催化產物的 化學收率和e e 值都有所增加;延長催化反應的時間能顯著提高收率。優(yōu)化后的 反應條件為:手性配體:l i a l h 。= 1 :1 ;催化劑用量2 0 ;催化反應時間4 8 h 。 本研究中合成的各種中問體及最終化合物的結構均通過i r 、1 h n m r 和元素 分析得以鑒定。 關鍵詞:手性不對稱誘導不對稱m i c h a e l 加成對映選擇性 a b s t r a c t ( r ) 一( 一) - p h e n y l g l y c i n 0 1 w a s p r e p a r e d行o m ( r ) - ( 一) - p h e n y l g l y c i n e w i t has i r n p l e p m c e d u r e n l e nf o r t e e nn o v e lc h i 豫l 帥i n o a l k y l p h e n o l s ( ( r ,- 4 a 咄) w e r es y n t h e s i z e d b y s t e r e o s e l e c t i v er e d u c t i o nw “hn a b h 4o fc o r r e s p o n d i n gi m i n ed e r i v a t i v e sf r o m ( 月) 一( 一) 一 p h e n y l g l y c i n o l w i t h p r o c h i r a l2 一h y d r o x y 一5 一m e t h y l p h e n y la l k y l k e t o n e ss u c ha s ( 2 - h y d r o x y 一5 - m e t h y l p h e n y l ) m e i h y lk e t o n e ( 2 a ) ,( 2 - h y d r o x y - 3 ,5 一d i m e t h y l p h e n y l ) m e t h y l k e t o n e ( 2 e ) ,( 2 - h y d r o x y - 5 - c h l o r o p h e n y l ) m e t h y lk e t o n e ( 2 i ) ,( 2 h y d r o x y - 3 ,5 - d i c h l o r o p h e y l - p h e n y l ) 一m e t h y lk e t o n e ( 2 1 ) ,e ta 1 a 1 1c h j r a la m i n o a l k y l p h e n o l sw e r eo b t a i n e di ng o o d c h e m i c a ly i e l d s ( 7 1 6 8 6 3 ) a n dh i 曲d e v a l u e s ( 9 5 2 1 0 0 o d e ) u n d e rv e r ym i l d r e a c t i o nc o n d i t i o n s s i n g l ec r y s t a l so f ( 兄- 5 aa n d ( 月,固一5 ec r y s t a l l i z e d 矗o mi s o p r o p a n o l e t h y la c e t a t e s o l v a t e , a n dt h e i rs t r u c t u r ew e r ed e l e 訂n i n e d b yx - r a yd i 箭a c t i o n n l ea b s o l u t e c o n j j g u r a t i o no ft h e i rn e ws t e r e o g e n i cc e n t e rw a sd e t e 叻i n e dt ob esc o n n g u r a i i o n ,行o m w h i c ha b s o l u t ec o n 6 9 u r a t i o n so f c h i r a l l i g a n d ( 尺,回一4 a nw e r ei n f e r r e d b yc a l c u l a t i n gt 1 1 e t o t a l e n e r g yo ft h et r a n s i t i o n s t a t ew i t ha ml s e m i - e x p m c a lm e t h o d ,t h ea b s o l u t e c o n f i g u r a t i o no ft h en e ws t e r e o g e n i cc e n t e rc a na l s ob ei n f c r r e d t h ec a c a l y t i c a c t i v i t yo ft h e 鋤i n o a l k y l p h e n o l sw a se x a m i n e df o rt h ea d d i t i o no f d i e t h y lm a l o n a t et oc y c l o h e x e n o n e ,r e s u l t i n gi nm o d e r a t et og o o de n a n t i o s e l e c t i v i t i e s ( 3 o 6 7 7 e e ) a i l dh i 曲y i e l d s ( 5 4 6 2 2 ) t h ee f r e c t i v ef a c t o r s s u c ha sr e a c t i o n t e m p e r a t u r e ,r e a c t i o nt i m ea j l dt h e 鋤o u n t so fc h i r a lc a t a l y s tw e r es t u d i e di nt h i sp 印e li t w a sa l s of o l l i l dt h a tt h ee n a l l t i o s e l e c t i v i t yo fm er e a c t i o nw a se f 詫c t e dm a i n j yb yc h j m l c a t a l y s ta i l dt h ea r y ls u b s t i t u e n t so nt h es u b s t 豫t e s t r u c n l r e so fa l li n t e m l e d i a t e sa n dt e h n i n a lp r o d u c t sp r e p a r e di nm i sp a p e rw e r e c o n f i n n e d b yi r ,1 h n m r a 1 1 de l e m e n ta 1 1 a l y s i s k e yw o r d s :c h i r a l i 如a s y m m e t r i ci n d u c t i o n e n a n t i o s e i e c t i v em i c h a e la d d i t i o n s t e r e o s e i e c t i v i t y i i 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在導師的指導下,獨 立進行研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外,本論文不 包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研 究作出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本人完 全意識到本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名塑日期:蘭! 墮蘭竺 關于學位論文使用授權的聲明 本人完全了解濟南大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定,同意學校 保留或向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版,允許論文被 查閱和借鑒;本人授權濟南大學可以將學位論文的全部或部分內容編入 有關數據庫進行檢索,可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文和 匯編本學位論文。 ( 保密論文在解密后應遵守此規(guī)定) 論文作者簽名:絲導師簽名:撇日期:鰳多厶忉 【 濟南大學碩士學位論文 第一章前言 手性是自然界生命物質的基礎特征之一,因此動植物以及人體都具有精確的手 性物質識別能力。2 0 世紀6 0 年代末,由于服用消旋體的藥物“反應停”作為鎮(zhèn)痛 藥或止咳藥,在歐洲妊娠婦女中造成了大量胚胎畸形慘劇。之后人們才發(fā)現有些藥 物只有一種對映體有治療作用,而另一對映體沒有藥效甚至有毒副作用?!胺磻!?中的( r ) 酞胺吡咯酮( ( r ) t h a l i d o m i d e ) 具有鎮(zhèn)靜作用,相應的( 町一異構體卻會導致新 生兒畸形。再如,萘普森( n a p r o x e n ) 和布洛芬( i p r o f e n ) 都是良好的非甾體消炎鎮(zhèn)痛 藥,雖然它們的兩種對映體都有藥效,但( 回一異構體的藥效比( r ) 異構體分別高3 5 倍和2 8 倍;l 多巴( l d o p a ) 是治療帕金森病的良藥,但其對映體卻有嚴重的毒副作 用。 由于手性物質對學術研究和藥物研制的重要意義,獲得手性藥物為目的的研究 己成為有機化學最為引人注目的領域之一。目前使用化學手段得到手性藥物及其中 間體的方法主要有:外消旋體的拆分、手性源合成、手性輔助試劑法和手性催化等。 外消旋體拆分,既費錢費力又非環(huán)境友好。而手性催化法因催化效率高,反應過程 經濟且環(huán)境友好等而更受重視川。 二十世紀中期,日本科學家野依良治和美國科學家夏普雷斯用氫化反應催化劑 分別實現了光學異構體的不對稱合成,從而改變了自有化學合成以來的所有化學合 成方法,在化學界和化工企業(yè)界產生了巨大影響,并在2 0 0 1 年獲得了諾貝爾化學 獎。 在諸多的不對稱合成催化劑中,手性氨基醇受到廣泛關注。手性氨基醇是一類 可由氨基酸還原得到的光學活性物質。由于它具有適合的配位原子( 氨基、羥基) , 在和金屬原子反應生成配合物時,能夠較方便地控制配位數和立體構型,提高配合 物的剛性,從而在催化和誘導多種類型的不對稱反應中表現出優(yōu)良的性能b 4 j 。 手性氨基醇類配體通過與過渡金屬配位后,可以不對稱催化氫化c = c 、c = o 和 c = n 鍵,分別用于制備手性氨基酸、手性醇和手性胺。手性氨基醇與硼烷形成的詠 唑硼烷催化劑對潛手性酮的還原( c b s 方法) 具有非常高的立體選擇性【6 】,c o r e y 等 報道的手性環(huán)狀嗯唑硼烷催化劑是這類催化劑的典型代表1 - 3 【7 】。 3 r = h ,m e ,n - b u ,p h 由于氨基能夠活化二乙基鋅,使用手性氨基醇誘導催化二乙基鋅對醛的不對稱 加成反應取得了很高的e e 值吲。其中s o a i 等合成的手性氨基醇( 1 s 2 r ) d b n e4 、 ( 固一d p m p m5 以及6 最具有代表性,得到了l o o e 息【9 】。用于不對稱r c f o h n a t s k y 反應也能得到很好的結果1 1 ,12 1 。 n :興。 g “o + 6 蘭州大學王銳等分別合成了脯氨醇配體7 ,s i b i 等從l 絲氨酸合成了氨基 醇8 和9 。鄭州大學吳養(yǎng)潔等合成了系列氨基醇配體1 0 1 4 。將這些含手性仲氨基 的氨基醇作為配體應用于催化二乙基鋅對醛的加成反應,其中部分配體能取得了較 好的催化結果。 “。、,7:“。 7 ,3 6 e 息 8 ,1 0 e e 9 ,1 2 e e 1 0 ,2 5 e e ”:一n “ 9 9 e e ) 【1 7 】,氮雜環(huán)丙烷化反 應( 9 7 e e ) 【1 8 】。與金屬配合后可以應用于不對稱d i e l s a l d e r 反應眇2 “,潛手性烯 烴【2 2 、潛手性酮【2 3 】的還原和鈀催化的不對稱1 ,3 加成【2 4 等反應。 1 7 1 8 也有報道手性氨基醇能有效催化1 ,3 二羰基化合物的不對稱m i c h a e l 加成反 應【2 ”。s h i b a s a i ( i 深入研究了兩金屬原子中心的手性催化劑。從l i a l h 4 和b i n o l 制備的手性配體( r ) a l b2 0 ,其結構通過x 一射線衍射得以確認。當催化劑的用量為 0 3 時,丙二酸二乙酯對環(huán)己烯酮的不對稱m i c h a e l 加成反應的e e 值為9 9 【2 8 j 。 在s h i b a s a l ( i 提出的可能的催化機理中,環(huán)己烯酮與鋁原子優(yōu)先配位,然后再和烯 醇的鋰鹽發(fā)生加成反應。手性配體( j r ) a l b2 0 也可以高效地催化a 1 d o i 反應( 9 1 e e 1 。 凸烀叩。豢文咐叩。 凸仙_ p 。、 1 9 ( 月) 一a l b ,2 0 不對稱m i c h a e l 加成反應已經被成功地應用與合成g u b i f o l i d i n e2 l 2 9 】和 c o m n a f 如i ca c i d2 2 【3 0 】以及前列腺素( 1 l d e o x y p g f lo ) 2 3 【3 l 】。 2 l2 2 手性金屬配合物中的二醇結構對催化劑的立體選擇性有重要的作用。 s u n d a r a r a j a n 和m a n i c k a m 用c 2 對稱性的手性氨基二醇2 4 替代b i n o l ,與l i a l h 4 反應形成六配位的化合物2 6 ,取得了理想的催化效果【3 2 j 。而c h o u d a r y 等合成的手 性配體2 5 由于較難形成類似2 6 結構的配合物,僅取得了很低的e 息值【3 3 】。 濟南大學碩士學位論文 0 + c h :( c o :r ,) :型坐坐些 t m 5 h r l = e t ,t b u 、八i 、艫帥、t 3 。3 。講m m 、l 2 4 :r = b n 9 4 e e n - 羰基酯也可以和環(huán)烯酮發(fā)生m i c h a e l 加成反應,其產物的e c 值達9 1 【3 4 】。 部分生物堿也能催化這個反應,缺點是反應異常緩慢,例如使用金雞納啶做催化 劑,需要反應5 0 0 小時才能達到8 8 的化學收率。a n g e l o 等人使用樹脂固載的 奎寧類催化劑2 8 催化2 一氧代環(huán)戊基甲酸乙酯對直鏈烯酮的m i c h a e l 加成反應得到 了8 7 的e e 值和8 5 的收率 36 1 。 r o 。 _ _ ,c o oe i 2 7 ,9 1 e e : 2 8 p f a l t z 等人合成了具有c 2 對稱結構的雙酰胺2 9 。他們用2 9 和c o ( i i ) 催化丙二 酸二烷基酯對查爾酮的加成反應取得了中等程度的e e 值,但是收率較低【3 7 】。 扶 ( r ) - ( - ) - 苯甘氨酵衍生物的合成與催化 ,。人八一吼:。焉等 r = e t ,7 5 e e ;r = i p r ,8 2 e e ;r = t - b u ,8 9 e e ; 2 9 文獻報道,雙唑啉衍生物3 0 在丙二酸二烷基酯對2 硝基苯乙烯的不對稱m i c h a e l 加成反應中表現出了良好催化效果,得到了較高的e e 值。 0 2 。p “+ c 。t ,m g ( o t 0 2 n r l = m e ,c h m e ;r 2 = o e t ,0 e t ;2 9 9 5 e e 3 0 綜上所述,具有氨基醇等結構的手性配體的設計、合成及其在不對稱催化中的應 用得到愈來愈多的重視。由于手性氨基醇類配體原料來源廣泛、便于合成,在某些方 面表現出很強的實際應用價值40 1 。 m i c h a e l 加成反應在有機化學中占有重要的位置,通過m i c h a e l 反應,可以構 建新的手性分子骨架。因此,人們對相關催化劑和反應進行了大量的研究,并不斷 有新的手性氨基醇配體催化m i c h a e l 加成反應的報道,但大多數催化劑的催化效果 都不是很理想。因而開發(fā)具有廣泛底物適應性的手性催化劑并應用于催化m i c h a e l 加成反應仍具有重要意義【4 ”。 具有較強配位能力的手性氨基烷基酚,在結構上和手性氨基醇具有類似性,從 理論上說,應該具有較好的不對稱催化作用,但是由于其合成上的困難,到目前為 止:其應用于不對稱催化的報道很少【4 2 j3 1 。 為了尋找具有廣泛的底物適應性的手性催化劑配體,本研究從( r ) ( ) 苯甘氨醇 衍生出十四種新的手性催化劑,這些化合物同時兼有手性氨基醇和手性氨基酚的結 構,具有兩個手性碳原子和較大的空間位阻,并且還可以通過變化酚羥基和氨基附 近手性碳原子上取代基團的大小,來改變其剛性結構,從而增強其不對稱信息的傳 遞。其結構如下: 6 濟南大學碩士學位論文 其中: ( 1 ) r l2 m e ,r 2 = h ,r = m e ,e t ,p h ,b n ( 2 ) r l = m e ,r 2 = m e ,r = m e ,e t ,p h ,b n ( 3 ) r i = c l ,r 2 = h ,r = m e ,e t ,p h ( 4 ) r l = c l ,r 2 = c 1 ,r = m e ,e t ,p h 1 ( 療) _ 【- ) 苯甘氮醇衍生物的合成與催化 參考文獻 【1 】周維善,莊治平著不對稱合成 m 科學出版社,1 9 9 7 。 【2 】 f a b i e 眥ef a c h e ,e m m a n u e l l es c h u i z ,m l o r r a i n e t o m m a s i n o ,e t a 1 n i t r o g e n - c o n t a i n i n g l j g a n d sf o ra s y m m e t “ch o m o g e n e o u sa n dh e t e r o g e n e o u sc a t a i y s i s j 】c h e m r e v - 2 0 0 0 , 1 0 0 : 2 1 5 9 - 2 2 3 1 【3 1 王斌,王皆勝制備l 2 氨基丙醇的生產工藝 p 】c n :1 3 5 7 5 3 4 ,2 0 0 1 。 【4 1 k l “st h e w a l t ,g u n t e rb i s o n ,h e i n ze 鵲e lp r o c e s s 佃。t h ep r e p a r a t i o no f2 - a m i n o - p r o p a n e d i o l 1 ,3 ( s e r i n 0 1 ) 【p 】u s :4 4 4 8 9 9 9 ,1 9 8 4 【5 】m a r i ad r o z w a d o w s k aac o n c j s es y n t h e s i so f ( r ) ( + ) 一p h e n y l a l a n i n o lf r o m ( 1 s ,2 s ) - ( + ) t h i o m i c a r n i n e 【j 】,;t e t r a l l e d r o n :a s y m m e t r y ,1 9 9 8 ,9 :1 6 1 5 一1 6 1 8 【6 】林國強,陳耀全,陳新滋等著手性合成不對稱反應及其應用??茖W出版社,2 0 0 0 。 【7 】c o r e ye _ j ,h e l a lc j r e d u c t i o no fc a r b o n y ic o m p o u n d sw i i hc h i r a lo x a z b o r o l i d i n ec a c a l y s t s :a n e wp a r a d i g mf o re n a n t i o s e l e c t i v ec a t a l y s i sa n dap o w e r f u in e w s y n t h e t i cm e t h o d j 】a n g e wc h e m i n t e d e n 掣,1 9 9 8 ,3 7 ( 1 5 ) :1 9 8 6 2 0 2 1 【8 】j o n e stk ,m o h a nj j ,x a v j e rl c ,e a l a na s y m m e t r i cs y n 【h e s i so f m k 0 4 1 7 o b s e r v a i l o n so n o x a z a b o m l i d i n e - c a t a l y z e dr e d u c t i o n s j j o 唱c h e m ,1 9 9 l ,5 6 ( 2 ) :7 6 3 - 7 6 9 【9 】c o r e ye j ,i m a in o b u y u k i ,z h a n gh o n gy u e d e s i g n e dc a t a i y s if o re n a n t j o s e l e c t i v ed i e l s a l d e r a d d i t i o nf r o mac 2 - s y m m e i cc h i r a 】b i s ( o x a z o l i n e ) - i r o n ( i i i ) c o m p l e x j 】j a m c h e m s o c ,1 9 9 l , 1 13 ( 2 ) :7 2 8 7 2 9 , 【l o 】e v a n sd a ,w o e r p e lk a ,h i n m a nm m ,e t a i b i s ( o x a z o l i n e s ) a sc h i r a li j g a n d si n m e t a l 。c a t a l y z e da s y m m e t r i cr e a c i i o n s c a t a l ”i ca s y m m e t r i cc y c i o p m p a n a t i o n o fo i e n n s j 】 j a m c h e m s o c ,1 9 9 l ,1 1 3 ( 2 ) :7 2 6 7 2 8 【1 1 】s o a ik ,o o k a w aa ,k a b ate ta 1 c a t a l y t i ca s y m m e t ci n d u c t i o n h i g h l ye n a n t i o - s e l e c t i v e a d d j t j o no f d i a l k y l z i n c sl oa l d e h y d e su s j n gc h i r a lp y r m l i d i n y l m e t h a n o l sa n dl h e i rm e t a ls a l t s j 1 j a m c h e m s o c ,1 9 8 7 ,1 0 9 ( 2 3 ) :7 1 1 1 7 1 1 5 【1 2 】b e d e k a ra v ,k o r o l e v aeb ,a n d e r s s o np q i n v e s t i g a t i o no ft h ee f r e c t so ft h es t r u c t u r ea n d c h e i a t es i z eo fb i s - o x a z o l i n el i g a n d si ni h ea s y m m e t r i cc o p p e 卜c a t a l y z e dc y c l o p r o p a l l a l i o no f o i e f l n s :d e s i g no f a n e w c l a s so f l i g a n d s j j o 唱c h e m ,1 9 9 7 ,6 2 ( 8 ) :2 5 1 8 - 2 5 2 6 【1 3 】y a n g ,x s h e n ,j d a c e ta 1 c h j r a 】p y r r o i i d i n ed e r i v a i i v e sa sc a t a l y s t si nt h ee n a n t i o s e i e c l v e a d d i t i o no f d i e t l l y l z i n c t oa l d e h y d e st e t r a l l e d r o n :a s y m m e 竹1 9 9 9 ,1 0 ,1 3 3 - 1 3 8 【1 4 】s i b i ,m u k n n dp ;c h e n ,j i a n - x i e ;c o o k ,g r e g o r yr ;r e v e r s a lo f s t e r e o c h e m i s t r yi nd i e t h y i z i n c - 8 濟南大學碩士學位論文 a d d i t i o nt oa l d e h y d e sb yas i m p l ec h a n g eo f t h eb a c k b o n es u b s t i t u e n li nl s e n ed e r i v e dl i g a n d s t e t r a l l e d r o nl e t t 1 9 9 9 ,4 0 ,3 30 1 - 3 3 0 4 【1 5 】( a ) w u ,y a n 鰣j e ;y u n ,h o n g y i n g ;w u ,y i 】s h e n g ;d i n g ,e ia 1 s y n l h e s i so fn d - 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