文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
氨基酸衍生物在催化的不对称Henry反应中的应用研究
姓名:赖国银
申请学位级别:博士
专业:有机化学
指导教师:汪志勇
2011-05-01
摘要
摘要
Henry 反应,又称为 nitroaldol 反应,是一个经典的人名反应;是有机合
成中一类重要的碳碳键构建反应;是亲核试剂硝基烷烃对亲电试剂羰基化合物
加成的反应。Henry 反应的产物β-硝基醇可以经过进一步转化而生成合成上具
有重要意义的很多中间体,比如还原可以生成β-氨基醇、氧化生成羰基化合物
等,这些中间体在很多天然产物和药物合成中具有重要的意义。不对称 Henry
反应的研究相对于不对称 aldol 反应的研究来说落后很多。虽然催化的不对称
Henry 反应自 1992 年的以后有了长足的发展,但是目前还存在很多的不足,比
如,催化剂合成昂贵困难;反应条件苛刻;反应的机理方面的研究比较少;催
化的水相不对称 Henry 反应几乎没有报道;亲核试剂大多集中于硝基甲烷等。
因此发展有效的不对称 Henry 反应的催化剂是很有必要的。氨基酸是重要的天
然手性源,本研究以氨基酸为起始原料,从以下四个方面对催化的不对称 Henry
反应进行了系统研究:
1. 手性 Schiff-base-Cu2+催化的不对称 Henry 反应的研究
基于我们课题组前期的工作的研究,我们以天然的苯丙氨酸作为起始原料,
通过合成不同的水杨醛衍生物,设计合成了一系列的不同取代基的手性
Schiff-base 配体。催化的不对称 Henry 反应的效率通过酚环上的取代基的修
饰得到了改进。这类催化剂的合成过程简单,所有的原料均便宜易得,不同的
底物都得到了很好的结果,67-91%的收率,81-96%的 ee 值。
2. 基于手性 Schiff-base-Cu2+催化的不对称 Henry 反应的理论研究
我们对手性 Schiff-base-Cu2+催化的不对称 Henry 反应进行了研究并提出
了一个可能的催化循环,通过理论计算的方法对催化循环进行了模拟。理论计
算的结果和实验结果吻合的很好。我们对计算得到的中间体和过渡态的结构和
能量分析,发现了反应的决速步骤是生成硝基烷烃负离子的步骤,和很多工作
者提出的假设一致;而 C-C 键生成过渡态中,优势过渡态结构和 D. A. Evans
提出的 B-1 模型吻合。
3. 手性三级胺-Cu2+催化的不对称 Henry 反应
根据理论计算的结果,我们推测在催化剂中增加一个五元环可能可以提高
催化剂的催化活性;酚环上需要增强吸电子性从而增加 Lewis 酸中心 Cu 的酸性。
基于这两点假设,我们从天然氨基酸 proline 出发,合成了带有三氟甲基取代
基的三齿配体。新的催化体系能很好的促进水相的不对称 Henry 反应,应用于
不同种类的醛,得到的 ee 值大部分在 95%以上。这个催化体系还能容忍特殊底
物如商业上以 40%水溶液卖的乙醛、带有羟基的醛。我们利用这个催化体系成
I
摘要
功的合成了(S)-N-trans-阿魏酰基章鱼胺,没有涉及任何的保护或脱保护步骤。
4. 手性三级胺-Cu2+催化的 anti-选择性的不对称 Henry 反应
我们将新设计合成的手性三级胺配体成功应用于非对映选择性的不对称
Henry 反应中。硝基烷烃可以是硝基乙烷或硝基丙烷。用于 19 中不同种类的醛,
dr 值大部分在 15:1 以上(芳香醛的 dr 值均在 20:1 以上),ee 值大部分在
95%以上。
关键词:Henry 反应不对称 Schiff-base 理论研究水相三级胺非对
映选择性
II
Abstract
ABSTRACT
Known as one of the important C-C formation reactions, Henry reaction, also
named as the nitroaldol reaction, is a classical named reaction which is the addition
of the nucleophilic nitroalkanes to the electrophilic pounds. The
product of this reaction, β-nitro alcohol, can be converted to versatile useful
synthons, such as, reduction to β-amino alcohol, oxidation to