钯铑双金属催化烯丙基化反应研究

发布时间：2020-11-14 22:37

　　 在过去的几十年里,单一催化反应体系被广泛研究并成功地用于大量新反应的催化合成,其催化的反应类型较为广泛而且其反应机理的研究也较为清晰。在最近十多年里,钯铑双金属催化反应作为一种高效的合成策略,逐渐被合成化学家所青睐。它能够实现传统单一催化体系难以发生、而又不能获得的反应转化,能够以理想的选择性形成具有新颖骨架结构与底物。本论文研究了钯铑双金属协同催化和钯铑不对称延迟双催化及其反应机理。在该研究论文中,结合铑催化卡宾前体形成的铑卡宾与钯催化烯丙基酯形成的π-烯丙基钯酸根离子对这两种高反应活性中间体,基于钯铑催化剂的兼容性和钯铑双催化反应的概念,设计不同底物应用于不同反应类型,以拓宽钯铑双催化反应体系在有机合成中的应用。本论文主要研究钯铑协同双催化和钯铑不对称延迟双催化,主要内容分如下两部分:1.钯铑协同双催化,是相互兼容的钯铑双金属同时独立催化活化亲核试剂与亲电试剂,分别形成被活化的活性物种,进而相结合形成产物的过程。本课题设计的钯铑协同协同催化反应,是基于铑催化N-磺酰基-1,2,3-三氮唑形成的α-亚胺铑金属卡宾与钯催化烯丙醇酯形成的π-烯丙基钯复合物这两种活性中间体。在该钯铑协同双催化反应体系的研究中,选用N-(4-甲基苯磺酰)-1,2,3-三唑与苯甲酸烯丙酯作为模板反应底物,经过对铑催化剂、配体、钯催化、反应溶剂等反应条件的筛选和考察,确定了该反应的最佳反应条件。并在最佳反应条件下,以23-89%的产率,立体专一的合成了47个(Z)-构型多取代烯胺产物。反应机理研究表明,Pd(0)/xantphos催化体系不仅能催化底物形成目标产物,但在过度延长反应时间时也会进一步催化目标产物发生转化重排,使得反应产率降低甚至的得不到目标产物,该反应对反应时间敏感。2.β-内酰胺是一类具有重要生理活性的母体骨架结构,在药物化学领域具有重要作用。在中的内酰胺合成方法中,含有手性季碳的β-内酰胺的合成一直以来都是很有挑战性的课题。本课题结合钯铑双催化反应体系,设计钯铑不对称延迟双催化体系,用于含有手性季碳β-内酰胺类化合物的合成研究。首先选用N-苄基-N-叔丁基苯甲酰乙酰胺重氮与烯丙醇碳酸酯作为模板反应底物,分别对反应使用的配体、溶剂、钯催化剂、铑催化剂等反应条件进行筛选和考察,最后确定了该钯铑不对称延迟双催化反应的最佳反应条件。并在最佳反应条件下,使用不同取代的烷基重氮和不同的烯丙基碳酸酯试剂,以优秀的产率(up to 99%)和立体化学选择性(up to 99:1 dr,up to 98%ee),合成了38个含有手性季碳双手性中心的β-内酰胺类化合物。反应机理研究表明,该反应是先经历铑催化的不对称苄位C-H插入反应,再接力串联钯催化的烯丙基化反应,从而实现含有手性季碳的β-内酰胺类生物活性化合物的合成。而且反应的手性控制决定于铑催化的不对称C-H插入反应,钯铑双催化反应体系有促进铑催化C-H插入反应转化的作用。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O621.251
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 钯铑双金属催化与铑金属卡宾化学综述
    第一部分 钯铑双金属催化文献综述
        1.1 双金属催化的作用和特点
        1.2 双金属催化体系所面临的问题
        1.3 钯铑双金属催化体系在有机合成中的应用
            1.3.1 Pd（0）/Rh（I）双金属催化
            1.3.2 Pd（Ⅱ）/Rh（I）双金属催化
            1.3.3 Pd（0）/Rh（Ⅱ）双金属催化
            1.3.4 Pd（0）/Rh（Ⅲ）双金属催化
        1.4 对钯铑双催化的小结与展望
    第二部分 铑金属卡宾化学综述
        2.1 金属卡宾简介
        2.2 α-亚胺铑卡宾的形成和在有机合成中的应用
            2.2.1 N-磺酰基-1,2,3-三唑的合成方
            2.2.2 α-亚胺金属卡宾在有机合成中的应用
                2.2.2.1 铑卡宾在含氮杂化合成中的应用
                2.2.2.2 铑金属卡宾的对映立体选择性环加成
                2.2.2.3 金属卡宾的对映立体选择性芳基化反应
                2.2.2.4 金属卡宾参与的环扩增及其1,2-迁移反应
        2.3 铑催化烷基重氮在C－H插入官能化反应中的应用
            2.3.1 铑催化的C－H插入反应
            2.3.2 铑催化分子内苄位C－H插入反应有机合成中的应用
        2.4 小结
    第三部分 研究课题的讨论与确立
        3.1 选题背景与理论依据
第二章 分子间钯铑协同双催化反应及其反应机理研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂和实验仪器
            2.2.1.1 实验试剂原料
            2.2.1.2 实验仪器
        2.2.2 反应原料的合成与制备
            2.2.2.1 N-Ts-1,2,3-三氮唑（1a）的合成方法
            2.2.2.2 烯丙醇酯与烯丙醇碳酸酯的合成方法
        2.2.3 Rh（II）/Pd（0）协同双催化的反应研究
            2.2.3.1 Rh（II）/Pd（0）协同双催化的反应条件筛选与优化
            2.2.3.2 .Rh（II）/Pd（0）协同双催化的反应底物拓展
        2.2.4 Rh（II）/Pd（0）协同双催化反应机理研究
            2.2.4.1 控制对照实验
            2.2.4.2 同位素标记实验
        2.2.5 Rh（II）/Pd（0）协同双催化可能的反应机理
        2.2.6 反应选择性控制实验以及产物的转化应用实验
            2.2.6.1 反应选择性控制实验
            2.2.6.2 产物的转化应用实验
    2.3 化合物的结构表征数据
    2.4 化合物4ha与5ad的X-Ray及其数据:
    2.5 结果与讨论
    2.6 结论
第三章 钯铑双催化合成含手性季碳的β-内酰胺与反应机理研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂和实验仪器
            3.2.1.1 实验试剂原料
            3.2.1.2 实验仪器
        3.2.2 反应原料的合成与制备
            3.2.2.1 手性铑催化剂的制备
            3.2.2.2 烯丙基试剂的制备
            3.2.2.3 苯甲酰乙酸乙酯的水解
            3.2.2.4 烷基重氮化合物的制备
        3.2.3 Pd（0）/Rh（Ⅱ）不对称双催化的反应条件筛选与优化
            3.2.3.1 手性铑催化的不对称C－H插入反应条件筛选
            3.2.3.2 Pd（0）Rh（II）不对称双催化的反应条件筛选与优化
            3.2.3.3 反应底物适应性考察
            3.2.3.4 反应机理研究
            3.2.3.5 叔丁基的脱除实验
    3.3 原料烷基重氮与内酰胺类化合物的结构数据表征
    3.4 化合物3aa与6aa单晶结构数据
    3.5 实验结果与讨论
    3.6 小结
第四章 本文研究结果与讨论
    4.1 结果
    4.2 讨论
    4.3 创新之处
    4.4 对未来的发展与展望
参考文献
附录
致谢
作者简介

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本文编号：2884026