新型手性双胺配体的构建及其在水相不对称催化反应中的应用

为实现绿色化学高效、高选择性和低污染的研究目标，本项目以L-酒石酸、丙二酸乙酯、D-甘露醇等为原料，设计合成三类结构新颖的手性1,2-，1,3-和1,4-双胺配体，与铑、钌、锌等过渡金属配位得到系列适于水相Mannich反应、Michael加成、Hnery反应和Knoevenagel缩合等不对称催化反应的手性催化剂。本项目构建的双胺配体具有骨架刚性和结构可调性，与金属配位形成稳定结构。预期催化活性高，手性诱导能力强，适于水相反应。通过研究：①有望获得高催化活性、高立体选择性和性能稳定的手性双胺催化剂；②实现水介质中C-C键形成的不对称催化反应；③归纳总结出一些双胺配体、金属、底物之间结构与反应活性、对映选择性的关系，初步揭示手性诱导作用规律，为进一步开发适于水相反应的新型双胺配体提供思路和理论依据；④探索双胺催化剂的回收和再利用，降低反应成本，为水相不对称催化反应的工业化应用奠定基础。

高效、高选择性和低污染是绿色化学的研究方向。本项目以D-甘露醇、L-酒石酸等为初始原料，设计合成了6个新型手性胺衍生物催化剂，其结构经由IR、1H NMR、13C NMR、HR-ESI-MS鉴定正确。将其直接应用于不对称催化反应，或与铜、锌、铁等过渡金属配位，原位生成配合物催化剂应用于不对称Hnery反应、Aza-Henry反应、Michael加成和Aldol缩合等反应中，总体催化效果较好。在最佳反应条件下，Henry反应的最高收率95%，对映选择性87%ee；并且，该类催化剂性能稳定，对空气和水不敏感，在甲苯/水混合溶剂、饱和盐水、甚至纯水中也能取得良好的催化效果，最高收率83%，ee值88%，dr值95:5。在Aza-Henry 反应中，L3显示出较好的催化结果，其化学收率为20%，对映选择性为35%ee。在不对称Michael加成反应中，L3同样表现出较好的催化结果，化学收率为65%，对映选择性为ee。在不对称Aldol反应中，虽然收率能达到55%左右，但对映选择性很低，不到5%ee。我们推断在该类催化体系中，催化剂的硫脲部分可与苯甲醛类底物形成氢键，催化剂中的叔氮能活化硝基烷烃，协同活化反应底物，产生手性诱导作用，促进了整个反应的顺利进行。令人遗憾的是按标书设计的1,2-双胺、1,3-双胺催化剂未能合成成功，主要是关键中间体1,2-双叠氮物的合成未能取得突破，尽管使用多种方法、尝试多个试剂均未打通关键步骤，本项目开展的研究工作为手性双胺催化剂的设计与合成提供借鉴和参考。