有机硼取代环丙烷酯的不对称制备及转化研究

The organoboron substituted cyclopropane carboxylates has extensive application in many fields such as organic chemistry and material science because of its special structural formula which combines the organoboron group and cyclopropane skeleton together into one molecule. However, the asymmetric synthesis of this kind of organoboron substituted cyclopropane carboxylates was quite rare. We used to pursue our studies on the synthesis of functionalized cyclopropane carboxylates and their further conversions. As a continue of our previous work, this project is aimed to the enantioselective preparation of organoboron substituted cyclopropane carboxylates and its transformation. It contains the following two parts: The first and most important part is to find an optimal catalytic system which can ensure the efficiency and selectivity during the preparation of organoboron substituted cyclopropane carboxylates through asymmetric cyclopropanation of boronic alkenes with diazo esters; In the second part, we will focus on the transformation and application of the organoboron substituted cyclopropane carboxylates which covers three aspects: a) preparation of other chiral functionalized cyclopropanes based on the reaction and transformation of organoboron group; b) reactions based on the ring opening of cyclopropane; c) the potential use of this kind of organoboron cyclopropane in chiral ligands’ design and organocatalysis.

有机硼取代的环丙烷酯将有机硼与环丙烷骨架结合于同一分子中，其在有机合成及材料学等领域有非常重要的应用，关于其不对称制备方法存在选择性不高以及底物普适性受限的问题。本项目拟延续申请人之前在杂原子取代环丙烷酯的不对称制备及转化研究方面的工作，进一步将此方法应用于手性硼基取代环丙烷酯的制备及转化研究。具体工作分为两个部分：第一部分是本项目工作的重点，即寻找合适的反应体系，以烯基硼酸酯与重氮化合物的不对称环丙烷化反应完成手性硼基取代环丙烷酯的高效高选择性制备；第二部分，即硼基取代环丙烷酯的转化与应用研究，包括三个方面:a)基于有机硼的化学转化去制备用常规手段难以制备的环丙烷衍生物；b)基于环丙烷酯的开环反应构建天然产物中有用的杂环骨架；c)尝试将合成的手性有机硼取代环丙烷酯作为有机小分子催化剂或配体用以催化其他反应。

本项目主要开展了有机硼取代环丙烷酯的不对称制备与转化研究。项目的核心部分是发展了一种高效高选择性制备手性硼酸酯取代环丙烷酯的方法。以烯基硼酸酯和重氮酯为底物，通过反应条件优化，确定了以Rh2(S-PTTL)4为催化剂，催化剂用量为0.2 mol％、反应温度为5℃、正己烷为溶剂的最佳反应条件。在上述条件下，成功制备了21种手性硼酸酯取代环丙烷，该反应显示出良好的官能团相容性，大多数底物ee高达99%，所有底物的非对映选择性均可得到有效控制，只得到单一异构体。研究表明：在Rh2(S-PTTL)4催化体系中，芳基类烯基硼酸酯和芳基乙酸型重氮酯的反应可以获得相对构型和绝对构型得到双重控制的产物，而重氮乙酸乙酯及烷基类烯基硼酸酯的反应不能有效进行，根据上述实验结果对该反应体系的立体化学控制机制进行了探讨分析。. 项目第二部分主要开展了以（1S，2R）-1,2-二苯基-2-（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷）环丙烷-1-甲酸甲酯3aa为代表的手性硼酸酯取代环丙烷的转化研究，首先尝试了Suzuki偶联反应，未得到正面结果。对于3aa在过氧化氢条件下的氧化反应，以91%的收率获得了开环产物，该方法为1，4-二羰基化合物的合成提供了一种新型实用的方法。另外，以碳硼键转化为导向的硼酸酯官能团向硼氟酸盐的转化以86%的收率获得了目标产物环丙烷硼氟酸钾盐，该反应为后续碳硼键的转化研究提供了除硼酸酯之外的另一类反应原料。