CN102397793A - 一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂、合成方法及其在不对称反应中的应用 - Google Patents

一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂、合成方法及其在不对称反应中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂、合成方法及其在不对称反应中的应用。该类化合物具有如下图所示的结构式，由方酸二甲酯，经两次取代反应制得。此类催化剂合成步骤简单，反应条件温和，可应用于多种不对称反应中，例如对于Michael加成和环酐的去对称化等反应，均可获得良好的收率和极好的立体选择性。

Description

一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂、合成方法及其在不对称反应中的应用
技术领域
本发明属于有机化学领域，具体涉及一类新型金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂及其制备方法与在不对称催化反应中的应用。
背景技术
自1998年Jacobsen小组首次报道了手性硫脲催化的不对称Strecker反应以来(J.Am.Chem.Soc.2000，122，2395)，基于硫脲核心的氢键诱导的不对称催化在过去几十年中呈爆发性增长。手性(硫)脲具有弱的
Figure BSA00000547892600011
酸性，可通过氢键稳定反应过渡态，从而促进反应的进行。2003年，Takemoto小组在手性(硫)脲分子中引入Lewis碱性基团，开发出一种以环己二胺衍生的手性叔胺-(硫)脲双功能催化剂(J.Am.Chem.Soc.2003，125，12672)，该催化剂可同时活化亲核与亲电试剂，更有效地进行立体控制，在不对称Mannich反应、Michael加成、Baylis-Hillman反应等许多有机反应中表现出了高效的手性诱导能力。
手性胺-(硫)脲双功能催化剂已经越来越多地应用于不对称反应中，但是到目前为止，所报道的此类催化剂仍非常有限，而且有些催化剂合成繁琐、反应条件苛刻、成本较高，难以在工业上应用。
2008年，美国Rawal小组创造性的开发出了一种新型的氢键有机分子催化剂(J.Am.Chem.Soc.2008，130，14416)，他采用方酰胺的结构代替以往的硫脲骨架作为氢键供体，并成功应用于1，3-二羰基化合物对硝基烯类底物的不对称Michael加成反应，取得了极好的e.e.值和化学收率。在此工作的启发下，结合我们一直以来对氢键催化剂的研究经验，我们认为在方酰胺的一端引入金鸡纳碱骨架，可以创造一个极好的双功能手性环境，以利于提高反应的不对称选择性；同时在方酰胺另一端引入吸电子的芳基，可以增大氮端电子的离域范围，使得氢键活化能力大大增强。基于以上设计思想，我们开发出了一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂。该催化剂合成步骤简单，反应条件温和，在不对称催化领域应用广泛。
发明内容
本发明的目的在于提供一类高效的新型金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂。
本发明的另一个目的在于提供上述手性金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂的合成方法。
本发明的再一个目的是提供上述金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂在不对称反应中的应用。
本发明的新型金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂具有如下结构式：
Figure BSA00000547892600021
式中R1为氢、硝基、烷基磺酰基、烷基亚磺酰基、氰基、卤素或C1～C4的烷氧基；
R2为一取代或多取代的氢、硝基、烷基磺酰基、烷基亚磺酰基、氰基、卤素或C1～C4的烷氧基、C1～C6直链或支链的烷基、C3～C8环烷基、C2～C6烯基、C2～C6炔基、芳烷基(如苄基、取代的苄基、苯乙基、苯丙基等)或芳烯基(如肉桂基等)。
本发明所述的金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂典型化合物的结构式如下：
Figure BSA00000547892600031
本发明以金鸡纳碱为手性源，方酸二甲酯为起始原料，经两步亲核取代反应合成了一系列金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂，其制备过程可用以下的反应式表示：
Figure BSA00000547892600032
其中由金鸡纳碱制备手性胺的合成步骤可参见文献(Org.Lett.2005，7，1967)。
两步取代反应过程：室温下，以甲醇为溶剂，胺与1.2倍摩尔量的方酸二甲酯发生取代反应，反应时间为24小时，反应结束后产物析出，过滤，烘干。
本发明所述的金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂在不对称反应中的应用，其特征在于所述的不对称反应为Michael反应，环酐的去对称化反应等。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：提供了一类结构新颖的金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂，该类催化剂由易得手性源经简单反应制备得到，并且在许多不对称反应中表现出了高效的手性诱导能力，是一类颇具研究潜力和工业价值的有机分子催化剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
3，5-二甲基方酰苯胺单甲酯的制备
Figure BSA00000547892600041
在100mL干燥的三颈瓶中加入5g(35.2mmol)方酸二甲酯和30mL甲醇，室温搅拌10min，然后滴加3.5g(29mmol)3，5-二甲基苯胺的甲醇溶液。滴毕，继续搅拌24h。反应结束后直接过滤不用纯化得到3，5-二甲基方酰苯胺单甲酯5.3g，产率66％。1H NMR(400MHz，CDCl3)2.32(s，6H)，4.50(s，3H)，6.81-6.92(m，3H)，7.68(br，1H)。
实施例2
金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂I-a的制备
Figure BSA00000547892600051
在100mL干燥的三颈瓶中加入300mg(0.93mmol)奎宁胺、231mg(1mmol)3，5-二甲基方酰苯胺单甲酯和30ml甲醇，室温搅拌24h。反应结束直接过滤得白色粉末状固体140mg，产率30％。[α]25 D＝-148°(c 0.5，MeOH)；1H NMR(400MHz，d6-DMSO)δ9.57(br s，1H)，8.80(d，J＝4.4Hz，1H)，8.10(br s，1H)，7.98(d，J＝8.8Hz，1H)，7.77(s，1H)，7.64(d，J＝4.4Hz，1H)，7.44(dd，J＝9.2，2.4Hz，1H)，6.93(s，2H)，6.63(s，1H)，5.95(m，2H)，5.03(d，J＝17.2Hz，1H)，4.97(d，J＝10.4Hz，1H)，3.93(s，3H)，3.50(m，1H)，3.16(m，1H)，2.65(m，2H)，2.26(m，1H)，2.18(s，6H)，1.50(m，4H)，0.61(m，1H)；13C NMR(100MHz，d6-DMSO)δ184.37，180.38，168.31，164.18，158.34，148.27，144.75，143.79，142.69，138.96，131.99，127.95，125.00，122.40，116.44，114.81，101.96，59.25，56.17，56.11，30.10，27.78，26.62，21.51。
实施例3
金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂I-d在不对称开环反应中的应用
Figure BSA00000547892600052
氮气保护下，在100mL的反应瓶中加入77mg(0.5mmol)顺式六氢化邻苯二甲酸酐、15.7mg(0.05mmol)催化剂和40mL甲基叔丁基醚，然后滴加80mg(2.5mol)甲醇，室温搅拌24h。反应结束后，减压除去溶剂，然后再加入5mL二氯甲烷和5mL饱和碳酸钠，搅拌5min，弃去有机相，水相用2N盐酸调pH至1-2，再用乙酸乙酯萃取数次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，浓缩，得到目标产物半酯82mg(收率89％，ee值94％)。1HNMR(CDCl3)2.34-2.45(m，2H)，2.55-2.65(m，2H)，3.05-3.13(m，2H)，3.72(s，3H)，5.70(m，2H).13C NMR(CDCl3)25.1，25.3，39.0，39.1，51.5，124.6，124.7，173.2，179.0。
实施例4
金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂I-d在不对称Michael加成反应中的应用
Figure BSA00000547892600061
在10mL的反应瓶中加入52mg(0.25mmol)反式查尔酮、1.5mg(0.0025mmol)催化剂I-d和1mL甲苯，室温下搅拌10分钟，加入苄基硫醇46.5mg(0.375mmol)，继续搅拌12h。反应结束后，减压除去溶剂，用硅胶柱层析分离，得到产物81mg(收率97％，ee值96％)。[通过HPLC测定，手性OJ-H，正己烷∶异丙醇＝70∶30，0.5mL/min，λ＝254nm，柱温：40℃，tmajor＝36.5min，tminor＝27.2min].[α]25 D＝+139.7°(c 1.0，CHCl3)；1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.48-3.59(m，4H)，4.45(t，J＝7.21H)，7.20-7.86(m，Ar-H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ196.78，141.77，137.89，136.76，133.18，128.94，128.58，128.54，128.455，128.08，127.32，126.99，45.30，44.21，35.92。
实施例5
金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂I-d在生物素不对称开环反应中的应用
Figure BSA00000547892600062
氮气保护下，零摄氏度在50mL的反应瓶中加入20mg(0.06mmol)环酸酐、42mg(0.067mmol)催化剂和8mL甲基叔丁基醚，然后滴加8μL(0.18m mol)甲醇，室温搅拌15h。反应结束后，加入10×2mL饱和碳酸钠，搅拌5min，弃去有机相，水相用2N盐酸调pH至1-2，再用乙酸乙酯萃取数次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，浓缩，得到目标产物半酯20mg(收率90％，ee值97％)。IR(KBr)：3258，2943，1756，1713，1449，1411，1252，968，799，598，458cm-1，1H NMR(400MHz，CDCl3)d 7.36-7.19(m，10H)，6.85(br s，1H)，5.09(d，J＝14.8Hz，1H)，4.98(d，J＝14.8Hz，1H)，4.13-4.04(m，4H)，3.63(s，3H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)d 171.7，168.5，159.5，135.57，135.52，128.85，128.79，128.64，128.56，127.98，127.93，57.3，56.7，52.6，46.89，和46.80；ESI-MS m/z 391.1[M+Na]+。

Claims (4)

1.一类金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂(I，II)，其化学结构式如下：
式中：
R1为氢、硝基、烷基磺酰基、烷基亚磺酰基、氰基、卤素或C1～C4的烷氧基；
R2为一取代或多取代的氢、硝基、烷基磺酰基、烷基亚磺酰基、氰基、卤素或C1～C4的烷氧基、C1～C6直链或支链的烷基、C3～C8环烷基、C2～C6烯基、C2～C6炔基、芳烷基(如苄基、取代的苄基、苯乙基、苯丙基等)或芳烯基(如肉桂基等)，
其特征在于采用金鸡纳碱及其衍生物作为手性骨架，
该催化剂可适用于不对称Michael加成和环酐的去对称化等反应。
2.如权利要求1所述的金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂的合成方法，包括下列步骤：
1)以易得的金鸡纳碱作为手性源，经反应得到化合物手性胺
2)取代苯胺和方酸二甲酯在溶剂中反应，得到单取代的方酰胺
Figure FSA00000547892500013
3)由步骤1)制备得到的手性胺和单取代的方酰胺通过取代反应，得到目标化合物
Figure FSA00000547892500021
3.一种如权利要求1所述金鸡纳碱包括奎宁、氢化奎宁、奎宁丁、氢化奎宁丁、辛可尼丁、辛可宁。
4.一种如权利要求1所述的金鸡纳碱-方酰胺氢键催化剂在不对称反应中的应用，其特征在于所述的不对称反应为Michael反应和环酐的去对称化反应等。
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