CN109833908A

CN109833908A - 一种手性高价碘催化剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109833908A
Application number: CN201910161591.3A
Authority: CN
Inventors: 周杰峰
Original assignee: Guangxi Jiusheng New Materials Co Ltd
Current assignee: Guangxi Jiusheng New Materials Co Ltd
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明属于有机催化领域，公开了一种新型手性高价碘催化剂及其制备方法和应用。所述手性催化剂的化学结构通式如式(I)所示：其中，R₁为磺酰基、乙酰基、苯甲酰基、取代苯甲酰基，R₂为烷基、环烷基、胺基、芳烷基，R₃为烷基、环烷基、胺基、芳烷基。本发明是以高价碘(III)试剂和手性alpha‑羟基乙酸酯衍生物为原料，最终合成出一种新型手性高价碘催化剂，该方法的合成反应条件温和，产率高，操作步骤简单，安全可靠，绿色环保，所述催化剂可应用在不对称催化氧化、手性精细化学品合成、手性药物或药物中间体合成、手性新材料、手性功能分子合成等领域中。

Description

一种手性高价碘催化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于合成化学和催化技术领域，更具体地，涉及一种手性高价碘催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

现代有机合成化学通过新颖方法创造新物质，可以广泛推动生物医药，食品香料，精细化工，能源以及功能材料领域的进步，在各种构建复杂分子的方法中，高效高选择性的C-C键构建是其中的关键和难点，因此长期以来是有机化学家关注的焦点。

氧化反应，包括氧化加成、氧化环化等，是现代有机合成的重要手段之一，广泛应用于各种重要的有机分子的转化和构建。各种新策略用于氧化反应的开发使得学术研究不断出现新突破。而这些新策略应用于各种精细化学品，包括医药，农用化学品和功能材料的生产广泛应用。然而，尽管各类氧化反应在实验室和工业大规模生产中已得到广泛应用，然而反应中的安全性，环境友好性和操作简便性等因素仍然是氧化反应中最受关注和需要突破的问题。氧化反应中所涉及的反应条件苛刻、固有的热不稳定性、难以控制的高氧化性、产量低、副产物复杂等性质，大大限制它们的应用。因此鉴于原子经济和绿色可持续发展，合理设计新型氧化试剂，以开发实用，经济，环境友好，更安全和更清洁的反应类型是具有挑战性的课题也是急需解决的问题。

作为一类极具发展前景的氧化剂，高价碘试剂因其低毒性，温和的反应性，容易得到，稳定性高，易于操作等优势，近年来备受关注。这些高价碘试剂的使用可以作为传统高毒性重金属氧化剂的替代品，如：铅(IV)，汞(II)和铊(Ⅲ)等试剂。化学计量使用这些试剂已经广泛应用与各种键的构建和氧化变换。例如，碘苯二乙酸(PIDA)and碘苯二三氟磺酸酯(PIFA)。这些试剂已成功应用于精细化学品开发、具有生物活性的天然产物和药物中间体全合成。

然而，高价碘催化进行高选择性不对称氧化反应的成功例子较少。

本发明开发的一种新型手性高价碘催化剂，是基于高价碘试剂的催化氧化特征，并引入手性alpha-羟基乙酸酯衍生物作为手性控制因素。开发可催化量使用的手性高价碘试剂，达到与过渡金属相类似催化效率，同时以避免铅(IV)，汞(II)和铊(Ⅲ)等试剂使用时的有毒过渡金属残留问题，以提高试剂的实用性和产业化的可行性。另外，本发明提供的手性高价碘催化剂，以实现不对称催化氧化中对立体构型的控制，实现官能团的精准引入，用于不对称新反应开发、构建手性团能团，是一种直接、高效、高原子经济性的合成方法。

因此，该类新型手性高价碘催化剂的开发具有基础性的探索意义和广泛的应用前景。有潜力构建更加复杂的不对称催化氧化反应类型和催化体系，完成更加复杂的分子内或者分子间的串联反应，使反应具有更好的选择性。更重要的是，该类催化剂易于再生和重复利用，催化效率较高，相对于传统有毒过渡金属催化来说，绿色环保，反应条件温和，有利于产业化，因此，有较好的应用价值和前景。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种新型手性高价碘催化剂。该催化剂能够构建复杂的不对称催化氧化体系，完成更加复杂的分子内或者分子间的串联反应，使反应具有更好的选择性。更重要的是，该类催化剂易于再生和重复利用，催化效率较高。对于传统有毒过渡金属催化来说，该类新型催化剂绿色环保，反应条件温和，有利于工业化生产的不对称催化氧化反应和氧化官能团化。该催化剂可应用在不对称催化氧化、不对称氧化官能团化、手性精细化学品合成、手性药物或药物中间体合成、手性新材料和手性功能分子合成等领域中。

本发明另一目的在于提供新型手性高价碘催化剂的制备方法。该方法反应条件温和，操作简单，对环境友好等多个优点，能够高效的合成出手性的高价碘催化剂。

本发明目的在于提供上述新型手性高价碘催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种新型手性高价碘催化剂，所述催化剂的化学结构通式如式(1)所示：

其中，R₁为磺酰基、乙酰基、苯甲酰基、取代苯甲酰基；R₂为烷基、环烷基、胺基、芳烷基；R₃为烷基、环烷基、胺基、芳烷基。

优选地，R₁为磺酰基、乙酰基、苯甲酰基；R₂为烷基；R₃为烷基、苯基或取代苯基。

更优选地，所述磺酰基为对甲苯磺酰基、三氟甲磺酰基、苯磺酰基；烷基为C1～C6直链烷基、异丙基、叔丁基；取代苯基中取代基为C1～C3直链烷基、烷氧基、三氟甲基、氰基、硝基、酯基、胺基。

优选地，所述新型手性高价碘催化剂为：

本发明的反应通式如下所示：

所述的新型手性高价碘催化剂，其制备方法，包括以下具体步骤：

S1.在氮气保护下，将三价碘化合物II(1.0equiv)和手性α-羟基羧酸酯衍生物III(1.0equiv)，溶于干燥二氯甲烷中，在常温下搅拌反应24小时。

S2.将反应体系减压浓缩至剩余少量溶剂后，通入干燥的氮气将有机溶剂吹干。

S3.所得手性催化剂经减压干燥后，直接用于催化反应。

所述的新型手性高价碘催化剂在不对称催化反应中的应用如下：

其中，Ar＝H时,产率为81％，ee＝71％,

Ar＝CH₃时，产率为85％，ee＝81％,

Ar＝Ph时，产率为89％，ee＝93％,

Ar＝tert-Butyl时，产率为91％，ee＝95％,

所述催化反应条件中，催化剂的用量与被氧化底物的比例为：(0.5～2.0)：1。

所述催化反应条件中，有机溶剂为：二氯甲烷、乙醚、甲苯、四氢呋喃、乙腈。

所述催化反应条件中，反应温度为为-78℃～50℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的新型手性高价碘催化剂，不使用过渡金属催化剂，属于有机催化的范畴。非金属的绿色催化剂的开发，可以避免因使用过渡金属，如：铅(IV)，汞(II)和铊(Ⅲ)等试剂，而引起过渡金属残留，减少过渡金属尤其是有毒重金属的污染。该类催化剂绿色环保，有广阔的应用空间。

2.本发明提供的新型手性高价碘催化剂是基于高价碘类衍生物的温和条件下的催化氧化性能，可以避免传统氧化反应中所涉及的反应条件苛刻、固有的热不稳定性、难以控制的高氧化性、产量低、副产物复杂等弊端。因此具有原子经济和绿色可持续发展，以及更安全和更清洁的特点，安全可靠，适合产业化。

3.本发明提供的新型手性高价碘催化剂是在高价碘(III)衍生物上引入手性alpha-羟基乙酸酯衍生物，以实现不对称催化氧化反应及氧化官能团化中对立体构型的控制。相对于多分子催化剂的杂合催化氧化体系，该催化剂可构建更加复杂的反应类型和催化体系，完成更加复杂的分子内或者分子间的串联反应，使反应具有更好的选择性。

4.本发明提供的新型手性高价碘催化剂，易于再生和重复利用，催化效率较高，且绿色环保，反应条件温和，有利于不对称催化氧化反应及不对称氧化官能团化反应的产业化。因此，该类手性催化剂有较好的应用价值和前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

1.Methyl(R)-2-phenyl-2-((phenyl(tosyloxy)-λ³-iodanyl)oxy)acetate的分子结构式：

制备：将三价碘化合物甲氧基对甲苯磺酰氧基碘化苯(1.0equiv)和手性(R)-2羟基-2-苯基乙酸甲酯(1.0equiv)，溶于干燥二氯甲烷中，在常温下搅拌反应24小时。将反应体系减压浓缩至剩余少量溶剂后，通入干燥的氮气将有机溶剂吹干。所得手性催化剂经减压干燥后，定量得到目标催化剂，所得催化剂对水敏感，得到后未进一步纯化直接用于催化反应。

实施例2

1.Methyl(R)-2-((acetoxy(phenyl)-λ³-iodanyl)oxy)-2-phenylacetate的分子结构式：

制备：将三价碘化合物甲氧基乙酰氧基碘化苯(1.0equiv)和手性(R)-2羟基-2-苯基乙酸甲酯(1.0equiv)，溶于干燥二氯甲烷中，在常温下搅拌反应24小时。将反应体系减压浓缩至剩余少量溶剂后，通入干燥的氮气将有机溶剂吹干。所得手性催化剂经减压干燥后，定量得到目标催化剂，所得催化剂对水敏感，得到后未进一步纯化直接用于催化反应。。

实施例3

1.不对称氧化去芳香化制备(R)-3,4-二氢-1'H,5H-螺[呋喃-2,2'-萘基]-1',5-二酮的反应式：

2.不对称氧化去芳香化制备(R)-3,4-二氢-1'H,5H-螺[呋喃-2,2'-萘基]-1',5-二酮的实验方法：将4-(1-羟基萘-2-基)丁酸(0.5mmol,1.0equiv)和催化剂I(0.55mmol,1.1equiv)溶于二氯甲烷(2mL)中，在-40℃中剧烈搅拌反应24小时，加水淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取。有机相浓缩后，经柱层析纯化后，得手性目标化合物，产率为81％，ee值为71％

实施例4

1.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-甲基-3,4-二氢-1'H,5H-螺[呋喃-2,2'-萘基]-1',5-二酮的反应式：

2.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-甲基-3,4-二氢-1'H,5H-螺[呋喃-2,2'-萘基]-1',5-二酮的实验方法：将4-(1-羟基-4-甲基萘-2-基)丁酸(0.5mmol,1.0equiv)和催化剂I(0.55mmol，1.1equiv)溶于二氯甲烷(2mL)中，在-40℃中剧烈搅拌反应24小时，加水淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取。有机相浓缩后，经柱层析纯化后，得手性目标化合物，产率为85％，ee值为81％.

实施例5

1.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-苯基-3，4-二氢-1'H，5H-螺[呋喃-2,2'-萘基]-1',5-二酮的反应式：

2.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-苯基-3，4-二氢-1'H，5H-螺[呋喃-2，2'-萘基]-1'，5-二酮的实验方法：将4-(1-羟基-4-苯基萘-2-基)丁酸(0.5mmol，1.0equiv)和催化剂I(0.55mmol,1.1equiv)溶于二氯甲烷(2mL)中，在-40℃中剧烈搅拌反应24小时，加水淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取。有机相浓缩后，经柱层析纯化后，得手性目标化合物，产率为89％，ee值为93％。

实施例6

1.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-叔丁基-3，4-二氢-1'H，5H-螺[呋喃-2，2'-萘基]-1'，5-二酮的反应式：

2.不对称氧化去芳香化制备(R)-4’-叔丁基-3，4-二氢-1'H，5H-螺[呋喃-2，2'-萘基]-1'，5-二酮的实验方法：将4-(1-羟基-4-叔丁基萘-2-基)丁酸(0.5mmol，1.0equiv)和催化剂I(0.55mmol，1.1equiv)溶于二氯甲烷(2mL)中，在-40℃中剧烈搅拌反应24小时，加水淬灭反应后，用乙酸乙酯萃取。有机相浓缩后，经柱层析纯化后，得手性目标化合物，产率为91％，ee值为95％。

Claims

1.一种手性高价碘催化剂，其特征在于，所述手性高价碘催化剂的化学结构通式如式(I)所示：

其中，R₁为磺酰基、乙酰基、苯甲酰基、取代苯甲酰基，R₂为烷基、C3～C7环烷基、胺基、芳烷基，R₃为烷基、环烷基、胺基、芳烷基、苯基或取代苯基。

2.根据权利要求1所述手性高价碘催化剂，其特征在于，R₁为磺酰基、乙酰基、苯甲酰基；R₂为烷基；R₃为烷基、苯基或取代苯基。

3.根据权利要求2所述手性高价碘催化剂，其特征在于，所述磺酰基为对甲苯磺酰基、三氟甲磺酰基、苯磺酰基；烷基为C1～C6直链烷基、异丙基、叔丁基；取代苯基中取代基为C1～C3直链烷基、烷氧基、三氟甲基、氰基、硝基、酯基、胺基。

4.根据权利要求3所述手性高价碘催化剂，其特征在于，所述手性高价碘催化剂为：

5.根据权利要求1至4中任一项所述手性高价碘催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1.在氮气保护下，将溶于干燥的二氯甲烷中，在常温下搅拌反应24小时；

S2.反应完成后，将反应体系减压浓缩至剩余少量溶剂后，通入干燥的氮气将有机溶剂吹干得到所述手性高价碘催化剂。

6.根据权利要求5所述手性高价碘催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，两种物质反应的摩尔比为1:1。

7.权利要求1所述手性高价碘催化剂在不对称催化氧化、手性精细化学品合成、手性药物或药物中间体合成、手性新材料制备、手性功能分子制备领域中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述手性高价碘催化剂应用在不对称催化氧化时，手性高价碘催化剂与被氧化底物的摩尔比为(0.5～2.0)：1。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述手性高价碘催化剂应用在不对称催化氧化时，催化反应条件中有机溶剂为：二氯甲烷、乙醚、甲苯、四氢呋喃、乙腈，催化反应的温度为-78℃～50℃。