CN117720537B - 一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴手性吲哚‑呋喃类催化剂及其制备方法与应用，该类催化剂的结构如式4和式5所示；以式1、式2化合物为原料，在手性磷酸催化剂作用下搅拌反应得式3化合物；再以式3化合物为原料，经1‑2步合成得到式4和式5化合物。该类催化剂可分别用于铑催化的不对称亚甲基C‑H酰胺化反应和有机膦催化的(4+2)环加成反应。本发明制备轴手性吲哚‑呋喃类催化剂的方法操作简便、反应条件温和、原料经济易得，且制备得到的轴手性吲哚‑呋喃类催化剂的光学纯度高，产率高，应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及有机化学合成技术领域，具体涉及一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
轴手性催化剂是一类应用非常广泛的催化剂，可以用于催化各种类型的有机化学反应。然而现有的轴手性催化剂大部分是含有轴手性联萘骨架的催化剂，含有其他类型轴手性骨架的催化剂相对较少，尤其是含有五元-五元结构杂芳基轴手性骨架的催化剂更是鲜有报道。因此，开发新型的轴手性催化剂(尤其时含有五元杂芳基骨架的催化剂)用于催化不对称反应的基础研究和工业生产具有不可忽视的意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂，满足催化不对称反应的基础研究和工业生产的需要。
本发明的目的之二是提供上述轴手性吲哚-呋喃类催化剂的制备方法，反应条件温和、成本低、收率高、对映选择性高。
本发明的目的之三是提供上述轴手性吲哚-呋喃类催化剂在催化不对称反应中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂，其化学结构如式4或式5所示：
式中，R1选自芳基、杂芳基中的一种；R2选自芳基、杂芳基、C1-C4烷基中的一种；R3选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素中的一种；R4选自芳基、杂芳基中的一种；R5选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素中的一种；R6选自芳基、杂芳基中的一种。
第二方面，本发明还提供上述轴手性吲哚-呋喃类催化剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)以式1化合物和式2化合物为反应原料，以二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、丙酮或乙腈中的一种或两种作为溶剂，手性磷酸为催化剂，在0-40℃搅拌反应，TLC跟踪反应至结束，过滤、浓缩、纯化即制得式3化合物；其中，式1化合物和式2化合物的反应摩尔比为1:1.2至2:1；
(2)以式3化合物、氢氧化钾为原料，以乙醇和1,4-二氧六环为反应的混合溶剂，在100℃回流下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩、纯化即制得式4化合物；
(3)以式4化合物、2-(二苯基膦基)乙胺为底物，苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐(BOP)为缩合剂，三乙胺为有机碱，四氢呋喃为反应溶剂，在室温下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩、纯化即制得式5化合物；
其中，所述的式1化合物的结构式为所述的式2化合物的结构式为所述的式3化合物的结构式为
式中，R选自酯基或羰基；R1选自芳基、杂芳基中的一种；R2选自芳基、杂芳基、C1-C4烷基中的一种；R3选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素中的一种；R4选自芳基、杂芳基中的一种；R5选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素中的一种；R6选自芳基、杂芳基中的一种；
所述的手性磷酸选自联萘骨架衍生物、八氢联萘骨架衍生物、螺环骨架衍生物中的一种或两种；所述的联萘骨架衍生物的结构式为式中G选自9-蒽基、9-菲基、2,4,6-三异丙基苯基、三苯基硅基、4-氯苯基、2-萘基或1-萘基中的一种；所述的八氢联萘骨架衍生物的结构式为式中G’选自9-蒽基、9-菲基、2,4,6-三异丙基苯基、三苯基硅基、4-氯苯基、2-萘基或1-萘基中的一种；所述的螺环骨架衍生物的结构式为式中G”选自9-蒽基、9-菲基、2,4,6-三异丙基苯基、三苯基硅基、4-氯苯基、2-萘基或1-萘基中的一种。
其反应路线如下：
优选的，步骤(1)所述的手性磷酸的结构式为式中G选自4-氯苯基。
优选的，步骤(1)纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比1:1的石油醚和二氯甲烷混合溶液；步骤(2)纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比4:1的石油醚和乙酸乙酯混合溶液；步骤(3)纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比10:1的甲苯与乙酸乙酯混合溶液。
第三方面，本发明还提供轴手性吲哚-呋喃类羧酸催化剂在铑催化的不对称亚甲基C-H酰胺化反应中的应用。
在惰性气体保护下，以式6化合物和式7化合物为原料，二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)为催化剂，式4化合物所示的轴手性吲哚-呋喃类羧酸为配体，六氟碲酸银和碳酸银为共催化剂，甲苯为溶剂，20℃搅拌反应48小时，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取、浓缩、纯化即得式8化合物；
其反应路线如下：
第四方面，本发明还提供轴手性吲哚-呋喃类膦催化剂在有机膦催化的(4+2)环加成反应中的应用。
在惰性气体保护下，以式9化合物、式10化合物为原料，甲苯为溶剂，分子筛为添加剂，式5化合物所示的轴手性吲哚-呋喃类膦为配体，0℃搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取、浓缩、纯化即得式11化合物；
其反应路线如下：
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供的一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂，不仅可应用于铑催化的不对称亚甲基C-H酰胺化反应，还可应用于有机膦催化的(4+2)环加成反应中，说明本发明合成的轴手性吲哚-呋喃类催化剂在多类型催化不对称反应中具有应用价值。
2.本发明提供的一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂的制备方法，采用手性磷酸作为催化剂，可获得高的对映选择性；本制备方法中，产物的对映选择性高、收率高、反应过程温和、原料廉价，适宜工业化生产；可采用多种类的底物作为反应物，获得结构多样性的新型轴手性吲哚-呋喃类催化剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
下述实施例中，除非另有说明，所述的实验方法通常按照常规条件或制造厂商建议的条件实施。
以下实施例中所述式1化合物可采用文献Org.Chem.Front.2018,5,2657；Angew.Chem.Int.Ed.2023,e202305450报道的方法制备；式2化合物可采用文献Tetrahedron 2011,67,5142报道的方法制备；所述手性磷酸催化剂以及其他试剂均可通过市售购买的方式获得。
实施例1
在1毫升1,2-二氯乙烷中加入0.1毫摩尔的式1a化合物与0.2毫摩尔的式2a化合物作为反应物，100毫克分子筛作为添加剂，0.02毫摩尔的手性磷酸作为催化剂，在0℃反应32小时，TLC跟踪反应至结束，过滤除去分子筛，用乙酸乙酯洗涤滤饼，得到的滤液浓缩之后通过硅胶柱层析(洗脱剂为体积比1:1的石油醚和二氯甲烷混合溶液)分离，即得到轴手性化合物3aa。
上述反应中，催化剂手性磷酸结构式如下：
产物3aa的结构表征数据如下：
产率:76％(59.3mg)；黄色固体；熔点：158.1-159.8℃；[α]D 20＝-19.2(c＝0.69,acetone)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):7.88(d,J＝8.0Hz,2H),7.80(s,1H),7.50-7.43(m,4H),7.42-7.38(m,2H),7.34-7.30(m,2H),7.24-7.18(m,4H),7.18-7.11(m,7H),7.09(d,J＝8.0Hz,1H),7.07-6.99(m,6H),6.95(s,1H),6.84-6.79(m,3H),6.61(t,J＝7.6Hz,2H),3.93-3.82(m,2H),0.57(t,J＝7.0Hz,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):163.8,154.2,149.8,143.3,141.8,137.3,136.5,136.4,136.2,132.8,130.8,130.4,130.2,129.5,129.4,128.9,128.5,128.3,128.1,127.8,127.6,127.2,127.1,126.9,126.8,125.6,125.0,122.4,122.3,120.3,120.2,120.1,118.8,118.8,115.1,111.8,111.3,111.1,107.0,60.0,58.1,53.5,13.0；IR(KBr):3056,1716,1490,1456,1224,1115,741,692cm-1；ESI FTMS exact mass calcd for(C55H40N2O3+Na)+requires m/z 799.2931,foundm/z 799.2935；The enantiomeric excess(ee)value:90％,determined by HPLC(DaicelChiralpak OD,hexane/isopropanol＝99/1,flow rate 1.0mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝12.189(minor),tR＝15.739(major).
在3毫升1,4-二氧六环和乙醇(v/v＝1:2)的混合溶液中加入0.1毫摩尔的式3aa化合物和0.1毫升的氢氧化钾饱和溶液，在90℃反应30小时，TLC跟踪反应至结束，反应液用稀盐酸淬灭，乙酸乙酯作为萃取剂，得到浓缩的萃取液之后通过硅胶柱层析(洗脱剂为体积比4:1的石油醚和乙酸乙酯混合溶液)分离，即得到轴手性化合物4aa。
产物4aa的结构表征数据如下：
产率：91％(67.8mg)；白色固体；熔点：212.6-214.2℃；[α]D 20＝-13.8(c＝0.25,acetone)；>95:5dr；1H NMR(400MHz,acetone-d6)δ(ppm):10.12(s,1H),7.92(d,J＝7.6Hz,2H),7.59(d,J＝8.4Hz,1H),7.54-7.41(m,8H),7.35-7.28(m,2H),7.25-7.08(m,9H),7.07-6.97(m,7H),6.93(t,J＝7.6Hz,1H),6.86-6.78(m,3H),6.64-6.57(m,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):164.1,153.5,149.2,144.1,142.9,142.8,137.3,137.0,136.8,136.5,130.7,130.5,130.4,129.7,129.6,128.7,128.3,128.2,128.1,128.0,127.7,127.6,127.3,127.1,126.7,126.7,126.5,125.3,124.5,120.0,119.7,119.2,118.6,115.7,111.5,111.4,110.9,107.1,58.3,53.7；IR(KBr):3053,3026,1682,1485,1456,1124,740,690cm-1；ESI FTMS exact mass calcd for(C53H36N2O3+Na)+requires m/z 771.2618,foundm/z 771.2634；The enantiomeric excess(ee)value:99％,determined by HPLC(DaicelChiralpak IE-H,hexane/isopropanol＝80/20,flow rate 0.5mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝8.096(minor),tR＝8.746(major).
0.12毫摩尔的式4aa化合物和0.1毫摩尔的2-(二苯基膦基)乙胺作为反应物，以四氢呋喃(THF)为反应溶剂，0.125摩尔的苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐(BOP)和0.6摩尔的三乙胺分别作为缩合剂和有机碱，在室温下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩有机相，硅胶柱层析纯化(洗脱剂为体积比10:1的甲苯与乙酸乙酯混合溶液)即制得式5aa化合物。
产物5aa的结构表征数据如下：
产率：60％(57.9mg)；白色固体；熔点：168.7-170.4℃；[α]D 20＝-27.4(c＝0.23,acetone)；>95:5dr；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):7.94(d,J＝7.6Hz,2H),7.75(s,1H),7.54(d,J＝8.0Hz,1H),7.48(d,J＝8.0Hz,1H),7.43-7.33(m,5H),7.24(s,4H),7.22-7.17(m,6H),7.15-7.12(m,4H),7.11-7.08(m,3H),7.07-7.04(m,4H),7.03(s,7H),7.00(d,J＝6.8Hz,2H),6.84-6.79(m,3H),6.61-6.56(m,2H),5.51(s,1H),3.15-3.07(m,1H),2.99-2.91(m,1H),1.36-1.28(m,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):162.8,152.4,149.6,142.6,141.4,138.3,136.9,136.5,136.3,132.9,132.7,132.5,132.3,130.6,130.3,130.0,129.3,128.8,128.5,128.47,128.4,128.36,128.3,128.2,128.16,127.9,127.86,127.8,127.4,127.3,127.0,125.8,124.8,123.2,122.5,121.6,121.5,120.2,119.0,118.8,113.1,111.9,111.4,111.3,105.4,58.3,53.6,36.6,27.1；31P NMR(162MHz,CDCl3)δ(ppm):-21.70；IR(KBr):3401,3053,1659,1489,1456,1401,740,691cm-1；ESI FTMS exactmass calcd for(C67H50N3O2P+H)+requires m/z 960.3714,found m/z 960.3738；Theenantiomeric excess(ee)value:99％,determined by HPLC(Daicel Chiralpak IE-H,hexane/isopropanol＝70/30,flow rate 1mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝7.189(minor),tR＝9.496(major).
实施例2
在1毫升1,2-二氯乙烷中加入0.1毫摩尔的式1b化合物与0.2毫摩尔的式2a化合物作为反应物，100毫克分子筛作为添加剂，0.02毫摩尔的手性磷酸作为催化剂，在0℃反应39小时，TLC跟踪反应至结束，过滤除去分子筛，用乙酸乙酯洗涤滤饼，得到的滤液浓缩之后通过硅胶柱层析(洗脱剂为体积比1:1的石油醚和二氯甲烷混合溶液)分离，即得到轴手性化合物3ba。
上述反应中，催化剂手性磷酸结构式如下：
产物3ba的结构表征数据如下：
产率：95％(67.8mg)，黄色固体，>95:5dr；熔点：171.2-173.0℃；[α]D 20＝+9.8(c＝1.54,acetone)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):7.69(s,1H),7.44(d,J＝8.0Hz,1H),7.36-7.28(m,4H),7.22-7.15(m,7H),7.15-7.07(m,4H),7.06-6.95(m,7H),6.90(s,1H),6.82-6.73(m,3H),6.59(t,J＝7.6Hz,2H),3.95-3.86(m,1H),3.77-3.68(m,1H),2.54(s,3H),0.60(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):163.9,157.5,149.0,147.4,142.8,142.1,142.1,137.0,136.6,136.3,135.9,131.1,130.8,129.8,129.1,128.5,127.8,127.8,127.6,127.1,127.0,126.8,126.6,125.6,124.9,122.3,122.0,120.0,119.9,119.8,118.9,117.4,113.4,111.4,111.3,111.2,107.1,59.2,58.1,53.4,14.1,13.4；IR(KBr):3383,3056,2976,1703,1456,1096,739,699cm-1；ESI FTMS exact mass calcd for(C50H38N2O3+Na)+requires m/z 737.2774,found m/z 737.2783；The enantiomericexcess(ee)value:86％,determined by HPLC(Daicel Chiralpak IC,hexane/isopropanol＝97/3,flow rate 1.0mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝5.009(major),tR＝5.683(minor).
实施例3
在惰性气体保护下，0.05毫摩尔的8-乙基喹啉(式6)、0.06毫摩尔的3-苯基-1,4,2-二噁唑-5-酮(式7)为原料，0.5毫升甲苯(toluene)为溶剂，0.002摩尔的二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)([CpRhCl2]2)和0.004摩尔的4aa分别作为催化剂和手性配体，六氟碲酸银和碳酸银为共催化剂，在室温下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩有机相，硅胶柱层析纯化(洗脱剂为体积比4:1的石油醚与乙酸乙酯混合溶液)即制得式8化合物。产物8的结构表征数据如下：
产率：67％(9.2mg)；白色固体；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):9.46(d,J＝8.8Hz,1H),9.03-8.84(m,1H),8.19(d,J＝8.0Hz,1H),7.84(d,J＝7.2Hz,2H),7.73(d,J＝8.4Hz,1H),7.68(d,J＝6.8Hz,1H),7.52-7.36(m,5H),5.93-5.80(m,1H),1.81-1.73(m,3H)；13CNMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):166.0,148.9,146.5,140.1,137.2,135.3,131.1,129.3,128.8,128.4,127.5,127.1,126.7,121.0,51.1,23.9；IR(KBr):3342,2924,1629,1577,1523,1497,1334,1322,1279,1173cm-1；ESI FTMS exact mass calcd for(C18H16N2O-H)-requires m/z 275.1190,found m/z275.1185；The enantiomeric excess:38％,determined by HPLC(Daicel Chiralpak IA,hexane/isopropanol＝80/20,flow rate1.0mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝6.873(major),tR＝11.146(minor).
实施例4
在惰性气体保护下，0.05毫摩尔的式9、0.075毫摩尔的式10为原料，0.5毫升甲苯(toluene)为溶剂，0.01摩尔的5aa作为手性催化剂，50毫克分子筛作为添加剂，在0℃搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩有机相，硅胶柱层析纯化(洗脱剂为体积比4:1的石油醚与乙酸乙酯混合溶液)即制得式11化合物。
产物11的结构表征数据如下：
产率：81％(20.2mg)；白色固体；>95:5dr；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.11(d,J＝8.4Hz,2H),7.97(d,J＝7.6Hz,1H),7.84-7.71(m,3H),7.38(d,J＝8.0Hz,2H),6.99(d,J＝8.4Hz,2H),6.66(s,1H),6.59(d,J＝8.0Hz,2H),5.02(d,J＝10.0Hz,1H),4.17-3.99(m,3H),3.64(s,3H),1.10(t,J＝6.8Hz,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ(ppm):200.1,198.3,163.1,159.1,149.7,147.0,144.4,142.0,142.0,139.5,136.3,136.1,130.0,128.5,125.7,123.8,123.6,123.5,113.9,71.8,62.6,60.9,55.1,54.3,14.0；IR(KBr):1708,1598,1514,1346,1233,1178,1096,1029,831,736cm-1；ESI FTMS exact mass calcd for(C29H23NO7+H)+requires m/z 498.1547,found m/z 498.1560；The enantiomeric excess:57％,determined by HPLC(Daicel Chiralpak IB,hexane/isopropanol＝70/30,flowrate 1.0mL/min,T＝30℃,254nm):tR＝8.569(minor),tR＝10.586(major).
本发明制备轴手性吲哚-呋喃类催化剂的方法，收率高，操作简便、反应条件温和、原料经济易得。本发明制备得到的轴手性吲哚-呋喃类催化剂通过实例被证明可应用于铑催化的不对称亚甲基C-H酰胺化反应中以及有机膦催化的不对称(4+2)环加成反应中，表现出良好的效果。
Claims (5)
1.一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂，其特征在于，其化学结构如式4或式5所示：
；
式中，R1选自苯基；R2选自苯基；R3选自氢；R4选自苯基；R5选自氢；R6选自苯基。
2.一种权利要求1所述的轴手性吲哚-呋喃类催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）以式1化合物和式2化合物为反应原料，以二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、丙酮或乙腈中的一种或两种作为溶剂，手性磷酸为催化剂，在0-40℃搅拌反应，TLC跟踪反应至结束，过滤、浓缩、纯化即制得式3化合物；其中，式1化合物和式2化合物的反应摩尔比为1:1.2至2:1；
（2）以式3化合物、氢氧化钾为原料，以乙醇和1,4-二氧六环为反应的混合溶剂，在100℃回流下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩、纯化即制得式4化合物；
（3）以式4化合物、2-（二苯基膦基）乙胺为底物，苯并三氮唑-1-基氧基三（二甲基氨基）磷鎓六氟磷酸盐为缩合剂，三乙胺为有机碱，四氢呋喃为反应溶剂，在室温下搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取，浓缩、纯化即制得式5化合物；
其中，所述的式1化合物的结构式为，所述的式2化合物的结构式为，所述的式3化合物的结构式为，
式中，R选自乙氧基羰基；R1选自苯基；R2选自苯基；R3选自氢；R4选自苯基；R5选自氢；R6选自苯基；
所述的手性磷酸的结构式为，式中G选自4-氯苯基。
3.根据权利要求2所述的轴手性吲哚-呋喃类催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比1:1的石油醚和二氯甲烷混合溶液；步骤（2）纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比4:1的石油醚和乙酸乙酯混合溶液；步骤（3）纯化采用硅胶柱层析，洗脱剂为体积比10:1的甲苯与乙酸乙酯混合溶液。
4.权利要求1所述的轴手性吲哚-呋喃类催化剂在铑催化的不对称亚甲基C-H酰胺化反应中的应用，其特征在于，具体步骤是：在惰性气体保护下，以式6化合物和式7化合物为原料，二氯(五甲基环戊二烯基)合铑(III)为催化剂，式4化合物所示的轴手性吲哚-呋喃类羧酸为配体，六氟碲酸银和碳酸银为共催化剂，甲苯为溶剂，20 ℃搅拌反应48小时，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取、浓缩、纯化即得式8化合物；
所述的式6化合物的结构式为 ；
所述的式7化合物的结构式为 ；
所述的式8化合物的结构式为 。
5.权利要求1所述的轴手性吲哚-呋喃类膦催化剂在有机膦催化的（4+2）环加成反应中的应用，其特征在于，具体步骤是：在惰性气体保护下，以式9化合物、式10化合物为原料，甲苯为溶剂，3Å分子筛为添加剂，式5化合物所示的轴手性吲哚-呋喃类膦为配体，0 ℃搅拌反应，TLC跟踪反应至完全，乙酸乙酯萃取、浓缩、纯化即得式11化合物；
所述的式9化合物的结构式为 ；
所述的式10化合物的结构式为 ；
所述的式11化合物的结构式为 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311729251.9A CN117720537B (zh) | 2023-12-15 | 一种轴手性吲哚-呋喃类催化剂及其制备方法与应用 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN117720537A CN117720537A (zh) | 2024-03-19 |
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|---|
| Design and Catalytic Asymmetric Synthesis of Furan-Indole Compounds Bearing both Axial and Central Chirality;Jing-Yi Wang等;Angew. Chem. Int. Ed.;20240115;第63卷(8);e202316454 (1-9) * |
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