一种手性氮杂环卡宾类催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种手性氮杂环卡宾类催化剂及其应用，催化剂的化学结构式如下：上述分子结构中至少包含有两个手性碳原子，其中，R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、烷基、杂烷基或芳基，R5、R6分别独立地代表H、卤素、烷基、杂烷基或芳基，X、Y分别独立地代表含碳原子基团或含杂原子基团，Z代表烷基、杂烷基或芳基，M为过渡金属；本发明专利技术催化剂用于催化不对称Suzuki交叉偶联反应。与现有技术相比，本发明专利技术手性氮杂环卡宾类催化剂至少包含两个手性碳原子，手性碳原子所连接基团充分可调，在Suzuki交叉偶联反应中表现出极高的催化活性以及立体选择性，是一类新型催化剂，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种手性氮杂环卡宾类催化剂及其应用
本专利技术属于有机化学合成
，涉及一种手性氮杂环卡宾类催化剂及其应用，尤其是涉及一种全新结构的、高活性以及高立体选择性的手性氮杂环卡宾类催化剂，以及其在催化不对称Suzuki交叉偶联反应中的应用。
技术介绍
Suzuki交叉偶联反应具有反应条件温和，官能团容忍性强，反应产率以及选择性相对较高，反应试剂毒性较小，且对水、空气、热都相对不敏感，反应的后处理简单，适用于工业化生产等优点，从而受到研究者的重视(现代有机反应：金属催化反应，化学工业出版社，2008)。同时，具有手性联芳基结构的天然产物广泛存在于自然界中，目前已有超过数千个被分离报道。其中，诸多天然产物表现出良好的生理活性(例如，Angew.Chem.,Int.Ed.2005,44,5384)，通过不对称催化的手段合成得到这些天然产物的关键手性联芳基结构片段具有重要意义。因此，不对称Suzuki交叉偶联反应现已成为近些年的研究热点。尽管催化不对称交叉偶联反应已经有了很大的发展，但是目前这一催化反应普遍面临的问题是：催化活性相对较低，底物范围窄，官能团容忍性差，立体选择性不高等。因此，开发一个高活性、高立体选择性、官能团容忍性强的催化体系至关重要。从已有文献来看，多数催化体系官能团容忍性不强，条件苛刻(例如，Chem.Rev.2011,111,563)。为数不多的具有高活性和普适性的催化体系摘录如下：2005年，美国麻省理工学院的Buchwald小组发展了一个普适性的配体S-Phos，对于大位阻Suzuki-Miyaura偶联反应也具有很好的活性；2008年，该小组将发现的S-Phos，X-Phos应用于偶联反应中，利用手性底物，合成了一系列裂环木脂素、奎尼丁等具生物活性的手性化合物，在合成斯的甘辛时，产率为63％，dr值为87：13(可参见Acc.Chem.Res.2008,41,1461)。2014年，中国科学院Tang小组发展了一个高活性的联芳基单膦配体，具有较高选择性及反应条件温和等特点，其在催化苯并恶唑啉酮作为底物参与的反应时，ee值高达96％，产率为95％(可参见J.Am.Chem.Soc.2014,136,570)。授权公告号为CN103418438B的中国专利技术专利公布了一种氮杂卡宾类钯催化剂及其制备方法和应用，以乙二醛为原料在路易斯酸或者布朗斯特酸参与的条件下合成乙二醛二亚胺，然后与多聚甲醛反应得到氮杂卡宾类配体；同时钯(II)与含碳氮双键的化合物反应得到钯(II)环二聚体；该钯环二聚体与氮杂卡宾类配体配位后得到氮杂卡宾类钯催化剂。与上述对比专利相比，本专利技术具有以下特点：1)催化剂结构不同，本专利技术所述的手性氮杂环卡宾类催化剂至少包含有两个手性碳原子，可存在于氮杂环卡宾环上或环的取代基上，而对比专利所报道的氮杂环卡宾环催化剂不含任何手性原子或手性基团；2)催化剂立体选择性差异，本专利技术所述的手性氮杂环卡宾类催化剂可实现高立体选择性的交叉偶联反应，通过催化剂中的手性原子或手性基团实现立体选择性的控制，同时通过手性原子或手性基团结构的调变，可进一步调节反应的立体选择性，而对比专利报道的氮杂环卡宾环催化剂由于不含任何手性原子或手性基团，因此不具备立体选择性；3)手性联芳基产物的构建，使用本专利技术所述的手性氮杂环卡宾类催化剂可构建具有轴手性的联芳基化合物，可广泛应用于医药中间体以及天然产物关键中间体的构建中，而对比专利所报道的氮杂环卡宾环催化剂只能合成得到非手性联芳基化合物，应用范围有局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全新结构的、高活性的、普适性的手性氮杂环卡宾亚胺类钯催化剂，尤其是在Suzuki交叉偶联反应中表现出的高活性、高立体选择性和强官能团容忍性强。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种手性氮杂环卡宾类催化剂，该催化剂的化学结构式为：上述分子结构中至少包含有两个手性碳原子，其中，R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、烷基、杂烷基或芳基，R5、R6分别独立地代表H、卤素、烷基、杂烷基或芳基，X、Y分别独立地代表含碳原子基团或含杂原子基团，Z代表烷基、杂烷基或芳基，M为过渡金属。所述的M为钯、铬或镍中的一种。作为优选的技术方案，所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、C1-C15直链或者支链烷基以及C1-C15含氮、氧杂的直链或支链烷基或芳基。作为进一步优选的技术方案，所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、C1-C10直链或者支链烷基以及C1-C10含氮、氧杂的直链或支链烷基或芳基。所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、1-乙基丙基、环己基、氮二甲基、氮二乙基、甲氧基、乙氧基、1-苯基丙基、4-叔丁基苯基、3,5-二叔丁基苯基、4-甲基苯基、3,5-二甲基苯基、4,4-联苯基、3,5-二(苯基)苯基或萘基。作为优选的技术方案，所述的R5、R6分别独立地代表H、卤素、C1-C15直链或者支链烷基或芳基。作为进一步优选的技术方案，所述的R5、R6分别独立地代表H、氯、溴、甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基或萘基。作为优选的技术方案，所述的X、Y分别独立地代表羟基、甲氧基、取代烯基或取代芳基。作为优选的技术方案，所述的Z代表C1-C10直链或支链烷基、取代或未取代的C6-C18芳基。作为进一步优选的技术方案，所述的Z代表苯基、1-萘基、4-叔丁基苯基、3,5-二叔丁基苯基、4-甲基苯基、3,5-二甲基苯基、4,4-联苯基或3,5-二(苯基)苯基。本专利技术所述的手性氮杂环卡宾类催化剂的制备方法包括以下步骤：步骤A：以手性胺(Ⅰ)为原料，与1,2-二取代乙二醛在添加剂(Ⅱ)作用下反应生成手性乙二醛二亚胺中间体(Ⅲ)，化学反应结构式如下：步骤B：式(Ⅲ)所示手性乙二醛二亚胺中间体经过硼氢化钠还原后，与多聚甲醛在添加剂(Ⅳ)的作用环合生成式(Ⅴ)所示的手性氮杂环卡宾类化合物，化学反应结构式如下：步骤C：式(Ⅴ)所示手性氮杂环卡宾类化合物在添加剂(Ⅵ)作用下同钯(Ⅱ)和式(Ⅶ)反应得到式(Ⅷ)所示的手性氮杂环卡宾类催化剂，化学反应结构式如下：步骤A中，手性胺(Ⅰ)与1，2-二取代乙二醛在添加剂(Ⅱ)作用下反应生成(Ⅲ)手性乙二醛二亚胺中间体。所述的添加剂(Ⅱ)为无机盐，选自氯化钠、硫酸钠中的一种。步骤B中的环合反应由式(Ⅲ)所示手性乙二醛二亚胺中间体与多聚甲醛在添加剂(Ⅳ)的作用下反应。所述的添加剂(Ⅳ)为盐酸二氧六环溶液或者三甲基氯硅烷，优选三甲基氯硅烷。步骤C中的配位反应是在隔绝空气的条件下进行，所述的钯(Ⅱ)选自氯化钯、醋酸钯、硝酸钯和乙酰丙酮钯中的一种或者任意两种的混合物，所述的添加剂(Ⅵ)选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢氧化钾、乙醇钠、碳酸钾或者醋酸钠中的一种。一种手性氮杂环卡宾类催化剂的应用，所述的催化剂用于催化不对称Suzuki交叉偶联反应中，在碱的作用下催化不同卤代芳烃与芳基硼酸的不对称Suzuki交叉偶联反应。本专利技术手性氮杂环卡宾类催化剂应用于Suzuki-Myaura时，在碱的作用下，催化不同卤代芳烃与芳基硼酸的交叉偶联反应，如式A所示：式A中产物Ar-Ar'是具有轴手性的化合物，其中，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，该催化剂的化学结构式为：上述分子结构中至少包含有两个手性碳原子，其中，R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、烷基、杂烷基或芳基，R5、R6分别独立地代表H、卤素、烷基、杂烷基或芳基，X、Y分别独立地代表含碳原子基团或含杂原子基团，Z代表烷基、杂烷基或芳基，M为过渡金属。

【技术特征摘要】
1.一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，该催化剂的化学结构式为：上述分子结构中至少包含有两个手性碳原子，其中，R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、烷基、杂烷基或芳基，R5、R6分别独立地代表H、卤素、烷基、杂烷基或芳基，X、Y分别独立地代表含碳原子基团或含杂原子基团，Z代表烷基、杂烷基或芳基，M为过渡金属。2.根据权利要求1所述的一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，所述的M为钯、铬或镍中的一种。3.根据权利要求1所述的一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、C1-C15直链或者支链烷基以及C1-C15含氮、氧杂的直链或支链烷基或芳基。4.根据权利要求3所述的一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表H、C1-C10直链或者支链烷基以及C1-C10含氮、氧杂的直链或支链烷基或芳基。5.根据权利要求4所述的一种手性氮杂环卡宾类催化剂，其特征在于，所述的R1、R2、R3、R4分别独立地代表甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、1-乙基丙基、环己基、氮二甲基、氮二乙基、甲氧基、乙氧基、1-苯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宇才，沈安，倪晨，曹育才，
申请(专利权)人：上海化工研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31