一种通用手性催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及不对称催化技术领域，提供一种通用手性催化剂，其结构为如式I所示的含有咪唑啉酮骨架及膦配体的双官能手性化合物，既可以单独作为手性小分子催化剂，也可以通过与金属的配位单独实现不对称金属催化，或者在同一个反应体系中通过组合实现小分子与金属的共同催化，具有优异的应用价值。尤其是提出的含有咪唑啉酮骨架及膦配体的双官能手性化合物，与现有的手性咪唑啉酮类催化剂具有不同的结构及更多、更丰富的催化功能。更丰富的催化功能。更丰富的催化功能。

【技术实现步骤摘要】
一种通用手性催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及不对称催化
，具体而言，涉及一种通用手性催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]手性合成与不对称催化是合成手性物质的主要方法，不对称催化可实现手性放大和手性增值，是获得手性化合物最为高效的方法。不对称催化包括生物催化、不对称金属催化及有机小分子催化，各有优缺点，酶催化虽然高效专一，但对反应环境要求苛刻；金属催化对化学键的活化范围较广，可以活化惰性化学键，但其对官能团的容忍性相对较差，对配体及反应底物的结构非常敏感；而有机小分子催化对官能团的容忍性较好，但其活化、催化模式相对有限。
[0003]近年来，将过渡金属与有机小分子相结合，极大地促进了不对称催化领域的发展，根据催化模式的不同,有机小分子和金属联合催化主要分为协同催化、接力催化和连续催化等三种类型(李楠,刘伟军,龚流柱.化学进展,2010,22,1362
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1379)。随着有机小分子催化的快速发展以及人们对金属催化理解的深入,有机小分子和金属联合催化逐渐成为热点。
[0004]在不对称催化过程中，一是反应活性的调控，二是立体选择性的控制。手性配体一方面可以通过活化或者去活化来影响金属中心对底物的活化能力，并使配合物溶解于有机溶剂，另一方面通过自身的手性环境来控制或者影响反应的立体选择性，由于金属种类繁多、活性多种多样，易被配体调控，可催化完成各种不同要求的化学转换。自上世纪60年代以来的半个多世纪里,不对称金属催化得到了迅猛发展，过渡金属催化长期占据着主要地位，并成为有机合成方法学的前沿研究方向和均相催化的重要分支。
[0005]金属催化的不对称反应的选择性和效率取决于手性配体及中心金属。发展新型、高效的手性配体一直是金属催化不对称反应研究的关键。化学工作者们发展了一系列易于合成和修饰的手性配体,应用于交叉偶联、不对称催化氢化、不对称烯丙基化、不对称环化等反应，并获得了优良的对映选择性。(Jian
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Hua Xie,Qi
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Lin Zhou,et al.Chem.Rev.2011,111,1713
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1760； Heng Wang,Xumu Zhang,et al.Chem.Rev.2021,121,13,7530
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7567；QiangCheng,Shu
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Li You,et al.Chem.Rev.2019,119,3,1855
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1969；谢建华,周其林.化学学报.2012,70,1427—1438；李浩,丁昌华,许斌,侯雪龙.化学学报.2014,72,765—770)。而其中手性膦配体起着重要的作用，含膦配体高频次地出现在金属催化的不对称催化研究中。Noyori发现的BINAP因其高效性以及经济性，迅速成为最常用的含膦配体之一，成为金属催化不对称反应的一个标志。迄今为止，虽有大量含膦配体合成、报道出来,但只有少数手性膦配体得到广泛应用(Mikael Berthod,Marc Lemaire,et al.Chem.Rev. 2005,105,1801
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1836；Piet W.N.M.van Leeuwen,Montserrat Dieguez,et al. Chem.Rev.2011,111,2077
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2118)。与此同时，化学工作者没有局限于单纯的膦配体，他们在已有研究的基础上发展了氮膦、氧膦等含杂原子的膦配体，含杂原子的膦配体在烯丙
基化学、不对称催化氢化、自由基化学等领域发挥了重要作用(赵文献,杨代月,张玉华.有机化学.2016,36, 2301—2316)。
[0006]2021年诺贝尔化学奖授予List与MacMillan，以表彰他们在手性有机小分子催化方面的开创工作。这表明有机小分子催化经过长期的发展趋于成熟，已经成为一个区别于酶催化和金属催化的研究领域。手性有机小分子催化最早可以追溯到20世纪初，但长期未受关注与重视，直到2000年， List和Barbas等报道了L
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脯氨酸催化的不对称Aldol反应，MacMillan课题组报道了手性咪唑啉酮催化的不对称Diels
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Alder反应，之后有机小分子催化的不对称反应引起了广泛的关注，很快成为不对称合成领域的一个研究热点；大多有机小分子催化剂具有廉价、高效、环保等特质，这些特质引起了化学工作者广泛的关注和研究。发展了烯胺机理、亚胺离子机理、手性双功能催化以及Bronsted酸、碱催化等小分子催化模式，有力推动了有机小分子不对称催化的发展(Santanu Mukherjee,Benjamin List,et al. Chem.Rev.2007,107,5471
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5569；Albert Moyano,Ramon Rios.Chem.Rev. 2011,111,4703
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4832)，但凡事皆有两面性，上述催化模式均要求反应底物是官能化的分子，故有机小分子催化难以实现惰性化学键或分子体系的活化，而过渡金属可以活化多种化学键，在手性配体的辅助下，有望实现多种不对称催化反应。
[0007]以咪唑啉酮催化剂为例，代表性的应用案例以及催化原理如下：
[0008]2000年，Macmillan课题组报道了一种手性咪唑啉酮的合成，并将其作为催化剂应用于α,β
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不饱和醛参与的不对称的Diels
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Alder反应(Kateri A. Ahrendt,Christopher J.Borths,and David W.C.MacMillan.J.Am.Chem. Soc.2000,122,17,4243
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4244)。
[0009][0010]其中，手性咪唑啉酮结构中的仲胺与不饱和醛缩合，形成具有手性中心的亚胺中间体，由于咪唑啉酮结构中手性苄基的影响，环戊二烯从位阻较小的一面靠近，并进行[3+2]环化反应，因而所得产物具有选择性。该催化模式的核心在于醛/酮与咪唑啉酮类催化剂形成亚胺/烯胺中间体，此步骤成败与否决定反应能否具有期望的选择性。
[0011]随后，Macmillan小组成功将这类催化剂应用于不对称1,3
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偶极环加成以及不对
称Friedel
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Crafts反应(Wendy S.Jen,John J.M.Wiener,David W.C. MacMillan.J.Am.Chem.Soc.2000,122,40,9874
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9875；Nick A.Paras,DavidW.C.MacMillan.J.Am.Chem.Soc.2001,123,18,4370
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4371)。
[0012][0013]2006年，MacMillan课题组报道了咪唑啉酮催化的α,β
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不饱和环酮的不对称转移氢化反应(Jamison B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用手性催化剂，其特征在于，单一手性分子既可以单独作为手性小分子催化剂，也可以单独作为手性配体、通过与金属的配位实现不对称金属催化，或者在同一个反应体系中通过不同的组合方式实现小分子与金属的共同催化。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，为含有咪唑啉酮骨架及膦配位基团的双官能手性化合物，其结构通式如式I所示，其包括(S)与(R)手性构型异构体，分别为(S)
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I与(R)
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I，具体如下式所示：其中，R，R1，R2，R3，R4，R5，R6为：氢原子；C1～C30取代或未取代烷基及环状烷基；C5～C50的取代或未取代的芳基及芳杂环基、C5～C50的取代或未取代的并芳基及并杂环基、C5～C50的取代或未取代的稠芳基及稠杂环基；卤素，羟基，烷氧基，酰氧基，巯基，硫醚基，硝基，羰基，羧基，酯基，取代或未取代的氨基，亚胺基，氰基，膦酸根，膦，酰胺基，磺酰基，烷氧羰基，芳氧羰基，烷胺羰基，芳胺羰基中的任意一种；R7，R8为：C1～C30取代或未取代烷基及环状烷基；C5～C50的取代或未取代的芳基、C5～C50的取代或未取代的并芳基、C5～C50的取代或未取代的稠芳基、C5～C50的取代或未取代的芳氧基中的任意一种。3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，式I所示化合物为含有咪唑啉酮骨架及膦或含杂原子的膦配体的双官能手性化合物。4.一种权利要求1
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3任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，反应式为：5.根据权利要求4所述的催化剂的制备方法，其特征在于，反应步骤具体如下：(1).以IV所示的氨基酸甲酯盐酸盐为原料，与伯胺R2NH2，在溶剂S1、温度T1及压力P条件下，进行酰胺化反应生成式III所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，陆森，万文娟，田芳，张乾茂，
申请(专利权)人：中国科学院成都有机化学有限公司，
类型：发明
国别省市：