新型手性螺环双酚的合成及其拆分研究

含手性配体的过渡金属络合物是不对称催化反应中的一类重要催化剂,手性配体的设计合成是不对称催化研究的关键,我们实验室一直致力于新型手性配体骨架结构的设计合成.最近,我们报道了一类螺二氢茚手性骨架结构,发现含螺二氢茚骨架的手性单膦和双膦配体在不对称催化氢化等反应中具有极高的催化活性和对映选择性.为了研究另一类手性螺环骨架结构--螺二芴,我们设计合成了螺环双酚1.在螺环双酚化合物1的合成中,我们采用了连续关环的策略,这不仅克服了构筑螺二芴结构经典方法产率底的弊端[1],而且也使得合成路线大为缩短.接着,我们对螺环双酚1进行了拆分研究,发现酒石酸二酰胺可以选择性地与螺环双酚1的一个对映异构体形成包结络合物[2].通过包结络合物的单晶结构分析,我们还对拆分机制进行了初步探讨.对映体纯螺环双酚化合物1的合成为研究以螺二芴为骨架的手性配体奠定了的基础,有关这类配体的合成及其在不对称催化反应中的应用研究正在进行中.     

二氢和四氢-2-甲基-4-芳基(1,5)苯并硫氮杂的构象分析(Ⅰ)

本文研究了2-甲基-4-芳基(1,5)苯并硫氮杂的光谱和构象分析,确立了二氢化物具有类船式构象。形成二氢化物的成环反应是高度立体选择性的,分子内杂环并联的苯环和取代的芳环的平面夹角约为50度,但4位的芳环仍能和杂环并联的苯环发生明显的共轭效应,氮原子在这里起着关键作用。二氢化物用硼氢化钠还原,得到的四氢化物的构象是扭船式的,也是稳定的,这显然是由这个体系的结构所决定的。还原反应是立体专一性的。     

金属络合物与碳碳偶联的区域选择性

相当数量的奇特反应,仅当有过渡金属络合物存在时才能发生。有机物分子若与过渡金属形成了络合物,它就完全改变了有机物的性质,并将发生很多与游离分子完全不同的反应。烯烃、多烯烃和芳烃能与多种金属形成络合物,并在碳碳偶联反应中,烯烃配体,多烯烃配体与亲核试剂的加成反应和亚烷基配体与亲核试剂的环加成反应都表现出高的区域选择性。络合金属促进的碳碳偶联反应的区域选择性不仅与络合配体本身的结构有关而且也与外界反应条件有关。这可用空间位阻效应解释,亦可从亲核     

铬族金属氢化物中M-H 键键能的从头计算

铬族金属氢化物M-H 键的均裂是在自由基环化反应中的关键过程, 它直接影响反应的催化效率和选择性. 使用理论方法精确预测铬族金属氢化物M-H 键键能不仅有助于了解这类催化剂的结构与性能关系, 而且对进一步发展高效的自由基环化反应催化剂具有重要的指导意义. 为达此目的, 我们使用不同的理论方法计算14 个有可靠实验值的铬族金属氢化物M-H键键能, 通过比较发现B3P86/lanl2dz+p 方法表现最佳(计算精度为1.6 kcal/mol). 之后我们运用这个理论方法系统地研究了铬族金属氢化物M-H 键键能的构效关系. 就周期性规律而言, 在铬族金属氢化物中, 金属对于M-H 键能的影响大于配体的影响. M-H 键键裂解能的大小顺序为:铬氢络合物<钼氢络合物<钨氢络合物.此外, 我们发现含双茂配体的铬氢化合物中Cr-H 键键能与伸缩振动频率呈良好的线性相关. 有趣的是, 在含双茂配体的铬族金属氢化物中, M-H 键能与键长呈现出良好的正线性相关性. 即“键长越小, 键能越弱”. 通过自然成键轨道分析, 这可能是因为杂化缺失造成原子半径收缩程度比成键变弱引起的扩张程度大.     

可溶过渡金属体系对饱和烃C-H键的活化与官能化

本文综述了饱和烃C-H键活化的新进展以及利用可溶过渡金属多氢化物对饱和烃C-H键进行活化、选择性催化官能化。     

Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ)-手性二噁唑啉配合物催化硝酮与烯烃环加成反应立体选择性的理论研究

用理论计算方法研究了Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)-手性二恶唑啉络合物与N-苄基-α-乙氧酰基硝酮形成的反应前驱体与乙基乙烯基醚的1,3-偶极环加成反应过程.讨论了反应前驱体的前线轨道和优化的分子结构对环加成反应的速度和立体选择性的影响,对手性金属催化剂存在下的1,3-偶极环加成反应的立体选择性进行合理解释.还讨论了催化反应和非催化反应速度对反应立体选择性的影响.     

手性钯络合物催化下2-硝基环酮的不对称烯丙基化反应

在用氮杂冠醚改良的手性二茂铁膦与钯的络合物催化下, 2-硝基环酮可进行不对称烯丙基化反应. 讨论了配位基的形状, 反应物的构造, 碱的类型以及反应时间对反应速率和立体选择性的影响. 通过增加反应的空间位阻改进了反应的立体选择性 .     

铜络合物催化β-(-)-蒎烯的不对称环丙烷化反应

分别用水杨醛铜、β-二酮-铜和希夫碱-铜络合物为催化剂进行β-(-)-蒎烯与重氮乙酸酯的不对称环丙烷化反应,研究了催化剂结构与反应立体选择性之间的关系,获得了较高的立体选择性.     

金属催化的不对称氢化反应研究进展与展望

手性过渡金属络合物催化的不对称氢化反应是合成光学活性化合物的重要方法. 本文从手性配体及手性催化剂、不对称催化新反应、新方法和新策略三个方面简要评述新世纪以来过渡金属催化的不对称氢化反应研究领域的新进展. 从新世纪初至今, 手性单磷配体得到了复兴, 出现了如MonoPhos、SiPhos、DpenPhos等高效单齿亚磷酰胺酯配体; 磷原子手性(P-手性)配体也得到了快速发展, 如BenzP*、ZhanPhos、TriFer等已成为新的高效手性双膦配体; 螺环骨架手性配体成为新世纪手性配体设计合成的亮点, 除了SiPhos、SIPHOX、SpinPHOX等高效手性螺环配体外, 手性螺环吡啶胺基磷配体SpiroPAP的铱催化剂成为目前最高效的分子催化剂. 不对称催化氢化新反应研究也取得了突破, 如非保护烯胺、杂芳环化合物及N-H亚胺的氢化等反应都实现了高对映选择性. 自组装手性催化剂、树枝状手性催化剂、铁磁性纳米负载的可回收手性催化剂, 以及“混合”配体手性催化剂等新方法和新策略也在不对称催化氢化反应中得到了应用. 然而, 手性过渡金属络合物催化的不对称氢化研究仍然充满挑战, 也期待新的突破.     

Bischler-Napieralski反应合成那可丁及其衍生物的立体化学

对通过Bischler-Napieralski反应制备的那可丁及其衍生物的立体选择性进行了研究. 以N-β-(3-甲氧基-4,5-亚甲二氧基苯基)乙基-6 ,7 -二甲氧基苯并呋喃酮-3-酰胺(1)和N-β-(3,4-亚甲二氧基苯基)乙基-6 ,7 -二甲氧基苯并呋喃酮-3-酰胺(2)为原料, 经Bischler-Napieralski反应和硼氢化钠还原制得五对苯酞类四氢异喹啉类化合物对映体3, 4a, 4b, 5a, 5b, 其中3和5a经氮甲基化反应得到外消旋的那可丁(α-narcotine)和白毛莨碱(b-hydrastine). 该法制得的苯酞类四氢异喹啉类化合物具有一定的立体选择性, 产物构型以赤式对映体为主, 中间产物二氢异喹啉环8位取代基的空间位阻将导致硼氢化钠还原时产生立体选择性.     

基于氮,膦配体多孔有机聚合物材料的设计合成及其催化应用

多孔有机聚合物(porous organic polymers,POPs)是近年来涌现出的由纯粹的有机分子砌块,通过共价键连接而成的一类具有高比表面积、丰富的孔结构、低骨架密度和良好热稳定性的新型材料。而N,P配体在均相过渡金属络合物催化的氢甲酰化反应、偶联反应、加氢反应、硅氢加成反应,CO2环加成等反应中具有重要的应用,通过合理的设计和修饰N,P配体的电子效应和立体结构,可有效地调控目标产物的收率和选择性。得益于有机合成策略的多样性,POPs材料也具有合成路径及构建方式多样,可较为方便地在聚合物骨架中定点引入特定功能位点的特点,这为基于N,P配体均相过渡金属催化剂的多相化提供了全新的思路与契机。本文将对国内国外相关课题组及本课题组在基于N,P配体POPs材料的设计合成及其催化应用方面所做的工作进行简要的总结归纳,并对该方向进行相应的工业应用前景展望。     

金鸡纳生物碱衍生手性双胺配体的合成及其在不对称氢转移反应中的催化作用

 以价廉易得的天然金鸡纳生物碱奎宁和辛可宁为原料,在温和条件下容易地合成了6种手性双胺配体. 考察了它们与过渡金属Ir和Rh形成的配合物在苯乙酮不对称氢转移反应中的催化活性和不对称诱导作用. 结果表明, 9-氨基金鸡纳生物碱配体具有良好的不对称催化活性,而当配体中的氨基被取代后其对映选择性降低. 将9-氨基(9-脱氧)表辛可宁的Ir配合物用于其它芳香酮的不对称氢转移反应时,该配体也显示了很高的催化活性(80%～90%收率)和对映选择性(除对氯苯乙酮ee值为72%外,其余芳香酮ee值均为95%～97%).     

铑催化去对称氢酰化机制理论研究

本文运用密度泛函理论(DFT)计算,研究了手性双膦络合Rh(I)催化去对称性烯烃氢酰基化反应机理.计算确定了该反应最优反应路径包括醛基C–H键活化、第一个烯基插入Rh–H键、β-H消除、第二个烯基插入Rh–H键以及还原消除.计算结果表明,第一个烯基插入Rh–H键是立体选择性决定步,还原消除反应是整个反应的决速步.我们还通过理论计算研究了可能的烯烃碳酰基化副反应机理.计算预测反应主产物是S构型——季碳环戊酮,与实验报道一致.我们通过非共价弱相互作用分析研究配体对反应化学选择性的影响,结果表明,当使用位阻大的双膦配体(R)-DTBM-MeOBIPHEP时,由于配体与底物的排斥较大,不利于碳酰化反应发生,反应优势产物是烯烃氢酰化产物;而当用空间位阻小的双膦配体BzDPPB时,碳酰化反应变得更加有利,反应主产物为碳酰化产物双环[2.2.1]庚酮.因此,配体的空间位阻决定了Rh(I)催化烯烃酰基化反应的化学选择性.     

过渡金属有机络合物添加剂对聚酰亚胺气体分离膜性能的影响

采用具有庞大取代基团的过渡金属有机络合物作为添加剂制备了聚酰亚胺气体分离膜,研究了过渡金属盐、有机配体和金属络合物对聚酰亚胺均质膜和非对称膜氢、氮气体透过性能的影响,结果表明过渡金属盐添加剂提高了分离系数,但降低了气体透过速率;有机配体添加剂增大了气体透过速率却降低了分离系数;以络合物作添加剂时,可在不降低分离系数的情况下使气体透过速率得到提高,是一种改进气体分离膜性能的有效方法。     

双核过渡金属络合物引发氮分子活化研究

将自然界资源丰富但化学性质上极其惰性的氮气分子在温和条件下转化为氨及其他含氮化合物,具有非常重要的意义。过渡金属络合物引发氮分子的活化及官能化已成为现代工业固氮的一大研究热点。本文回顾了氮分子与双核过渡金属络合物结合的键型模式,总结了影响氮分子活化的诸多因素如配体调变效应、金属调变效应等,对双核过渡金属络合物引发的双氮裂解、双氮官能化及CO/CO2协助双氮活化官能化等反应的实验与理论研究现状和进展进行了简要综述,并对未来过渡金属络合物在氮分子固定的应用发展作了展望。     

新型螺环苯并呋喃酮-六氢山酮素-吡啶类化合物的非对映选择性合成

以苯并呋喃酮-色酮合成子与吡啶查尔酮为原料,在DBU催化下,在二氯甲烷中发生Michael/Michael加成关环反应,非对映选择性合成了11个未见文献报道的螺环苯并呋喃酮-六氢山酮素-吡啶类化合物（3a~3k）,产率为46%~65%, dr值为6/1~11/1,其结构经¹H NMR, ¹³C NMR和HR-MS（ESI-TOF）表征,并进一步通过单晶 确定化合物3g的相对构型。结果表明：该类化合物含有连续5个立体中心,以及一个具有潜在生物活性的六氢山酮素骨架和苯并呋喃酮骨架,可以为生物活性筛选提供物质基础。      

C2轴对称樟脑磺酰胺基醇配体催化环己烯乙炔对酮的不对称加成反应

应用C2轴对称的樟脑磺酰胺基醇配体和Cu(OTf)2催化带官能团的环己烯乙炔对酮的不对称加成反应. 芳香酮、脂肪酮和杂环酮都适用于此体系, 并且在室温下最高e.e.值约为89%, 其中脂肪酮首次被应用于此反应, 极大地扩展了底物的范围. 研究结果表明, 脂肪酮的立体位阻对反应的对映选择性起着至关重要的作用.     

手性螺环双膦氧化物催化的不对称还原-Aldol反应(英文)

以螺环膦氧化合物为催化剂及三氯硅氢为还原剂,发展了手性Lewis碱催化的烯酮与醛的不对称还原-Aldol反应.该类催化剂在查耳酮以及类似物与各种醛的不对称还原-Aldol反应中表现出较高的反应活性和良好的立体选择性,以较好的产率(45%-88%)、中等到优秀的非对映选择性(8:92-100:0)以及最高达95%的ee值得到相应的还原Aldol产物.     

Cp~2TiCl~2-PR^iMgBr体系中二苯乙炔的催化加氢反应

作者曾研究了炔烃的钛的钛氢化反应, 钛氢络合物是催化剂, 其主要还原剂是格氏试剂。该反应的优点是高度立体选择性和可控性, 但缺点是消耗大量格氏试剂。钱延龙等发现, 在催化剂量Cp~2TiCl~2Pr^iMgBr存在和常温常压下, 烯烃可被氢定量地还原为烷烃。在钛氢络合物存在下, 用色谱法对二苯乙炔与H~2的反应进行了跟踪, 首次发现在常温压下,炔烃经钛氢络合物催化, 也可加氢定量地生成烷烃。反应中间过程有顺式及反式烯烃的生成及转化, 本文确定了最佳反应条件, 提出了初步的反应机理设想。     

过渡金属氢化物的合成方法

概述了过渡金属氢化物尤其是钌氢配合物的氧化加成、M-X还原、质子化、过渡金属氢化物转化和原子簇过渡金属配合物氢聚等合成方法的进展情况.