基本信息
- 項目名稱：
- 雙功能手性胺的設(shè)計、合成與不對稱催化性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品圍繞手性合成中的不對稱催化方法，基于模擬酶催化策略，自行設(shè)計合成了一類含硫醚結(jié)構(gòu)的雙功能手性胺.發(fā)現(xiàn)其在不對稱Michael， oxa-Michael-Henry 和 Diels-Alder反應(yīng)中具有優(yōu)異的催化性能，在 PEG 和水等環(huán)境相對友好的反應(yīng)介質(zhì)中，以高效的立體選擇性和光學(xué)選擇性得到相應(yīng)的手性化合物.闡明了催化體系中手性活化方式，為相關(guān)手性化合物的合成提供了有效的方法并顯示了重要的應(yīng)用前景.
- 詳細介紹：
- 本作品圍繞手性合成中的不對稱催化方法，基于模擬酶催化策略，自主設(shè)計合成了一類以氨基酸為原料，經(jīng)還原、溴化和硫醚化反應(yīng)得到的新型雙功能化手性胺--(S)-吡咯烷-硫醚芳胺。發(fā)現(xiàn)該類雙功能化手性胺在不對稱Michael，oxa-Michael-Henry以及Diels-Alder等不對稱反應(yīng)中有著優(yōu)異的催化催能。 設(shè)計合成的(S)-吡咯烷-硫醚芳胺雙功能催化劑與不同質(zhì)子酸配對協(xié)同催化醛酮與硝基烯烴的不對稱Michael反應(yīng)表現(xiàn)出良好的催化性能。其中：1），(S)-吡咯烷-巰基咪唑與水楊酸及異丙醇所形成的催化體系可高效地不對稱催化硝基烯烴和醛酮Michael加成反應(yīng)，收率高達95%，dr值最高為98：2，產(chǎn)物ee值高達99%；2)，(S)-吡咯烷-巰基咪唑與(R)-硫脲酸形成的手性離子對催化體系在酮與硝基烯烴的不對稱Michael反應(yīng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和立體選擇性。在室溫下只需添加5 mol％的催化劑量，反應(yīng)經(jīng)12小時即可得到收率高達96％、d/r大于98/2、ee值高達99％的Michael加成產(chǎn)物。通過機理分析認為，添加劑(R)-硫脲酸在反應(yīng)中不僅協(xié)同活化了反應(yīng)，而且通過氫鍵作用和手性誘導(dǎo)激活了底物從而提高了反應(yīng)的對映選擇性。 (S)-吡咯烷-巰基咪唑與水楊酸協(xié)同作用，首次成功催化了水楊醛與硝基烯烴的不對稱 oxa-Michael-Henry反應(yīng)，通過首次提出的芳香亞胺離子活化（AIA）機理（相關(guān)的機理通過ESI-MS得到證實），首次實現(xiàn)了3-硝基苯并吡喃的不對稱催化合成，以高達91％ee的對映選擇性得到產(chǎn)物，提供了一種高選擇性的具有苯并吡喃結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的綠色合成方法。 在綠色反應(yīng)體系中，運用(S)-吡咯烷-硫醚芳胺催化Michael和Diels-Alder不對稱反應(yīng)獲得很好的催化效果。其中：1），(S)-吡咯烷-巰基咪唑與苯甲酸在PEG中形成的催化體系在醛酮與硝基烯烴的不對稱Michael反應(yīng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和立體選擇性。在室溫下，反應(yīng)經(jīng)12小時即可得到收率高達97％、d/r大于93/7、ee值高達99％的Michael加成產(chǎn)物。通過機理分析認為，PEG很好地包裹了催化劑，構(gòu)建成超分子結(jié)構(gòu)，使催化劑的催化效果進一步提高，并實現(xiàn)了催化體系的循環(huán)使用，循環(huán)7次后，催化劑的催化活性幾乎沒有變化; 2），(S)-吡咯烷-巰基吡啶與對三氟甲基苯甲酸所形成的離子對在水相中成功催化了硝基烯烴和環(huán)己烯酮的不對稱反應(yīng)，首次提出其反應(yīng)歷程為Diels-Alder反應(yīng)原理,同時提出一種水相原位烯胺活化的Diels-Alder反應(yīng)模型。在室溫下，反應(yīng)可得到收率高達99％、exo/endo大于25:1、ee值高達96％的環(huán)加成產(chǎn)物，成功實現(xiàn)水相綠色合成該類化合物。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品研究目的：設(shè)計合成具有雙功能手性胺的有機催化劑，并對其不對稱催化性能進行研究，旨在獲得具有優(yōu)異催化性能的新型催化劑及其催化技術(shù)。 研究基本思路：以天然的氨基酸為手性源，保留其催化功能團——手性胺基，與活潑的巰基芳胺拼接形成雙功能催化劑，并研究其對不對稱Michael、Oxa-Michael-Henry及Diels-Alder反應(yīng)的催化性能，獲得具有高光學(xué)活性的相關(guān)化合物。 創(chuàng)新點：1、催化劑和助催化劑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，首次設(shè)計并合成了具有優(yōu)異催化性能的含硫醚結(jié)構(gòu)的雙功能手性胺催化劑和具有優(yōu)異助催化性能的手性硫脲酸助催化劑，并進行了專利保護；2、催化反應(yīng)創(chuàng)新，首次報道了運用自主設(shè)計的雙功能手性胺催化劑催化不對稱Oxa-Michael-Henry反應(yīng)，同時首次發(fā)現(xiàn)反應(yīng)遵循芳香亞胺活化機理；3、催化體系創(chuàng)新：1）、首次報道了運用PEG作為催化不對稱Michael反應(yīng)的溶劑，取得了很好的效果，首次發(fā)現(xiàn)PEG與催化劑構(gòu)建超分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。2）、首次報道了以水為介質(zhì)的催化不對稱Diels-Alder反應(yīng)，并進行了專利保護。 技術(shù)關(guān)鍵：具有良好催化活性和優(yōu)異手性誘導(dǎo)性能的催化劑及其催化體系設(shè)計與應(yīng)用。 主要技術(shù)指標：產(chǎn)物的對映選擇性（ee值）、非對映選擇性（d/r, exo/endo，順反比）、收率
科學(xué)性、先進性
- 高效、高選擇性、可重復(fù)使用的催化劑開發(fā)是現(xiàn)代綠色化學(xué)研究的核心.與當前國內(nèi)外研究相類似的手性胺催化劑相比，自行設(shè)計合成的雙功能化手性胺催化劑主要具有如下優(yōu)點： 1、是一類具有雙功能特性的有機小分子催化劑,催化劑催化性能優(yōu)異,具體體現(xiàn)在其對不對稱Michael、Oxa-Michael-Henry及Diels-Alder反應(yīng)的催化性能。 2、該類催化劑的設(shè)計合成是本實驗組自主設(shè)計開發(fā)，且催化劑易于合成. 3、手性胺鏈接的功能片段給于了該催化劑與酸配對形成離子化合物的功能,具有潛在的可重復(fù)使用性能和可實現(xiàn)水相催化或多相催化。 4、結(jié)構(gòu)可調(diào). 5、自主設(shè)計合成的雙功能化手性胺在不Michael， Oxa-Michael-Henry以及Diels-Alder等不對稱反應(yīng)中有著優(yōu)異的催化性能.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1,Chem.Commun.2007,4393-4395. 2,Adv.Synthl.Catal.2008,350,2610-2616. 3,Acta Cryst.E.2008.E64,o1142. 4,Acta Cryst.E.2009,E65,o326. 5,Angew.Chem.Int.Ed.200948.3821-3824. (TOP10). 6,發(fā)明專利申請?zhí)枺?00710156386.5.; 200710068380.2.;200910097515.7. 7,獲2008年度"**省新苗人才計劃"資助. 8,**省第十一屆挑戰(zhàn)杯特等獎.
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 基礎(chǔ)理論研究
作品可展示的形式
- 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品所設(shè)計合成的雙功能手性胺催化劑，在催化合成不對稱Michael, Oxa-Michael-Henry及Diels-Alder產(chǎn)物時，提供了一種高效的合成方法，同時在綠色反應(yīng)溶劑PEG和水中分別催化合成了高化學(xué)選擇性、高立體選擇性和高光學(xué)選擇性的Michael 和 Diels-Alder產(chǎn)物，在綠色合成領(lǐng)域有著重要意義，為工業(yè)化應(yīng)用中提供了一種很好的合成模式，具有很好的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 氨基酸及其衍生物作為手性有機小分子催化劑有諸多優(yōu)點：氨基酸首先無毒、價格低廉且容易得到；天然氨基酸光學(xué)純度高，種類多。其中脯氨酸作為一種結(jié)構(gòu)簡單而且自然界含量豐富的氨基酸，Lewis堿型-Br?nsted酸型雙官能團的有機小分子催化劑，具有仲胺結(jié)構(gòu)，較高的pKa值使其易與羰基進行親核反應(yīng)，形成烯胺與亞胺鹽的互變異構(gòu)，烯胺可進行親電加成完成反應(yīng)，亦可通過亞胺的親核加成得到產(chǎn)物。同時脯氨酸及其衍生物因具有不同的側(cè)鏈功能團、取代基，使其具有高活性、高選擇性、催化范圍廣等特點，在多種不對稱催化反應(yīng)中表現(xiàn)出非常好的催化性能。 List等人首先報道了L-脯氨酸催化的酮與硝基烯烴的Michael反應(yīng)。盡管L-脯氨酸在DMSO中可獲得很高的收率和非對映選擇性，但ee值均未超過23％。 Barbas III小組對手性二胺/酸共催化劑進行篩選研究發(fā)現(xiàn)(S)-1-(吡咯烷甲基)-吡咯烷/三氟乙酸具最好的催化活性和對映選擇性，異丙醇為最佳溶劑，催化α, α-二取代醛與硝基烯烴的Michael加成以高達96％的收率得到高達91％ee值的手性季碳產(chǎn)物。 Alexakis等人研究了具有兩個手性碳的聯(lián)吡咯烷類二胺為催化劑的Michael反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其對醛具有較好的催化活性和立體選擇性，但底物酮反應(yīng)較差，ee值在23－74％之間。 Kotsuki等人設(shè)計合成一類吡咯烷與吡啶連接的有機催化劑，對環(huán)己酮類底物的Michael加成表現(xiàn)出高活性和很好的對映選擇性。以大于92％的收率和大于88％的ee值得到產(chǎn)物，但對醛立體選擇性很差，最高只有22％的ee值。 Hayashi小組以二苯基脯氨醇硅醚為催化劑，對醛與硝基烯烴的Michael反應(yīng)進行研究。當醛與硝基烯烴以1：1的摩爾比在室溫或零度反應(yīng)時可以高達99％ee值得到順式產(chǎn)物。 Córdova等人運用手性二胺催化劑(S)-1-(吡咯烷甲基)-吡咯烷催化了4，4-二甲基環(huán)己烯酮和硝基烯烴的Diels-Alder反應(yīng)。在室溫下，以30%的催化劑用量，在THF溶劑中反應(yīng)可得到61~99％收率、ee值為32~86％的二環(huán)加成產(chǎn)物,同時認為該反應(yīng)是通過雙Michael反應(yīng)歷程。
