基于L-脯氨酸的手性3,4-二氨基吡啶氮氧的设计、合成及其在Steglich重排中的应用

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手性催化剂的设计合成是不对称催化的核心问题之一,其中,手性酰基转移催化剂的设计合成一直是有机催化的研究热点之一。在过去的二十多年中,手性DMAP类似物、咪唑类、异硫脲类、甜菜碱和氮杂卡宾类酰基转移催化剂相继报道。自从Vedejs和Fu开创性的合成具有中心手性DMAP和面手性DMAP催化剂用于不对称酰基转移反应,手性DMAP类催化剂得到了极大的发展,一系列具有中心手性、平面手性、螺手性和轴手性的DMAP类似物相继报道出来。这些催化剂均以吡啶氮原子作为亲核位点,关于以手性DMAP-N-O的氧作为亲核位点,通过O-C成键的方式形成氧酰基吡啶正离子中间体实现不对称酰基转移的研究尚未报道。因此,我们以廉价易得的L-脯氨酸为手性源,设计合成了手性3,4-二氨基吡啶氮氧催化剂,由于催化剂吡啶环上引入了两个强给电子能力的氨基,增强了催化剂的活性,此催化剂的催化效果在不对称Steglich重排中得到验证。该催化剂具有原料廉价易得、结构易修饰且合成简单的特点。首先,我们以L-脯氨酸为原料合成了手性酰胺,与3-溴-4-硝基吡啶氮氧反应得到手性3-氨基-4-硝基吡啶氮氧,经过硝基变氯和氨化后合成了手性3,4-二氨基吡啶氮氧催化剂。该催化剂可用于不对称Steglich重排反应。我们以噁唑碳酸酯为模板底物,分别对催化剂、溶剂、温度和添加剂进行筛选。确定手性吡啶氮氧作为催化剂、甲苯为溶剂、4?MS为添加剂,-40 oC下反应。在最优条件下,我们合成了一系列具有高产率(高达97%)和优异对映选择性(高达97%)的C-酰化吖内酯。进行放大量实验(噁唑碳酸酯用量3 mmol),我们仍能得到具有优异结果的C-酰化吖内酯(89%yield,93%ee)。值得一提的是,催化剂在大位阻的叔丁基取代的噁唑碳酸酯的重排反应中表现优异,能够以66%的产率,90%的ee值得到重排产物,这也是叔丁基取代的噁唑碳酸酯发生不对称重排反应的首例报道。通过底物的交叉实验和高分辨质谱检测实验,我们推测出该催化剂催化Steglich重排可能的反应机理。本文中所有新合成的化合物均通过1H NMR,13C NMR,HRMS进行表征,结构正确。本文介绍了基于L-脯氨酸的手性3,4-二氨基吡啶氮氧的设计合成及其在Steglich重排中的应用,可能为手性DMAP氮氧化物在不对称酰基转移反应中的应用打开新的大门。
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