手性磷酸介导的不对称光催化Minisci反应

作     者：金松杨 

作者单位：四川大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑柯

授予年度：2021年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：Minisci反应 可见光催化 不对称合成 手性Lewis酸催化 自由基 

摘      要：Minisci反应是由意大利化学家Francesco Minisci于上个世纪70年代所提出的一类经由自由基历程来实现缺电子氮杂芳烃的烷基化、芳基化以及酰基化反应。这一合成方法的实现极大地推动了氮杂芳烃类底物的官能化衍生,鉴于该类结构在一些生物活性分子和药物合成中占据着重要作用,因此在有机合成方法学里一直备受关注。 传统的Minisci反应以烷基羧酸为自由基前体,Ag2+/S2O82-体系作为氧化剂,在过量质子酸同时加热的条件下进行,较为苛刻的反应条件限制了底物范围的拓展。 随着体系的不断优化和发展,更多自由基前体如羧酸、羧酸衍生物、硼酸、卤代烷等均能在简单温和的条件下实现Minisci烷基化反应。然而,自由基还是局限于简单的烷基自由基,其他具有一定活性的自由基如α-胺烷基自由基因其易过氧化的特性使得直到近几年才有课题组采用活性的氨基酸酯作为反应前体,以Lewis酸及可见光协同在温和的条件下实现了具有一定底物广度的氮杂芳环C-H活化α-胺烷基化反应,同时通过手性Lewis酸的引入也实现了该反应历程的不对称化。 有机可见光催化是自2008年后迅猛发展的一类新型绿色有机催化方法,它借助光子的高能量激发反应物,该过程通常由反应体系中加入的光催化剂通过单电子转移或能量转移的方式来完成,当底物或反应中存在的某些中间物质具有光敏活性时,光催化剂也可以被舍去。近几年借由光催化体系实现的Minisci反应层出不穷,大多都采用了光催化剂被激发后活化底物的策略,因为仅需光照便能获得能量引发反应,反应条件得到了很大改善,同时底物兼容性也进一步增强。 基于目前的光催化Minisci反应,我们考虑从底物性质入手在更简单的反应条件下去完成氮杂芳环的α-胺烷基化,同时保持在已知相关报道中表现出的反应活性和底物兼容性。最终,我们以氨基酸的活性酯作为底物,以商品化的手性磷酸作为催化剂,在合适波长的可见光照射条件下,实现了一系列氮杂芳环底物的不对称α-胺烷基化。 通过控制实验得到的结果与底物的光学性质表征,我们发现反应可能经历双自由基偶联历程得到产物,并且是依靠氮杂环底物的活化来引发而非通过传统的自由基源生成自由基再对氮杂环进行进攻。酸催化剂是反应的关键,它与底物之间的多个氢键作用既对底物进行了活化同时又保持反应在具有良好的对映选择性环境中进行。