无水碘化氢的制备及其与α,β-不饱和羰基化合物的不对称共轭加成反应研究

Caused by their high and various reactivities, β-iodocarbonyls have great potential in organic synthesis. The conjugate addition of hydrogen iodide to α,β-unsaturated carbonyls is one of the most efficient methods for the preparation of β-iodocarbonyls. However, the investigation about this reaction is still in the initial stage, and its asymmetric version has not been reported. The main limitation on the further research of this reaction is the difficulty of the anhydrous hydrogen iodide preparation. We will develop some efficient transitional metal catalysts to promote the direct reaction of hydrogen and iodine in organic solvent, and realize the convenient preparation of anhydrous hydrogen iodide under mild conditions. With anhydrous hydrogen iodide in hand, we will investigate its’ conjugate addition to α,β-unsaturated carbonyls, and establish some efficient chiral catalysts for this reaction. Finally, we will combine these two catalytic procedures into one reaction system and realize the direct conversion of hydrogen, iodine and α,β-unsaturated carbonyls into β-iodocarbonyls enantioselectively. Additionally, some of the chiral β-iodocarbonyls will be derived into chiral β-aminoacids.

β-碘代羰基化合物具有较高而且多样的反应活性，在有机合成中具有广阔的应用前景。碘化氢对α,β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应是合成此类分子最有效的方法之一。目前对此反应的研究还处于初始阶段，其手性形式也未见报道。制约该反应研究进一步深入的关键因素在于无水碘化氢难以获得。因此，我们将发展高效的过渡金属催化剂，实现有机溶剂中氢气与碘单质在温和条件下反应，方便地制备无水碘化氢有机溶液。在此基础上，我们将对碘化氢与α,β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应进行系统研究，建立该反应的高效不对称催化体系。最后，我们将把上述两个反应有机地整合到同一个反应体系中，实现由氢气、碘单质、α,β-不饱和羰基化合物这三类物质向高光学纯度的手性β-碘代羰基化合物的一步转化。此外，我们还将对所生成的部分手性β-碘代羰基化合物进行衍生化，以其为原料完成手性β-氨基酸等分子的合成。

在项目基金的支持下，我们对“无水碘化氢的制备及其与α,β-不饱和羰基化合物的不对称共轭加成反应研究”进行了系统的研究工作，并取得了很好的结果。.通过研究发现：铑和膦配体的配合物能够有效地催化H2和I2在有机溶剂中生产无水HI。在优化后的反应条件下，Rh催化剂具有良好地催化活性，同时在该催化条件下原位生成的无水HI能够顺利地与烯、炔、醛、醇、环醚和酮等有机化合物发生氢碘化反应，得到系列有机碘代物和一些高值化学品。研究表明，在Rh(COD)2BF4/rac-BINAP的催化下分子氢和碘能够生成无水HI，并能够与苯乙烯、脂肪族烯烃和共轭烯烃原位发生氢碘化反应得到系列碘代物，产率最高可到97%。同样，在[Rh(COD)Cl]2/PPh3、Rh(COD)2OTf/rac-BINAP和Rh(CO)2(C5H7O2)/ Cy3P的催化下分子氢和碘能够生成无水HI，并能够分别与醛、醇和环醚类化合物原位发生氢碘化反应，得到系列苄基碘化物（up to 99% yield）、脂肪族碘代烷（up to 74% yield）和脂肪族碘代醇（up to 90% yield）等高值化学品。该方法实现了有氢气、碘单质和不饱和化合物一步操作高效、便捷合成有机碘代化合物。.为进一步扩展该反应的底物适用性，我们对炔烃的氢碘化反应进行了研究。研究发现，在Rh(CO)2(acac)/Cy3P的催化下分子氢和碘能够生成无水HI，同样可以可苯乙炔、脂肪族炔烃和共轭炔烃发生氢碘化生成单取代的碘代烯烃（up to 93% yield）。接着，我们对苯乙酮类化合物进行研究，在Rh(CO)2(acac)/dppb配合物的催化下，苯乙酮、氢气和碘单质可以生成1,3-二芳基丁酮类化合物（up to 72% yield）。在该反应条件下原位生成的HI促进苯乙酮生成1,3-二芳基丁酮。.基于该基金资助，我们以发表SCI论文25篇，申请并受理中国发明专利2项，授权美国专利1项。总体来说，我们已经较好的完成了该项目研究工作。