基于壳聚糖结构的手性相转移催化剂设计合成及在不对称催化中应用

As a derivative of chitin which is huge synthesized by biology annually, chitosan is used widely, but as a natural chiral molecules, the value of chitosan in asymmetric catalysis has not been fully developed. Nowadays, the application of chitosan in asymmetric reactions is mainly reflected in the supported metal and organocatalyst chiral catalyst. This project mainly aims at expand the application scope of chitosan in asymmetric synthesis. Herein we plan to synthesize new chiral quaternary ammonium salts as phase-transfer catalysts (PTC) based on chitosan and chiral binaphthol with the structure of the multi-center, and use new PTC in the asymmetric alkylation reaction of N-(diphenylmethylene)glycine tert-butyl ester and asymmetric epoxidation addition and Michael reaction of ketene. Though the introduced in organocatalyst natural chiral molecular, hope to obtain the optimized catalyst in asymmetric catalysis and expect to simplify synthesis step of the efficient chiral catalyst while reducing the cost of synthesis and giving new support for organocatalyst used in the industry production. The successful implementation of the project, not only raises the chitosan additional economic value, but also has a high academic significance.

作为自然界年合成量巨大的甲壳素的衍生物，壳聚糖用途广泛，但作为一个天然手性分子，其手性催化价值并未能得到充分的开发使用。现阶段，壳聚糖在不对称反应中的应用主要体现在负载金属及小分子手性催化剂。 本项目着眼于拓展壳聚糖手性应用范围，将其与手性联萘骨架结构相结合，合成出含多中心结构的手性季铵盐类相转移催化剂，并将其应用于二苯酮亚胺甘氨酸叔丁酯的不对称烷基化反应、烯酮的不对称环氧化反应和不对称Michael加成反应中，以研究多中心结构相转移催化剂在不对称催化中应用前景。同时通过向有机小分子催化剂中引入天然手性分子以达到优化催化剂之目标，并有望简化高效手性催化剂合成步骤，降低其合成成本，为有机小分子催化剂应用于实际生产提供新的支持。本项目的成功实施不仅能提高壳聚糖的附加经济价值，还具有较高学术意义。

作为一个含量丰富的天然手性分子，壳聚糖及其衍生物具有很高的手性催化潜力。本研究着眼于拓展壳聚糖手性应用范围，将其与手性联萘骨架结构相结合，合成出9个基于低聚壳聚糖结构的手性季铵盐类相转移催化剂，并将其应用于不对称催化反应：在二苯酮亚胺甘氨酸叔丁酯与溴苄的不对称烷基化反应中，最高以63%的收率和45%的对映选择性获得产物；在查尔酮的不对称环氧化反应中，最高以72%的收率和40%的对映选择性获得产物；在查尔酮与丙二睛的不对称Michael加成反应中，最高以82%的收率和53%的对映选择性获得目标产物。新型基于低聚壳聚糖结构的手性季铵盐类相转移催化剂的成功合成及应用，扩充了手性相转移催化剂家族种类，简化了基于联萘结构的手性相转移催化剂的合成步骤，同时也为壳聚糖手性价值开发提供一条新的途径。.由于氟原子的特殊性能，含氟化合物在医药、农药、材料化学等方面具有广泛的应用。本研究利用常规二氟烷基化试剂，发展新的二氟烷基化反应，拓展含二氟甲基、二氟亚甲基化合物类型，为含氟新药的研发提供新的选择。首先，相转移催化下实现2-羟基查尔酮与氯二氟乙酸钠的二氟烷基化反应，在温和的条件下，以最高80%的收率获得2-二氟甲氧基查尔酮，同时以最高35%的收率获得一类新型二氟烷基串联加成产物2,2-二氟-2H-苯并呋喃衍生物。其次，实现溶剂控制2’-羟基查尔酮与三苯基磷二氟乙酸盐的二氟烷基化反应：在对二甲苯中，2’-二氟甲氧基查尔酮是主产物最高收率达97%；在乙腈中，新型环加成产物2,2-二氟-3-苯乙烯基-2,3-二氢苯基呋喃-3-醇是主产物最高收率达75%。最后，以氯二氟乙酸钠为二氟甲基化试剂，首次实现微波促进水杨醛肟一锅脱水成腈及二氟甲基化反应，以最高58%收率获得了2-二氟甲氧基苯腈类化合物。本反应无需额外添加催化剂即可向化合物中同时引入二氟甲基和氰基，具有反应迅速、条件温和、操作简便和实用性强的优点。