具有相转移催化特征的手性-酸性双功能催化剂高效催化合成手性环内酯

Cyclolactone is the most closely related organic compounds with natural musk in the chemical structure. The usage of different chiral cyclolactone is very different. It is very important to realize the efficient chiral synthesis of cyclolactone. To resolve the questions of long synthetic route, low regioselectivity and enantioselectivity, recovery and reuse of catalyst, unfriendly environment and so on, this project will prepare a kind of new chiral-acidic bifunctional ionic catalysts with phase transfer catalysis by introducing different chiral ligand and Bronsted acid center into keleton structure of ionic catalysts,and restructuring of chiral group, Bronsted acid center, substituent group, anion and cation. The new catalysts will be used in asymmetric catalytic Baeyer-Villiger oxidation of cycloketone to one-step and efficient synthesis of chiral cyclolactone. The rate of Baeyer-Villiger oxidation reaction, the conversion of cycloketone,the regioselectivity and enantioselectivity of chiral cyclolactone will be improved. The essential effect laws of the key chiral factors (including chiral species, spatial disorder and group position, etc.) and important acid properties (including acid strength and acid species and acid amount, etc.) on the reaction activity, regional and antipodal selectivity will be revealed. The catalytic oxidation reaction mechanism will be determined. The recovery and reuse of catalyst will be realized. This project will provide a high-efficiency and green synthesis route for chiral cyclolactones.

环内酯是化学结构最接近天然麝香的一类有机物，不同手性环内酯的用途大相径庭，实现环内酯的高效手性合成十分重要。针对目前手性环内酯合成路线长、区域和对映选择性差、催化剂难以回收再用、环境不友好等固有缺欠，本项目以阴阳离子组成的离子型化合物为催化剂的骨架结构，向骨架中引入不同手性基团与Bronsted酸性中心，通过重组各种手性基团、Brønsted酸中心、取代基、阴阳离子的类型，创制新一类具有相转移催化特征的手性-酸性双功能离子型催化剂，用于不对称催化环酮的Baeyer-Villiger氧化反应，一步高效合成手性环内酯，提高Baeyer-Villiger氧化反应的速率、底物环酮的转化率、手性环内酯的区域选择性和对映选择性。揭示新催化剂的关键手性因素、重要酸性质与其活性、区域和对映选择性之间的本质规律，明确新催化氧化反应机理，实现催化剂的分离回收和循环使用，为手性环内酯的高效绿色合成提供新途径。

本项目以阴阳离子组成的离子型化合物为催化剂的骨架结构，向骨架中引入不同手性基团与Bronsted酸性中心，创制了三大类手性-酸性双功能离子型催化剂，用于催化环酮的Baeyer-Villiger氧化反应，一步高效合成了环内酯，并实现了催化剂的分离回收和循环使用。其中，创制的配合物功能化离子型催化剂显著提高了反应的对映选择性，实现了手性环内酯的高效合成。（1）利用L-脯氨酸、L-丙氨酸等多种氨基酸分别与三氟乙酸、磷钨酸等多种质子酸反应，制备出一系列氨基酸类离子型催化剂，用于催化环戊酮的Baeyer-Villiger氧化反应。筛选出最佳催化剂为[Pro]H2PW12O40，环戊酮的转化率为94.21%，δ-戊内酯的选择性为85.32%。该催化剂在每次分离时会有少量损失，循环使用3次后，环戊酮转化率下降约10%。（2）以多种氨基醇为原料合成出一系列酸功能化氨基醇类离子型催化剂，用于催化2-庚基环戊酮的Baeyer-Villiger氧化反应。筛选出最佳催化剂为[Pro-H]H2PW12O40，2-庚基环戊酮的转化率为95.37%，δ-十二内酯的选择性为76.04%。该催化剂可循环使用6次，其催化活性基本保持不变，且该催化剂对催化环酮的Baeyer-Villiger氧化反应具有较好的底物普适性。（3）以环己二胺为手性源，合成出一系列配合物功能化离子型催化剂，用于催化3-苯基环丁酮的Baeyer-Villiger氧化反应。筛选出最佳催化剂为[Co-(NO2-salen-N-butylimidazole)][Cl]2，3-苯基环丁酮的转化率可达95.80%，3-苯基丁内酯的产率为74.45%，ee值为63.18%。该催化剂具有较好的重复使用性能，其循环使用6次，目标产物内酯的产率仅略有降低。在此基础上，还进行了离子型相转移催化剂催化伯醇氧化制备羧酸等方面的研究，拓展了此类催化剂的应用范围。