[发明专利]一类包含二茂铁骨架和刚性螺环结构的手性化合物及合成与应用

说明书

本发明公开了一类包含二茂铁骨架和刚性螺环结构以及平面手性、中心手性、轴手性的新化合物。本发明同时公开了一种制备所述包含二茂铁骨架和刚性螺环结构以及平面手性、中心手性、轴手性的新化合物的合成方法。该方法原料廉价易得，反应条件温和，不使用剧烈的反应条件和对空气、水气敏感的金属试剂以及价格昂贵的过渡金属催化剂，反应工艺简单、易行，对合成、分离所用的装置、设备的要求低。所合成的手性分子，可用作不对称合成反应的优良催化剂或配体，并且具有潜在的药物用途。

技术领域

本发明属于不对称催化合成技术领域，具体涉及一种包含二茂铁骨架的手性化合物及合成与应用。

背景技术

手性是自然界的根本属性。手性化合物广泛存在、作用于自然界中。动植物、微生物体内或代谢产生的天然物，是手性药物的一个重要来源。使用手性催化剂进行催化的不对称合成，是获得对映体纯的手性砌块和手性药物的重要途径，也是对天然手性化合物提取这一途径的突破与补充。手性催化剂包含的手性，在催化反应时可以传递到手性产物分子中。催化剂的手性结构，对获得对映体纯的手性产物至关重要。通常，手性催化剂包含的手性因素不外乎以下四种：中心手性、平面手性、轴手性、螺手性。某些手性催化剂分子中同时包含几种手性因素。具有平面手性二茂铁骨架的双膦配体，例如Xyliphos，自从上世纪90年代末开始至今，被用来生产一种手性除草剂(S)-甲氧毒草胺。这是规模最大的工业化不对称合成过程。轴手性的2,2′-双(二苯基膦基)-1,1′-联萘(BINAP)被用于不对称氢化和异构化过程，以工业规模生产手性薄荷醇。具有二茂铁骨架的手性配体、催化剂是一类被广泛研究、应用的有机小分子。通常，在二茂铁的环戊二烯平面上引入手性，需要在分子中一个环戊二烯的环外预先引入一个手性中心，然后通过锂试剂的锂化作用，以手性诱导的方式来产生平面手性。或者，在二茂铁的一个环戊二烯平面上预先引入一个非手性的导向基团或者反应基团，然后在过渡金属与手性配体的作用下，引入平面手性。发明人经过潜心研究，在本发明中，提出一种使用廉价的D-或L-苯甘氨醇作为手性诱导试剂和拆分试剂，在二茂铁分子中同时引入平面型、中心型、旋转轴型三个连续的手性中心。产物经过柱层析分离，可得到对映体纯的手性目标分子。这些对映体纯的化合物，均经过了核磁共振氢谱、碳谱、高分辨质谱、红外吸收光谱和单晶XRD的测定，并测定了其比旋光度。经过脱水或者还原等反应步骤，可将具有三个连续手性中心的化合物，转化为其他的手性分子，用于催化剂和配体的合成，以及潜在的药物用途。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一类包含二茂铁骨架和刚性螺环结构以及平面手性、中心手性、轴手性的新化合物。本发明的第二个目的在于提供制备一类包含二茂铁骨架和刚性螺环结构以及平面手性、中心手性、轴手性的新化合物的合成方法。该方法原料廉价易得，反应条件温和，不使用剧烈的反应条件和对空气、水气敏感的金属试剂以及价格昂贵的过渡金属催化剂，反应工艺简单、易行，对合成、分离所用的装置、设备的要求低。

为实现上述目的，本发明首先提供一种包含二茂铁骨架和桥环结构以及中心手性的化合物，其具有如下式IV-1和/或IV-2所示的结构式：

其中，IV-1和/或IV-2中，n,m彼此独立地选自1或2，其表示相应的括号内的亚甲基结构单元重复数量；

R选自C_1-20的烃基；

优选地，IV-1和/或IV-2中，n,m均选自1，R选自C_1-20的烷基、C_6-20的芳基、C_2-20的烯基、C_2-20的炔基。特别优选地，R选自苯基。

本发明提供一种制备式IV-1和/或IV-2的方法，包括以下步骤：

(1)二茂铁甲醛或二茂铁乙醛和乙酰丙酸乙酯或乙酰丁酸乙酯为原料，使用合适的有机酸和有机碱作为反应物和催化剂，在溶剂中，在加热条件下进行羟醛缩合反应，得到式I所示的化合物；