[发明专利]含有双齿配位基团的氨基酸手性配体、手性催化剂及其对应的制备方法和应用

说明书

本发明涉及含有双齿配位基团的氨基酸手性配体、手性催化剂及其对应的制备方法和应用。本发明的手性配体由廉价易得的氨基酸制备，该类手性配体的发展可以提高手性配体的多样性。该类手性配体只需要一步反应即可简单高效地制备手性Ir(III)催化剂。本发明的手性Ir(III)催化剂是在氨基酸骨架中引入双齿导向基团改变氨基酸与Ir的原有配位模式，增强氨基酸对Ir(III)催化剂手性控制能力。首次设计合成出了该类手性Ir(Ⅲ)催化剂，并将该催化剂成功地应用于手性γ‑环内酰胺的高效不对称合成中，选择性高达99％ee，说明该催化剂具有优越的立体控制能力。

技术领域

本发明属于不对称催化合成领域，具体涉及含有双齿配位基团的氨基酸手性配体、手性催化剂及其对应的制备方法和应用。

背景技术

惰性C-H键的官能团化是化学工作者长期关注的研究领域。C-H键官能团化是将分子中的C-H键直接转化成各类官能团，相对于传统的合成化学而言，C-H键官能团化具有原料易得、原子经济性高、污染少等优点。近年来过渡金属催化的C-H键官能团化反应取得了飞速的发展，已经实现了各类化学键地高效构筑。C-H键官能团化反应的关键问题在于解决C-H键的区域选择性与立体选择性，目前大部分的研究工作集中于解决区域选择性问题。而对于立体选择性C-H键官能团化反应，尤其是不对称C(sp³)-H键官能团化，研究相对较少。究其原因主要是目前可以应用于C(sp³)-H键官能团化的手性催化剂与手性配体的类型相对比较有限。造成该局面的原因可能是多方面的：一是C(sp³)-H键活化所需要的能量相对较高，反应条件比较苛刻，实现过渡态能量区分难度大；二是C(sp³)-H键本身的立体差异很小，要实现高效的立体选择性活化，就需要手性催化剂或配体具有精确的立体控制能力，增加了手性配体或催化剂的设计难度；三是目前对反应机理的研究不够完善，无法为新配体设计提供参考，进一步增加了手性配体或催化剂的设计难度。

铱(Ⅲ)催化剂是一类非常重要的催化剂，已经被应用于对C-H键官能团化研究中。但目前适用的铱(Ⅲ)催化剂种类非常稀少，仅有双胺类、水杨基亚胺、卟啉类、双齿噁唑啉/咪唑啉和人工酶等催化剂可以应用于不对称C(sp³)-H键反应，且该领域的研究主要集中在活化的 C(sp³)-H键，例如：苄位，烯丙位，呋喃α-位等活性位点，而对于非活化的C(sp³)-H键的研究非常缺少。因此，若能设计一款适用于非活化的不对称C(sp³)-H键的反应铱(Ⅲ)催化剂，既可以丰富手性Ir(Ⅲ)催化剂的类型，又可以将该类催化剂应用到各类手性分子的合成中，具有非常重要的科学意义。

氨基酸是最为丰富的手性源，原则上既可以直接作为手性配体或催化剂使用，又可以作为手性前体合成其他类型的手性配体。我们认为如果能将廉价易得的氨基酸骨架引入到新型的Ir(Ⅲ)催化剂的设计合成中，将可以有效丰富Ir(Ⅲ)催化剂的种类。早在1990年西班牙化学家Oro等人将氨基酸应用于Ir(Ⅲ)配合物的合成中，比较遗憾的是合成的Ir(Ⅲ)配合物没有任何的催化效果。目前为止，氨基酸应用于Ir(Ⅲ)催化剂合成中的案例非常少，且大部分氨基酸配体无法有效地控制Ir(Ⅲ)的中心手性，从而只能得到一对非对映异构体，使得氨基酸类配体无法被应用于高效的Ir(Ⅲ)催化剂的开发中。因此，如何利用氨基酸配体合成出具有高效催化活性的Ir(Ⅲ)手性催化剂是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有双齿配位基团的氨基酸手性配体、手性Ir(Ⅲ)催化剂及其对应的制备方法和应用。本发明首先合成了含有双齿配位基团的氨基酸手性配体，并将该手性配体应用于Ir(Ⅲ)催化剂的开发中。为了实现本发明的目的，本发明对氨基酸骨架进行了改造，将双齿基团引入到氨基酸骨架中，改变了氨基酸配体在手性Ir(Ⅲ)催化剂中的催化模型。通过实验结果证实，本发明设计的手性配体可以有效地控制Ir(Ⅲ)催化剂的中心手性，成功地制备具有单一异构体的手性Ir(Ⅲ)催化剂。该类Ir(Ⅲ)催化剂可以有效地应用于非活化C(sp³)-H键官能团化反应中。