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研究生: 黃展輝
Chan-Hui Huang
論文名稱: 酮、醛及高活性烯類的有機不對稱 Michael 加成反應之研究
Investigation of Asymmetrically Organocatalytic Michael Additions of Ketones and Aldehydes toward Active Alkenes
指導教授: 林文偉
Lin, Wen-Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 270
中文關鍵詞: 不對稱Michael 加成反應連續性反應烯類
英文關鍵詞: Asymmetrical, Ketones, Aldehydes, Michael Addition, Domino reaction, Alkenes
論文種類: 學術論文
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  • 本篇碩士論文分為三個主題。在第一個主題中,我們探討酮類 4 與雙甲酯烯類 12 的 Michael 加成反應。由於過去文獻中,此類型反應的活性相當不好,所以,我們嘗試將我們實驗室開發的催化劑應用在此反應中。經過各項條件仔細地篩選,在不須添加劑的溫和條件下,與環己酮 4a 反應可得到產物 11,產率:10-95%,非鏡像異構物比:75/25->95/5,鏡像超越值:32-96%;與其他酮類 4 反應可得產物 34,產率:74-83%,非鏡像異構物比:70/30-80/20,鏡像超越值:63-93%。
    在第二個主題中,我們將重心放在 1,3-茚二酮(1,3-indandione)的烯類衍生物 56a 與環己酮 4a 所進行的 Michael 加成反應。除了一般常見地一次 Michael 加成產物外,我們發現環己酮 4a 對 1,3-茚二酮烯類衍生物 56a 進行完 Michael 加成反應後,可再次進行 Aldol 加成之連續性反應,最終可得具有五個掌性中心的 9-雙環[3.3.1]壬酮(bicyclo[3.3.1]nonan-9-one)衍生物 58/59。然而,研究過程並沒有相當順利,經催化劑、溶劑、添加劑、掌性、非掌性…等等條件篩選後,卻一直沒有重要進展,故第二主題仍需要往後更進一步的研究。
    接著,在第三個主題中,我們將重心放在環己酮 4a 與苯甲醯乙腈(benzoylacetonitrile)烯類衍生物 60 的新類型反應。在以掌性一級胺作為催化劑的條件下,產生了具三個掌性中心的全取代二氫哌喃(full substituted dihydropyrans) 62,產率:32-90%,非鏡像異構物比:3.2/1-9.0/1,鏡像超越值:60-96%。此外,我們發現醛類61 必須使用掌性的二級胺作為催化劑,才能夠進行反應,得到產物 63,產率:75-87%,非鏡像異構物比:1/1.3-1/3.0,優異的鏡像超越值:83-95%。

    The thesis is divided into three parts. In first part, the investigation of Michael addition reactions of ketone 4 towards alkylidene dimethylmalonates 12 was carried out. Due to the reported results regarding to the low reactivity in literature, we therefore decided to start our study using the catalysts developed in our group. After careful optimization of reaction conditions, we found that all the desired products 11 and 34 were smoothly generated in the presence of our developed catalyst without any additive (11: 10-95% yields, 75/25 to 95/5 dr, 32-96% ee; 34: 74-83% yields, 70/30 to 80/20 dr, 63-93% ee).
    In second part, we turned our attention to the asymmetric Michael addition reactions of cyclohexanone (4a) to alkylidene indandione such as 56a. The unexpected, organocatalytic domino reaction (Michael addition/Aldol addition) of cyclohexanone (4a) and alkylidene indandione 56a underwent smoothly to provide interesting bicyclo[3,3,1]nonan-9-one analogs 58 and 59 with five stereocenters. However, there is no further improvement for the synthesis of 58 and 59 after the screening of catalysts, solvents, additives, or etc. The reaction conditions should be optimized in future study.
    A new type of domino reactions of cyclohexanone 4a to alkylidenes of benzoylacetonitrile 60 was studied in the third part. In the presence of chiral primary amine as an organocatalyst, fully substituted dihydropyrans 62 with three stereogenetic centers can be afforded in 32-90% yields, with good stereoselectivities (3.2/1 to 9.0/1 dr; 60-96% ee). On the other hand, it is necessary to utilize a chiral secondary amine as an organocatalyst to promote the domino reactions of aldehydes and alkylidenes of benzoylacetonitrile 60 to furnish the corresponding adducts 63 in good yields (75-87%) with moderate diastereoselectivities (1/1.3-1/3.0 dr) and high enantioselectivities (83-95% ee).

    簡歷 i 摘要 - 1 - 前言 - 4 - 第一章 以含硫分子作為酮類對雙酯乙烯類(Alkylidene Malonate) Michael 加成的有機催化劑 - 11 - 1-1 文獻回顧與探討 - 11 - 1-2 研究動機 - 16 - 1-3 實驗結果與討論 - 18 - 1-3-1 反應條件篩選 - 18 - 1-3-2 官能基變化與此 Michael 加成反應關聯性探討 - 22 - 1-3-3 反應過渡態討論 - 24 - 1-3-4 結論 - 25 - 1-4 實驗部分 - 26 - 1-4-1 分析儀器及基本實驗操作 - 26 - 1-4-2 不對稱加成之一般步驟 - 27 - 1-4-3 產物光譜數據 - 28 - 第二章 以 1,3-茚二酮(1,3-indandione)烯類衍生物作為起始物的新穎不對稱有機合成 - 35 - 2-1 文獻回顧與探討 - 35 - 2-2 研究動機 - 39 - 2-3實驗結果與討論 - 40 - 2-3-1 掌性條件篩選 - 40 - 2-3-2 非掌性條件篩選 - 50 - 2-3-3 結論 - 54 - 2-4 實驗部分 - 56 - 2-4-1分析儀器及基本實驗操作 - 56 - 2-4-2加成反應之一般步驟 - 57 - 2-4-3 產物光譜數據 - 58 - 第三章 苯甲醯乙腈(benzoylacetonitrile)烯類衍生物作為起始物的新穎不對稱有機合成 - 62 - 3-1 文獻回顧與探討 - 62 - 3-2 研究動機 - 66 - 3-3實驗結果與討論 - 67 - 3-3-1 起始物 60 與 環己酮 4a 間的反應探討 - 67 - 3-3-1-1 反應條件篩選 - 67 - 3-3-1-2 官能基變化與此反應關聯性探討 - 73 - 3-3-1-3 反應過渡態探討 - 75 - 3-3-2 起始物 60 與醛類 61 間的反應探討 - 76 - 3-3-2-1 反應條件篩選 - 76 - 3-3-2-2官能基變化與此反應關聯性探討 - 80 - 3-3-2-3 反應過渡態探討 - 81 - 3-3-3 結論 - 82 - 3-4 實驗部分 - 83 - 3-4-1分析儀器及基本實驗操作 - 83 - 3-4-2 不對稱加成之一般步驟 - 84 - 3-4-3 產物光譜數據 - 85 - 參考文獻 - 100 - 附錄一 1H-NMR、13C-NMR 光譜圖及 HPLC 層析圖 - 103 - 第一章 以含硫分子作為酮類對雙酯乙烯類(Alkylidene Malonate) Michael 加成的有機催化劑 - 104 - 1H-NMR、13C-NMR 光譜圖 - 105 - HPLC 層析圖 - 132 - 第二章 以 1,3-茚二酮(1,3-indandione)烯類衍生物作為起始物的新穎不對稱有機合成 - 146 - 1H-NMR、13C-NMR 光譜圖 - 147 - HPLC 層析圖 - 154 - 第三章 苯甲醯乙腈(benzoylacetonitrile)烯類衍生物作為起始物的新穎不對稱有機合成 - 157 - 1H-NMR、13C-NMR 光譜圖 - 158 - HPLC 層析圖 - 197 - 附錄二 X-ray 單晶繞射 結構解析數據 - 219 - 化合物 57 之 X-ray 單晶結構 - 220 - 化合物 58 之 X-ray 單晶結構 - 228 - 化合物 59 之 X-ray 單晶結構 - 236 - 化合物 62b 絕對立體組態之 X-ray 單晶結構 - 244 - 化合物 63d 絕對立體組態之 X-ray 單晶結構 - 253 - 附錄三 期刊發表 - 260 -

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