本发明属于有机化学技术领域，尤其是涉及基于2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的硫/硒化合物及其制备方法和应用。
背景技术：
手性的有机硒/硫化合物是一类非常重要的有机物。这类化合物不仅广泛存在于活性天然产物及药物分子中，而且也是一类非常重要的催化剂，它能够作为路易斯碱催化剂催化各种各样的反应。目前，手性有机硒/硫化合物催化剂主要是以binam为基本骨架的化合物。虽然这类化合物在一些反应中表现出了很好的催化效果，但同时在很多位阻较小的反应中，无法实现其高对映选择性得到反应产物。因此，需要发展新型骨架的手性的有机硒/硫化合物来弥补和补充binam为基本骨架的硒/硫化合物的不足。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种条件温和、可控性好、稳定性好、重复性好及催化活性好的，基于手性2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的硫/硒化合物的制备方法及应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于2,2’,3,3’-四氢-1,1’-螺双[茚]骨架的硫/硒化合物，其特征在于，其化学结构式为式(i)或(ⅱ)：
其中，a为o或n；b为s或se；r为烷基胺基。
优选地，所述的烷基胺基选自二异丙基氨基、二甲氨基、二仲丁基氨基、双(1-苯乙基)氨基、二甲氨基、二乙氨基或二丙基氨基中的一种。
优选地，其化学结构式为以下其中之一：
基于2,2’,3,3’-四氢-1,1’-螺双[茚]骨架的硫/硒化合物的制备方法，该方法为，
以基于2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的胺类化合物为原料，将其溶解于有机溶剂中，再加入正丁基锂进行反应，再向其中加入二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺或二氯-n,n-二甲基亚磷酰胺进行反应，最后加入硒粉或硫粉反应后，即得到产物；或者，
以基于2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的醇类化合物为原料，三氯化磷在三乙胺的作用下与烷基胺反应后，再向其中加入原料，最后加入硫粉或硒粉，反应后即得到产品。
优选地，基于2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的胺类化合物为手性n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺，具体制备方法为：
(1)称取手性n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺于干燥的反应瓶中，取干燥的四氢呋喃将其溶解后再向其中滴加正丁基锂溶液，接下来向其中加入二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺或二氯-n,n-二甲基亚磷酰胺继续反应；
(2)在惰性气氛下向上述(1)的反应中加入硒粉或硫粉，反应结束后，再经过过滤、真空浓缩、硅胶柱层析、再次真空浓缩、抽干处理，制备得到产品。
优选地，所述手性n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺与正丁基锂、二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺或二氯-n,n-二甲基亚磷酰胺、硒粉或硫粉的摩尔比为1:1-3:1-3:2-4。
优选地，步骤(1)中手性n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺在-30℃至-78℃下滴加正丁基锂，然后缓慢升至室温反应0.5-2小时，再将反应至于-30℃至-78℃下向其中加入二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺或二氯-n,n-二甲基亚磷酰胺，然后缓慢升至室温反应0.5-2小时；
步骤(2)中过滤需垫有少量的硅藻土，真空浓缩时控制温度10℃-25℃，硅胶柱层析时pe:ea＝80:1-10:1，rf＝0.6，抽干时控制真空度为5-25mmhg。
优选地，基于2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]骨架的醇类化合物为2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇，所述的烷基胺选自二异丙胺或二仲丁胺一种，具体制备方法为：
(1)在无水无氧条件下，将三乙胺滴加到三氯化磷的二氯甲烷溶液中，再向其中加入烷基胺，室温下反应一定时间；
(2)加入2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇充分反应，然后在惰性气氛下向反应体系中加入硫粉或硒粉反应，待反应结束后，再经过过滤，下层清液真空浓缩、硅胶柱层析纯化，抽干处理，即制备得到产品；
所述2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇与三乙胺、三氯化磷、烷基胺、硫粉或硒粉的摩尔比为1：2-4：1-3：1-3：2-4。
优选地，步骤(1)三乙胺加入到三氯化磷的二氯甲烷溶液中时温度控制为-5至10℃，缓慢升至室温后加入烷基胺，室温下反应时间控制在3-5小时；
步骤(2)加入2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇，反应0.5-1.5小时后加入硫粉或硒粉室温下反应2-4小时。
所述的基于2,2’,3,3’-四氢-1,1’-螺双[茚]骨架的硫/硒化合物在不对称硒芳基化反应中的应用，包括但不限于硫芳基化/环化或硫芳基化/重排反应等反应中进行应用。
本发明制备得到的手性的有机硒/硫化合物，由于spiro及spiram的螺二氢茚骨架具有稳定性高、同时具有c2-对称性、刚性强，且易于修饰和改造等特点，使得新合成的硫/硒催化剂在很多反应中的反应活性及立体控制性好。另外，我们选择磷-硒或磷-硫键合方式，这样se或者s能够提供孤对电子，作为路易斯碱或者氧族之间的弱相互作用点，同时磷原子被氧化为相对稳定的五价磷，这样一个结构既保证了反应活性，同时对水及空气又不敏感。该催化剂可以在不对称反应中得到很好的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)反应条件温和，稳定性好，对空气，水及温度都不敏感，一类新型骨架的硒/硫催化剂。
(2)本发明制备得到的手性的有机硒/硫化合物可以用作催化效果较好的催化剂应用于硫芳基化等反应中，具有很好的应用前景。由于spiro及spiram的螺环骨架的刚性特点，使得新合成的硫/硒催化剂在很多特定的反应中的反应活性及立体控制性好，适合的反应类型也将不同于binam骨架的催化剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
称取(s)-n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺(1.47mmol)于干燥的反应瓶中，将其放置-78℃的低温反应器中取重蒸的四氢呋喃(9.5ml)将其溶解，再向其中逐滴加入正丁基锂(2.0mmol)，之后将反应瓶拿到室温下反应0.5小时，接下来再将反应瓶放置-78℃的低温反应器中并向其中加入二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺(1.47mmol)，之后将反应瓶拿到室温下反应0.75小时。
接下来在惰性气氛下向上述反应中加入硒粉(4.41mmol),在室温下反应2小时。反应结束后，用漏斗过滤得到下层清夜后真空浓缩，浓缩时控制温度15-20℃，硅胶柱层析纯化pe:ea＝20:1,rf＝0.6，真空浓缩，抽干时控制真空度为5-25mmhg，制备得到(s)-12-(二异丙基氨基)-11,13-二甲基-4,5,6,7,11,13-六氢二茚并[7,1-de:1’,7’-fg][1,3,2]二氮磷环素12-硒，为白色固体，总产率67％。
整个制备工艺过程可以采用反应进程表示：
(s)-12-(二异丙基氨基)-11,13-二甲基-4,5,6,7,11,13-六氢二茚并[7,1-de:1’,7’-fg][1,3,2]二氮磷环素12-硒化合物的化学结构式为：
表征数据为：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.45(d,j＝8.0hz,1h),7.29–7.21(m,1h),7.21–7.05(m,4h),3.63-3.52(m,2h),3.16-3.07(m,,1h),3.01–2.80(m,8h),2.72(dd,j＝15.5,8.0hz,1h),2.26(dd,j＝11.9,6.5hz,1h),2.10(ddd,j＝18.3,11.5,7.5hz,2h),1.69–1.49(m,1h),1.35(d,j＝6.8hz,6h),0.92(d,j＝6.8hz,6h).
13cnmr(101mhz,cdcl3)δ149.45,145.21,143.46,143.20,142.08,137.99,128.65,128.12,127.47,127.39,124.04,122.54,61.11,48.58,43.86,43.76,41.00,39.76,35.43,30.26,30.10,24.83,23.01.
[α]d20＝-215.4(c＝1.0,chcl3).
实施例2：
将实施例1中的硒粉换成硫粉，就可得(s)-12-(二异丙基氨基)-11,13-二甲基-4,5,6,7,11,13-六氢二茚并[7,1-de:1’,7’-fg][1,3,2]二氮磷环素12-硫化合物总产率为66％，反应式如下所示：
表征数据为：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.40(d,j＝8.0hz,1h),7.27–7.20(m,1h),7.19–7.04(m,4h),3.46-3.35(m,2h),3.15–3.06(m,1h),3.01–2.80(m,8h),2.73(dd,j＝15.5,8.0hz,1h),2.25(dd,j＝11.9,6.5hz,1h),2.16–2.02(m,2h),1.66–1.52(m,1h),1.33(d,j＝6.7hz,6h),0.94(d,j＝6.8hz,6h).
13cnmr(101mhz,cdcl3)δ149.18,145.16,143.37,142.38,138.55,128.54,127.99,127.47,127.42,123.72,122.37,61.04,48.20,42.37,42.28,40.97,39.44,35.48,30.25,30.07,24.67,22.86.
[α]d20＝-269.0(c＝1.0,chcl3).
实施例3：
将实施例1中二氯-n,n-二异丙基亚磷酰胺换成二氯-n,n-二甲基亚磷酰胺，将(s)-n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺换成(r)-n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺就可以得到(r)-12-(二甲基)-11,13-二甲基-4,5,6,7,11,13-六氢二茚并[7,1-de:1’,7’-fg][1,3,2]二氮磷环素12-硒化合物，总产率为76％，反应式如下所示：
表征数据为：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.45–7.35(m,1h),7.27(t,j＝7.7hz,1h),7.23–7.16(m,2h),7.12(dd,j＝7.2,1.5hz,1h),6.98–6.89(m,1h),3.16–3.08(m,1h),3.05–2.93(m,1h),2.90–2.63(m,8h),2.46–2.14(m,8h),2.08–1.99(m,1h),1.80–1.71(m,1h).
13cnmr(101mhz,cdcl3)δ150.12,145.27,144.16,143.27,141.67,137.27,128.53,128.13,127.87,125.68,124.44,122.72,60.69,42.01,41.92,39.44,38.01,37.22,36.89,36.86,30.45,30.38.
[α]d20＝+198.4(c＝1.0,chcl3).
实施例4：
将实施例1所用原料(s)-n7,n7'-二甲基-2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二胺换成2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇，反应开始阶段，0℃下将三乙胺逐滴加入到三氯化磷的二氯甲烷溶液中，升至室温后加入二异丙胺，反应5小时后加入2,2',3,3'-四氢-1,1'-螺双[茚]-7,7'-二醇，反应1小时后加入硒粉室温下反应3小时，就可以得到12-二异丙基胺-4,5,6,7-四氢螺双[茚][7,1-de:1',7'-fg][1,3,2]二氧磷环素12-硒化合物，总收率为55％，反应式如下所示：
表征数据为：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.26(t,j＝7.7hz,1h),7.23–7.12(m,3h),7.08(d,j＝7.5hz,1h),6.89(d,j＝7.9hz,1h),3.80–3.71(m,2h),3.13–3.03(m,2h),2.82(dd,j＝16.1,7.9hz,2h),2.27(dd,j＝12.0,6.3hz,1h),2.19(dd,j＝12.1,6.3hz,1h),2.07–1.93(m,2h),1.38(d,j＝6.9hz,6h),0.85(d,j＝6.7hz,6h).
13cnmr(101mhz,cdcl3)δ146.25,146.12,145.47,145.31,143.67,140.26,140.06,127.99,127.92,123.26,122.94,122.36,122.24,59.44,59.42,48.10,38.77,38.24,30.64,30.50,21.96,21.58.
[α]d20＝-228.2(c＝1.0,chcl3).
实施例5：
将实施例4所用硒粉换成硫粉，就得到12-二异丙基胺-4,5,6,7-四氢螺双[茚][7,1-de:1',7'-fg][1,3,2]二氧磷环素12-硫化合物，总收率为46％，反应式如下所示：
表征数据为：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.27–7.21(m,1h),7.19-7.12(m,3h),7.07(d,j＝7.5hz,1h),6.88(d,j＝7.9hz,1h),3.74-3.62(m,2h),3.12-3.03(m,2h),2.81(dd,j＝16.1,7.9hz,2h),2.27(dd,j＝12.0,6.3hz,1h),2.19(dd,j＝12.0,6.4hz,1h),2.07–1.92(m,2h),1.35(d,j＝6.6hz,6h),0.85(d,j＝6.7hz,6h).
13cnmr(101mhz,cdcl3)δ146.22,146.18,145.72,143.67,140.28,140.05,128.01,127.97,123.03,122.80,122.24,122.21,59.36,59.34,47.78,47.73,38.69,38.31,30.63,30.54,21.98,21.96,21.93.
[α]d20＝-258.7(c＝1.0,chcl3).
实施例6
将实施例2中合成的化合物作为催化剂1，用于不对称的硒芳基化/半片那醇重排反应中，可以得到68％收率及42％ee值；相比之下，如果使用现有的联萘胺骨架的催化剂2，只能得到8％ee值。可知，新合成的化合物具有明显的优势。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。