（有机化学专业论文）n取代戊二醇类手性配体的合成与表征.pdf

王珏了碡基l 中文摘要 i i i i i i i i i i i i i i i 删i i 1 1i i i i i i i i i i i i 黼 中文摘要 近2 0 年来，在不对称合成领域中，采州催化剂或化举计量的手一| 生 毽化剡送行币对舔反志酝究蕤为涵跃，饺该镶域成为当浚漾嚣有规合戏 仡学研究热点。本沦文重点研究的手性配体怒柬自于手性催化剂进行不 对称m p v 还原反应中的配体。本文选择了c i ，c h 妒o c h 3 三种取代基埘 该醚馋进行了取饯，其合成方法是臻过量彝宅( r ) 一( + ) 苯蒺环氧乙娩帮 带有三种取代基的苄基胺在1 2 0 摄氏发下搅拌反应1 3 个小时，得到带肖 异构体的粗产物然后用柱层柳法进行分离提纯，得到三种乎性化合物 c 2 3 f 1 2 4 n o z c i ，c 2 4 h 2 7 n 0 2 ，c 2 4 h 2 7 n 0 3 ，噩l 三枣争予整 乞会甥翱螽方法麓挚， 但分离技术复杂均具有旋光性，它们为迸步考察其配体的空间结构对 不对称催化还原的影响及规律性提供了潜在的配体通过元素分析，液 稿色潞，氢：癸竞游，孩磁共薮谱，矮港葙数字旋毙仪等表征孚段，可以证 明所得化合物足我们所期望的产物，且未见报道。 关键溺：手瞧醚傣合成分鬻 i i 置i _ j i 瞄i i i i i i i i i i i 1 黼g 窖：坚：詈i i i 黼搿i i i i i i 宣篇赫躺麓i i i i i i i i 赫黼i 宣篁黼誓i 昔i i i i i i 黼黼黼岛i i i i i i i 黼搿i i i i i i i 黑圈i i i i i i i i i _ a b s t r a c t i nr e c e n t2 0y e a r s ，t h ed i s c o v e r yo fm o r ea c t i v ec h i r a lc a t a l y s t s a n dm o r ee f f i c i e n th y d r o g e nd o n o r sh a sg i v e nt h ep o s s i b i l i t yo fo b t a i n i n g h i g hr e a c t i o nr a t e su n d e rm i l dc o n d i t i o n s t l l 。m e e r w e i n p o n n d o r f - v e r l e y r e d u c t i o n e n j o y s a p r o m i n e n t h i s t o r i c a l p o s i t i o n i n s y n t h e s i s m e t h o d o l o g y , a n d m i l d e rv a r i a n t so ft h i s p r o c e s su t i l i z i n g t r i v a t e n t s a m a r i u m ( 1 1 1 ) c a t a l y s t sc o n t i n u et oi m p r o v e t h eu t i l i t yo ft h i sr e a c t i o nf o rt h e r e d u c t i o no fk e t o n e s + t h el i g a n d ( r ，r ) l + ，g i v i n gt h eh i g h e s ts e l e c t i v i t i e sf o r t h em p vr e d u c t i o n ，s 。w es y n t h e s i z e dt h r e ec h i r a t l i g a n d sw h i c hc o m e f r o mt h e l i g a n d ( r ，r ) l + a n e a tm i x t u r eo f b e n z y l a m i n e a n d ( r ) * ( + ) p h e n y l o x i r a n ew a s s t i r r e da tr o o m t e m p e r a t u r e f o r5m i n u t e sa n dt h e n 敷1 2 0 、c f o r1 3h 。t h er e a c t i o nm i x t u r ew a s c h r o m a t o g r a p h e dw i t hc o l u m o f s i l i c a g e l a n d s y n t h e s i z e d t h r e en e wc h i r a l l i g a n d c 2 3 h 2 4 n 0 2 c i ，c 2 4 h 2 7 n 0 2 ，c 2 4 h 2 7 n 0 3 t l ey i e l do f a l lt h el i g a n d sw a sg o o d t h e y h a v eb e e ni d e n t i f i e dt oh a v eo p t i c a lp o w e r b ye x a m i n i n g ， o nt h e b a s i so fe l e m e n t a l a n a l y s e s ，i n f r a r e d ，i rs p e c t r u m ，1 h n m r a n d m a l d i t o f m s ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h e s ec o m p l e x e sw e r e w h a tw ew a n t a n dh a v en o tb e e n r e p o r t e d 。 薹( e yw o r d s ：c h i r a t i t yl i g a n ds y n t h e s i s r e s o l u t i o n - 1 1 第1 荜绪论 第 章绪论 手性工程在近2 0 年来倍受人们青睐，逐渐成为有槐化学的前沿领域 之一，而手性工程中的不对称能化，更是以其独特的魅力，引起世界各圈 有关辩疆太量麴兴趣，不对稳德纯一般为溺瘸合瑾设诗秘手缝会矮缀合 物，柬精确地区分左右手两种谶攻方式，从而产：生高旋光纯度的化合物 手性是自然界普遍存在的现象，如氨基酸，糖，生物碱等均为手性分子， 诲多弱窃，食晶添酝裁，昆虫经怠素等也郝爱手性傀合貔。手。凌凌爨褒 与，土物活性相关的领域中起着鬣要的作用，然而其两个对映体的性质往 往不尽相同，有时甚至截然棚反。如非掰体消炎镇痛药物蔡普生，其8 秘擞酶菱效为r 麴壁夔2 8 镪。这裁瞳褥医麓，豪药，食燕添藏奏l 等熬 生产逐渐向光学纯的方向发展。在过去很长一段时间内，光学纯物质只 能靠生物，酶或拆分的方法获得。近年来，随着新的合成方法和先进的 分缀援术麴塞襞，夫察l 霹激邋l 窭不跽穆爱成，蠢竣舍躐獒奄莱些特定稳 型的光学纯物质。 在不对称合成反应中，不对称催化是获得平性化合物最有效也是最有 糕戆方法之一。它霹溺多量囊冬手毪疆纯裁籀弼大羹凝麓光学添瞧貔凌， 既避免了用一般合成方法得到的外消旋体的繁琐拆分，又不象化学计燎 不对称合成那样需骚手性试剂，因此得到了人们的广泛关注。几十年来， 不对称缆纯款无羽有，发震缀妖。8 0 年代中潮，治疗糖惫森瘸翡餐效筠 l - d o p a ，农药杀虑剂除菊酯以及香料l 。薄菏醇等的工业化生产均取得 了成功，充分说明不对称催化反应具有广阔的应用前景。不对称催化合 藏豹孩心海运楚魏露设诗与含藏赢对映选择瞧霉瑶簇耽活僚麓壤纯裁。 在手性金属络合物的设计中，主要为出众属中心和手性配体组成的 化学酶决定其偻化活性的是念淄中心，丽决定其立体选择筻皇的则是具巍 黑龙江大学硕士学位论文 特殊立体结构的手性配体，因此配体的选择与合成往往直接影响手性识 别的效果利用手性催化剂催化不对称d i e l s a l d e r 反应引入新的手性中 心可以合成许多对映选择性高的有重要应用价值的手性化合物，近几十 年来对这类反应的研究特别多在过渡金属催化的不对称氢化反应中，手 性配体作为手性诱导试剂对产物的光学纯度起着关键性的作用，并应用 于许多重要药物( 如左旋多巴，萘普生，却洛芬) 及天然产物( 如橙花醇等) 的工业合成但仍有不少具体反应的反应活性及对映选择性不太理想因 此设计及开发新的手性配体一直是不对称合成的一个重要和活跃的领域 近2 0 年来，在不对称合成领域中，采用催化剂或化学计量的手性催化剂 进行不对称催化反应研究甚为活跃，取得了巨大进展，出现了具有工业 生产价值的手性催化剂和不对称合成方法，并应用于大规模制各光学 活性的对映异构体药物，使该领域成为当前国际有机合成化学研究热点。 不对称催化合成的关键是如何设计和合成高对映选择性和催化活性 的手性配体是手性催化剂产生不对称诱导和控制的源泉。在一般情况下， 由于反应物构型，构象，聚集状态以及溶剂化形式等因素的影响，一个 反应可能存在多种反应途径，生成多种产物，包括构型不同的立体和对 映异构体。为了达到不对称合成的目的，就必须设法减少反应的可能途 径，得到单一的反应产物，因此图内外科学家设计和合成了各种类型的 手性配体，其中具有旋转对称轴的配体和催化剂在不对称催化反应中表 现出高立体选择性和催化活性，引起了人们的极大关注和浓厚兴趣。 据现有的经验，不对称诱导效果较好的手性配体应能在催化活性中 心周围构造一种特别的空间环境，以调整反应物分子的空间取向，形成 特定的反应通道，控制反应进程，从而达到高立体化学选择性的目的。 优秀的手性配体除了与中心会属有恰当的配位作用外，配体分子中的其 它部位或官能团与反应底物分子之间的次级相互作用也很重要。因此， 第1 章绪论 手性配体的研制便成为解决核心问题的关键。在露前已缀合成的手性酝 俸中，包括手槛猫，手性毅，手性醇，手浚亚飒，手缝环戊二浠等，其 中研究最早，最广泛，并已成功用于m _ , i k 化生产的则是手性膦配体。 从e v a n s 报道手性钐催化裁进行i i 对称m e e r w e i n - p o n n d o r f - v e r l e y 述潦反应，m e e r w e i n p o n n d o r g v e r t e y 还原及旋在有视合成中占有重要的 位鼢，使用三价镧系金属催化荆可大大提高酮还原反应的对映选择性。 本文主要介绍用手憔配体于三馀钐络合成蠼化裁在室遗下催化m p v 逐 e a t a s t ： 卟 c 2 凝获痤。手缝钐缳诧裁楚由耪涮备的三谈能钐和二配位，三配位豹酝体 进行络合，然后在2 5 摄氏度进行催化还原苯甲酮，异丙醇作为氢源。见 式2 - 1 式2 1 此过程可体现两个重要的越势：首先，台有手性二级醇，它在一定 的反应条件下不会被氧化，因此在设计配体时，二级醇程反应中应考虑 筝为藏麴；其次，手往二配霞凝体琵三配经聚俸靖映逸耩往蘸。灌纯利 卜 一) 笋知 下一( 一 黑龙江大举预士学位论文 i i 黼i i i 赫黼i i i 葺黼圈墨高篇嗣i i i i i 黼i i i i i ii 一“i i i i 中大部分成功静配休酾捷蔫豹镧琴经纯裁在送行不对称m p v 还舔反应 中已寄缀遵。 本文就进几十年来出现的用于不对称催化氯化反应的新配体及其相关作 嗣骰一襁透 1 。l阻转算构体配体 1 1 ，1 联萘系列酝体 黻转箕掏钵鼯体的手毪遴子箕分子上蘩磷的位阻律掰饺分子旋转受 戮丽产生f a x i a lc h i r a l i t y ) ，攀在1 9 7 7 年，t a m a o 游“翔联萘瓣 ( 1 ，l b l $ - 2 一n a p h t h 0 1 ) 合成了第一个用于不对称催化氢他的阻转异构体 配体n a p h o s ( 1 ) ，与r h ( i ) 形成的络合物继他笺化乙酰肉桂酸德剿5 4 e ，e 。 韵氯纯产物，随搿g r u b b s p 又台戏了( 一) 一l ，l 一联萘一2 ，2 一双二苯基 膦酸脂( 2 ) ，在r h ( i ) 镁化的脱氯氨熬酸的不对称簸纯反艨中德到7 6 e e 的产物；1 9 8 0 年，m i 娴n o f 4 1 含成了1 ，1 - 联浆2 ，2 一双二苯基膦酰胺( 3 ) ； 接糟n o y o n 潮合成了1 ，i 一联蔡一2 ，2 一双二苯基麟( b i n a p , 4 ) ( c h a r t l ) ， r h b i n a p 在僬化筑化苯掣酸蒸肉挂黢时褥到了1 0 0 e e 携产物 s c h e m e l ) 随慝人们”1 对b f n a p 的应爆鼹开了广泛两涤入蕊磺究，镰躜 b i n a p 与r h ( i ) ，r u 0 0 等过渡金麟的络合物对不饱和键( c 。c 。c = o ) 催化 氢纨其蠢赢度鹣反藏滔牲及越浚遗释牲，并应趱予其它键纯镁域( 强氛 硅斌化，爝胺羚槐化簿) 。b i n a p 还成功撼鼹予医莼( 瓣蘩罄生，奄洛 芬等) 及天然产物( 如香叶醇) 的工业合成，大大降低了工业成本。b i n a p 戆开发戏功并广泛瘦瘸，楚人们瓣蘧转舞擒体懿磺究异常活酝起来。 为了研究醚传的邀予效应及立体效焱对德 乏反应戆影瘸，强酝姻 等合成了h , - b i n a p ( 5 ) 1 8 】及苯环被多种取代的b i n a p ( 6 ) ( c h a r t2 1 ； 筏丽 r u ( o a c ) 2 ( h a - b i n a p ) 对丙烯酸类底襁进行不对称倦化氮化，效粜 第1 章绪论 明显好于b i n a p ( s c h e m e 2 ) 【9 。 n h 2 e t 2 + r u c i ( l ) 】2 ( u c 1 3 ) 做催化剂， 应活性明显优于b i n a p ( s c h e m e3 ) 。 p p f l 2 p p h 2 在酮的还原中，使用 因具有供电子基团的配体，其反 6 ( x 。m e ，m e o c i 。f e t c ) c h a r t2 卧：嵩 s c h e m e l p h ，c 0 2 h ( s ) n h c o p h y i e l d9 3 1 0 0 e e 孕孥 黑龙江大学硕士学位论文 式2 2 f j c r u ( o a c ) 2 l + c o2 hh 2 ( 1 0 m p a ) s i c l 0 0 l + = 5 ：9 3 e e l + 2 4 ；7 5 e , e s c h e m e2 式2 3 o ho h 2 ( 1 0 m p a ) ，1 0 0 c o n v h c 0 2 h l + = ( s ) - b i n a p ；s c1 0 0 0 ，4 8 h ，9 8 e e l + = ( r ) - p m e o - b i n a p ；s c4 0 0 0 ，2 7 h ，9 9 e e s c h e m e3 式2 4 1 1 2 联苯系列配体 联苯系列配体由s c h m i d 等“自1 9 8 8 年陆续合成，其通式可由7 表 示，其中几个著名的配体( 8 1 0 ) ( c h a r t3 ) 用于r h ( i ) 催化的烯丙胺的异 构化1 ，r u ( 1 i ) 催化的烯丙醇，b 羰基酯c 1 2 及衣康酸川的不对称氢化， 都表现出很好的对映选择性及反应活性( 如对羰基酯的还原 9 9 e e ) 。 当联苯带有强吸电性基团( 如c f 3 ) 时，其r u ( i i ) 络合物对酮的催化活 性很差( 但对映选择性影响不大) 。该类配体( 1 卜1 3 ) ( c h a r t3 ) 的过 渡金属络合物己用于许多医药中间体的合成( s c h e m e 4 一s c h e m e 6 ) 1 5 】 第1 耄绪论 g r i = m 震e , o m e 嚣箸篙。壁 毋吼肛啊：肛， b ”、由”泠吼 g 篡：竺 教詈援瓣钒詈涨， 式2 5 7 墨垄婆查兰塑主兰焦笙室 h 2 ，p i ，h c i 觳 c h 1 4 li1 人氏八太 【r u ( s ) - 1 2 ( b f 4 ) 2 oh 2 9 1 e e w h e nu s i n g4a sc a t 6 4 e e s c h e m e5 【r u ( s ) 。1 3 1 ( b f 4 ) 2 o h h 29 1 e e s c h e m e6 式2 - 6 ( r ) h 2 3 c 1 1 3 噻吩类，双甾类膦配体及二苯并呋喃类配体 - 8 r 第1 章绪论 1 6 【( r ) - b t t & n p lt r = h ) 7 【( r ) - l e t r o m e b i t i a n 川( r = m e 2 0 _ ( _ ) - b i f a p s ( r 2 s o 】 1 8 ( s ) - b i b f u p c h a r t4 1 9 9 5 年，s a n n i c o l o 等“6 1 首次合成苯并噻吩类配体( 1 5 1 7 ) ( c h a r t 4 ) ， 在r u ( 1 1 ) 催化的烯烃底物( 丙烯酸类，烯丙醇类等) 和a 及b 羰基酯的 不对称氢化中表现出与b i n a p 相近的对映选择性，其优点是合成较为方 便，配体稳定性高【如b i t i a n p ( 1 6 ) 在1 0 0 度以上仍稳定 。最近，t i e t z e 1 7 1 将此类配体用于p d ( o ) 催化的h e c k 反应来合成四氯异喹啉，得到 9 0 e e 的产物。1 9 9 5 年，l a u e 1 8 】合成b i b f u p ( 1 8 ) ，但无相应的应用 报道，1 9 9 9 年，h i e m s t r a 合成b i f a p ( 1 9 ) 及b i f a p s ( 2 0 ) ，其r u ( 1 i ) 络合物催化氢化乙酰肉桂酸( 8 2 e e ) 及乙酰乙酸酯( 1 0 0 e e ) ，表现出与 b i n a p 同样优越的对映选择性。其中b i f a p s 可在水相中使用，但需加 入少许酸( 1 h 2 s 0 4 或h c i ) 作共催化荆。 入忒 。胪 吣 以上所列阻转异构体配体绝大部分具有c 2 对称结构和轴向手性 ( a x i a lc h i r a l ) ，为便于叙述而单独列出。本节讨论具有c 2 一对称结构和中 心手性( c e n t r a lc h i r a l i t y ) 的配位分子。 早在7 0 年代初，k a g a n 2 1 】和d a n g 就已提出；如果一个具有c 2 对称 轴的配体络合到中心金属离子上，则反应物无论从哪一边靠近金属离子， 它所接触的手性环境都是一样的，换句话说，正是配体的对称性减少了 反应的可能途径。y a m a d a 等人通过手性烯胺进行酮的a 位烷基化是人 们熟知的一个反应，他们用脯氨酸进行实验所得的e e 值不超过3 0 ， 但v h i t e s e l l “和f e l m a n “”换用具有c 。对称轴的( + ) 一t r a n s 2 5 二甲基毗 第1 露绪论 喙逶孝子溺实浚时，e e 蓬撵离蘩了9 0 。凌就霹楚e 2 辩稼辘的g l 入对立 钵控甓键瓣真委 擘鲻。 1 2 1 单齿配体 关予这类瓣体的文献报道铰少，可麓怒溺为单齿醚体只有一个鬻彼 瓣予参与鬣位，立体控裁过渡态镌象互炎瓣瑟缝毪毙较大，衢暖剥羯这 类配体在一般情况下想要获得较高的e e 值就很困难。 文献报邋单齿配体主要有两类：歉类和硼烷类，其结构以及化学爱斑觅 袭2 一l 。 袭2 一l胺类，硼烷类手性酉b 体及反应 黑杰江犬学硕士学位论文 4 坯氧化合物去质子化反应 3 18 m em e p h n 八p h 1 2 2 双齿配体 相比之下，对具有c 2 对称轴的双齿配体的研究较单齿配体多得多， 薅菜黧秘类茨酝髂磷突褥逡穰 耱疯。这类嚣髂本身大多容菸会残。葵孛 许多是由酒石酸或联二蔡酚衍生而来。 1 2 2 1 磷原予配体 疑煮c 2 i 对称懿手缝配孳雾焱不对舔爱建中可最大蔽爱圭| 羹减少 对浚 第1 章绪论 异构过渡态的数量，因而在立体化学的控制方面起着决定性的作用。3 0 年柬一直吸引着有机合成化学家的注意。k a g a n 认为，一个好的手性膦 配体应具备如下条件：( 1 ) 原料廉价易得，最好是天然产物；( 2 ) 有较 大刚性的骨架；( 3 ) 合成步骤简单；( 4 ) 不经过拆分；( 5 ) 最好能同时 得到一对互为对映体的配体。这一观点已广为人们所接受，并以此作为 手性瞵配体的合成策略。原则上，手性中心可以是磷原子，也可以是和 磷原予相连的侧链上某原予，还可以是不含手性原子，但整个分子有手 性轴或手性面等。 继单膦配体之后，人们纷纷把目光转向双膦配体“1 1 。由于双膦配体 的应用，许多低氧化态的金属配合物得以稳定和分离。与单齿膦比较， 螯合双膦配体易于控制配位数和立体构型，增加中心金属原子的碱性， 降低配合物分子间或分子内的交换过程“”。鉴于z , l r j 在不对称合成中的 重要应用和巨大的经济效益，手性双膦配体的研究非常活跃。 1 9 7 2 年，人们合成了第一个手性双膦配体d i o p ( l 6 ) ，这一成功可 视为不对称催化研究中的一个重要的里程碑。属l ，4 一双膦配体，与过 渡金属形成七元螯合环，构型不稳定，但该配体具有对称轴。k a g a n ，d a n g 指出，如果一个具有c 2 对称轴的配体络合到中心金属离子上，则反应物 无论从哪一边靠近金属离子，它所接触的手性环境都是一样的。换句话 说，正是配体的对称性减少了反应的可能途径。在d i o p 的启发下，人 们开始合成其它具有c 2 对称轴的手性配体“。这些配体分别与过渡金属 形成五元及七元螯合环。其中以五元环刚性最好，在不对称催化反应中 立体选择性较高。在b i n a p 分子中，由于联结两个萘环的单键正常旋转 受阻而使整个分子具有旋光性，这使得双膦间距具有一定的灵活性。浚 配体的合成是不对称催化反应的又一重大突破。 黑龙江大学硕士学位论文 h h p p h 2 p p h 2 卜p p 崦 一p n ： l - b ：d 1 0 pl - 7 ：( s ，s ) - c h i r a p h o sl 一8 ：( s ，s ) 一b d p p 最近，b u r k 及其合作者“又为这一配体家族增添了新成员： d u p h o s ( l l o ) 及b p e ( l 一1 1 ) d u p h o s ，及b p e 的特点是：磷原子上有 富电子的烷基；可通过改变手性碳原予上的取代基得到不同的立体环境， 因而在不对称反应中获得了较高的对映选择性。z h u 等则合成了一种较 为刚性的1 ，4 - 双膦配体b i c p ( l 一1 2 ) ，其特征是分子骨架中含有两个环戊 烷，从而限制了构型的旋转。将其用于不对称氢化反应，收到了很好的 效果。 l 1 0 ：d u p l l o sl 一1l ：b p e l 1 2 ：b i c p 1 9 9 3 年出现的两种配体吸引了人们的极大注意。一是美国联合碳化 物( u n i o nc a r b i d e ) 公司町报道了手性配体u c p * 2 ( l 1 3 ) ，二则为 t a k a y a l 2 9 及其同事研制出的具有双手性轴的膦亚磷酸酯配体 ( r ，s ) - b i n a p h o s ( l - 1 4 ) 。两者用于不对称氢甲酰化反应”，均取得了 相当优秀的成果。以后人们又合成出许多含亚磷酸酯的手性配体，在不 对称催化反应中都表现出较好的对映选择性。 父 第1 章绪论 。k b f 1 w j s 式2 - 8 1 9 7 5 年，k n o w l e s 【3 1 】合成d i p a m p ( 2 9 ) ，在氨基酸的合成中表现 出很高的立体选择性( 9 4 e e 9 5 e e ) ，并成功地用于药物l - d o p a 的工业化生产。1 9 7 7 年，b o s n i c h 【3 2 】合成c h i r a p h o s ( 3 0 ) ，其r h ( i ) 络合 物催化氢化乙酰肉桂酸得9 9 e e 。之后人们陆续合成了一系列高效配体。 关于催化氢化的机制，已由h a l p e m 等详细阐述。 高效配体( 2 9 3 6 ) 见c h a r t7 m 。厂、 m x 2 9 ( d i p a m p ) 3 0 h r ，r ) c h i r a l p h o s 】 9 n 黪琏 黑龙江丈掌颂士学俄论文 2 p p h ， 3 if ( r r ) _ s l e wp h o s 0 6 1 r s s ) - d a p h o s i 忒砖 枯x 叹尸 3 7 ( r = m e 。b 蚺 淞m e b 0 p r i_ 丫y 弋n ” m e v“、o r 3 4 【( s 固b p e 护” 孕冁飞妁 mh r 卧e “蜂辄e 舻l - 1 6 3 8 ( r o p h o s 第1 章绪论 4 l ( d i m o p l p h 2 p o q p m r r 8 蔫“ 4 4 1 r ) - $ p i r o p 】 9 8 7 年，b r u n n e r 以酒石酸为原料开发富电子的瞵配体( 3 7 ) ，但 由于手性中心离p 原子较远，对映选择性较差。b u r k 用1 ，4 一料合成 的d u d h o s ( 3 8 ) 及b p e ( 3 9 ) 表现出极好的反应活性及对映选择性，尤其 在氨基酸的合成对大批底物均可得) 9 9 e e 的结果，在c = o 。c = n 的催 化氢化中也表现出很好的性能。其它各配体的性能简要总结于表2 2 。 各配体的合成方法请参阅相应的参考文献。 八v 讯 八；胁町 黑龙江大学硕士学位论文 表2 - 2部分配体催化氢化性能简介 配体m催化氢化性能简述 近年来报道的具有c 2 对称轴的手性双膦配体中，值得一提的是n a g e l 3 3 】 以酒石酸为原料合成的一系列1 ，2 - 双膦配体。这些结构简单的配体与 r h ( 1 ) 形成的阳离子络合物在不对称氢化反应中表现出极高的立体选择 性( 见式2 - 9 ) 。 h 8r = o i i9 r = 一c r o r ： p h 2 p h 。f一妗 吼 差| 第1 章绪论 式2 9 到目前为止，具有c 2j c = 称轴的手性配体研究中最成功的例子要鳟 n o y o r i 小组设计的联二萘酚体系，其中对双膦配体( b l n a p ) 的研究尤其 g l 入注基( 表2 - 3 ) 。 袭2 - 3b i n a p 手性配体的催化反应 最近，i s h i z a k i 。t 等人萼孽8 l 黻p 进行羧逑，凄褥配髂黪终会甥可黻 程水溶液中进行反应，而且条件十分温和，从而使该体系的应用范围得 到了进一步扩大“”。 n e f k e n s 3 s 及t a k e s h i l 3 6 1 等人最近分潮合成了类鸯鬟b i n a p 静戳骚 配体，其金属络含物催化的不对称反应所得e l e 值均 9 0 除了d i o p 和 b i n a p 体系外，备国化学工作者也已合成了其他具有c 缸对称轴的手性 双麟嚣及竣氧麟，双氯麓嚣薅( 4 5 一秘) ，并残功缝运阕予不对称氨攀虢 叫 一 ， 警o ，圜 黑龙江大学硕士学位论文 化圳，不对称交叉偶合蚓，不埘称环氧化”，不划称烷基化3 等反应。 p h 2 pp p h ， h m 2 0 4 7 p c y 2 p c y 2 厂 。 p h 2 p p p h ， 5 0 m 、y m i1 p p h 2p p h 2 帅 5 7 ( 3 ) 二茂金震类零经驳耩懿镕 5 8 5 96 9 手性二麓奄属类双膦配体具有很大的缡构独特性，即：同时具脊手 性平面和手性碳原子及侧链蒸团，因此这类配体很容易进行结构修饰。 叁默k u m a d a 繁次会残了二羧铁手霞双骥熬薅b p p f a ( 5 9 ) 滚- 寒，久爨合 成出大量此类配体，并广泛成用于不对称催化反应中“。1 9 9 4 年， h a y a s h i 吕士杰等“卸人成功地合成了二茂钉类手性双膦配体 r ) 一 筠一b p p r a ( 6 0 ) ，这类酝体潮予萁疆将鹃结构及良好弱不辩称镗纯性 能派引起人们的关注。“印 糖类在自然爨中大量存在，其存在形式鸯罄糖，双糖，多耱，聚耱簿， “翱凝有丰富的手性碳原子和较为网继e 骨架。出于以上无可比拟的优越性， 糖炎化合物成为最引人注目，最令人感兴趣的手性源。o 们如人们从d ：囊i ；麓耱出发台藏了诲多蓑效携手整簇醚铬，其中蕞具有我表缝熬有 黑龙江大学硕士学位论文 d i o x o p ( 6 1 ) ，p h a g l u p ( 6 2 ) 等。手性双膦配体d d p p i ( 6 3 ) n l j 是b a k o s 等以 j 1 露醇为起始原料合成的。这种配体分子中，两个四氢呋喃共用边 上的两个氧原予以及和这两个环分别相联的两个磷原子都在这两个环的 同一侧，这一结构特点使该配体的两个叔磷基团不可能与同一个金属原 子发生螫合，故称为非螫合型双齿配体。“i 1 在不对称氢酯基化反应中， 该配体显示出极好的不对称诱导能力。”郇 m 必x h 孙 p p h 2 p p i ， 6 l 1 2 2 2 氧原子配体 美国学者w i l l i a m 最近合成的配体( 6 4 ，6 5 ) 以及日本学者 y a m a m o t o 【4 7 】合成的配体( 6 6 ) 同联二萘酚具有相似的结构， f a l r 在a 应中的不对称催化效果不亚于联二萘酚配体。 第1 章绪论 ：a ( ：。 o m e o m e 6 7 0 5 h i n a l - h 美国学者d a v i d 合成的另一种配体( 6 8 ) ，也很类似联二萘酚结构， l i a i h 4 经其改造后对各种酮进行还原，结果表明其对饱和酮的还原选择 性甚至优于b l n a l h 。7 1 1 2 2 3 氨原子配体 由酒石酸衍生的手性二胺配体较多地被用于链烯的氧化，y a m a d a 等 人曾制备了一系列这类配体( 6 9 7 1 ) ，c o r e y 用1 ，2 - 二苯基乙二胺配体 ( 7 2 ，7 3 ) 进行同样的反应，e e 值超过了9 0 “羽 0 o 0 、丫m e 2m e m 。 八o 、“ m 。、n m e 2 瑟 黑龙江大举硕士学位论文 7 17 27 3 1 2 3 多齿配体 关于多齿配体研究的文献擞遒越来越多，但具有e ：对称铀的配体主 要还怒嚣醚类。单在8 。年代镪期，c r a m 藏翻溺配 摹l 送行不对称马氏 加成，e e 值达9 9 ( 式2 一1 2 ) l o 式2 - 1 2 o 啄八脬 嬲、 为了模拟细胞色素p - 4 5 0 的手性识别和不对称氧化作用，m a n s a g 4 s - 等 人刹用中位带手性凝团的扑啉f e ( 1 1 ) 络合物催化对氯苯乙烯的氧化，产物 e 。e 。慧海5 0 。 最近几年，各因化学家对具有c 2 对称轴的蹰佛碱类以及曝唑啉类多 齿配体的深入研究绘不对称合成淀入了酝的滔力。由于该类配体具有酝 藿覆子多，露中心念属豹络舍终籍i 强，要求豹手桎匹配严格等特点，在 立体选择性合成反应中的不对称催化作用十分巨大，因此受到了越来越 多的化学工业者的淀意，可以预料，在往后的几年内，人们慰这类配体 弱磷究会商趋活跃。 第1 罩绪论 从以上所列举的配体及相关的反应不难看出，具有c 2 对称轴的配体 通常有助于提高反应的立体选择性。在一般情况下，个反应有两条反 应途径：一条得到r 构型产物，另一条得到s 构型产物但是为了获得 高的立体选择性( e e 9 0 ) ，两条反应途径的活化自由能之差至少应大 于2 k c a l m o l 5 0 ，因此，作为一个有效的c 2 对称的手性配体，必须满足 这一基本条件。事实上，仅仅具有c 2 对称轴并不一定能保证两条途径之 间的这一能量差值。r o u s h 5 1 】等人曾报道过一个有趣的例子( 式2 - 1 3 ) ， 他们用不同的二醇配体与硼烷络合进行反应，结果只有用酒石酸酯时才 得到高的e e 值，这主要是由酯基的次级效应所致。”“ o o h 。b 八 o 式2 1 3 由此可见，在设计不对称合成反应手性配体时具有c 2 对称轴首 先是一个重要考虑因素，但是为了获得好的立体控制效果，还应尽量使 其带有合适的基团，具有合适的几何形状，以便能产生有利的次级效应 ( 如氢键等) ，以使反应途径间的能量之差尽可能高。 1 3 手性二茂铁类配体 7 4 7 5 p l 一6 黑龙江必学硕士学位论文 r r = m e 瓢 7 67 7 手性二茂铁类配体是不对称催化中的重要配体，此类配体同时具铸 三种手性成分：中心手性，平诫手性，轴向乎性，已得到越来越广泛的 应潮灌1 。1 9 7 6 年狂a y a s h 辅第一个开发了翔予均耀不对称催仡氢托熬手 性二茂铁瞵配体b p p f a ，b p p f o h ，b p p f o a c ，用于r h - 催化的氨撩 酸褥列了9 3 e _ e 的产物，健化氯亿a 。羰基丙酸酶8 3 e 髓。之后，人 们”4 。合成了多静毅代的此类配体并用于h e c k 反瘦，p i n a c e l 偶联反应 等。避几年合成的用于催化氯化的配体( 7 4 一 7 ) 。值榴注意的是， k n o c h e l 碉合成熬? ? 在各秘功缝健双键及签，二菝基琵合物戆鹱纯氢德 中均液现出很好的对映选择性，且通过改变酉己体的r 基团，就可以改变 产物的立体构型。 1 4 菲均糕倦纯酝律，树形配撬及聚合物酝体 非均相配体怒将手性配体分子与聚合物载体相连接，具有产品易于 分离纯化，配体可回收重复利用的优点，但缺点是反应港性及对映选择 瞧较骶搀“。1 9 9 8 霉，b a y s t o n s t $ 冬b 1 n a p 羧入聚乙臻( p s ) 形残其翥骰 c 2 - 对称的非均相配体( 7 8 ) ，其r u 络合物倦化b 羰基醐的氢化可得 9 7 e - e ，且可藏复利月l ，键对雨烯酸的催化氢化e ，e 值中等 第1 章绪论 ( 5 4 - 6 4 e e ) 。树形配体及聚合物配体用于均相催化反应，又可用纳米 过滤器分离回收，兼具均相及非均相配体的优点。如f a n 等1 开发的7 9 和8 0 在芳基丙烯酸的催化氢化中对映选择性均) 9 0 e e h b r o b 0 。从。n h n h o o h u 1 5 碳水化合物配体 糖类衍生物配体具有原料易得，价格便宜等特点。1 9 8 6 年，s e l k e 5 9 以葡萄糖为原料制得p h b g l u p ( c h a r t l o ) ，与r h ( c o d ) b f 4 催化氢化脱氢 氨基酸得9 1 e e 产物。r a j a n b a b u 也制得一系列化合物( 如6 0 ， 6 1 ) ，在上述反应中对映选择性可达9 9 0 e e 。最近，r u i z 等哺伽以 核糖( r i b o s e ) 为骨架制得系列硫化物配体r i s s r 2 ( 6 2 ) 及亚磷酸酯配体 w 黑龙江太学硕士学位论文 i i i 薯i i i i i i 一i 葺i i i ；i i i i 黛黼i i i i i i i 宣蕾翻瞄葺i i i i i i i i i 群 ( 6 3 ) 6 q ，在氨基酸的合成中对应选择性中等5 0 e e 。) ，蕊麟配体( 6 4 ) 可 褥9 8 e e 。 o b z p h 2p s r o ) f f o - - 譬国釉2 峨 1 6 其它 1 9 8 6 年，a k i w a 小组阱蛆合成以啦啶为骨絮戆系列配俸9 0 ( c h a r t 1 ) ， 与r h ( i ) 的络合物催他氢化a 一羰内酯( 8 1 ) ，得9 2 e ，e ，催化氢化a 胺 基酮( 8 2 ) 可得9 8 e e 。a g b o s s o u 6 3 l 以引哚啉为骨架合成8 3 及8 4 ， 在g 一羰内酯( 8 2 ) 及a 一羰基( 酸) 黢戆镬纯氢纯中对映逸择憋裹这9 9 e 。e 。 以上。最近，j u g e 删合成麻黄碱类e p h e d i “n e ) 配体a m p p ( 8 6 8 7 ) ，麓 【r h ( c o d ) l b f 4 体系催化氢化a ”乙酰肉桂酸酗可得9 9 _ ) 6 e - e 。他们还对不 同取代基戆反应懑蠖及滚裁对反应夔影嬲 警了晓较，黠爱废疆瑾密终了 合蠼的解释。 搿 斗 6 第1 章绪论 8 r 抄。哪： 夕n 7 p c p ， 8 4 a p - - n o p p h ， p h p h 8 6 8 2 8 3 r c o 8 7 p c p 2 综上所述，迄今为止对前手性烯，酮的催化氢化研究已经取得了很 大的成就( 可达1 0 0 。略e ) 。但由于不同底物差异较大，故对c 2 手性配 体的研究一直处于活跃状态。对称配体表现出很强的活性及对映选择性， 而配体的非均相化及树形化提供了配体循环利用的途径，这将成为一个 重要研究热点。 1 7 不对称催化还原酮反应 近年来，对羰基化合物( 如脂肪酮，芳香酮等) 的不对称还原成手 性醇进行了深入的研究，并取得了一定的进展。其本质是使用手性配体 与氢化物一起作为还原的协同试剂。衡量一个手性配体的好与坏，主要 黑龙江太学硕士学位论文 i i i i i i i 从两方巍考虑。第一，是否具有麓发的立体选择性，也就是产物的对映 异鹅体过量百分院是否足够大：第二，手毪配俸是否具有实用性。实溺 的试荆应该是容易获得，价格便南：，目使用后可以大部分嘲收，在合成 的过程r p 不发生外溺旋化等等。 鞠对稼性配体躺设诗，合成怒近年来研究的热点。在缓化帮存在下， 氢给予体还原碳碳双键和碳氧双键的反应称为氯转移反应或氢化加成反 应。这个过程就是氯绘予体( 鬣； 乏源 二试剂) 在瞧化刻存在下反应，惫 热到不饱和底物的窗能团上。( 式2 - 1 4 ) d h 2 + a d 十a h 2 ( 1 ) d h 22 h y d r o g e n d o n o r ； a 2 h y d r o g e na c c e p t o r 式2 - 1 4 在混合穰窝均橹镁化裁存在下，几个l ；同鲍疯物透过氯化搬残已被成功 建还原氢接受体包括酮，a ，b - 不饱和羰基溉合物，不饱骊酸和酯和甄 胺和氯化合物。 在氯转移孛，大部分底物建蠢凝分子，不稳窝碳氢翻翔舔己浣，一 级醇和= 级醇像甲醉，苄基醇域异丙醇。而笼机底物象胼( 联氨) 就徽 少使用。选择最佳的氢源将会提高反应的速率和对映选择性，使用氢源 毒一掇优点。手瞧非瀵淡氢源弦灸手经广泛馒惩产燕熬瓣欧选择性，毽 是，为完成一个不对称过程提供了许多新的路线。这有利予不对称氢化 催化威应，尽管这贱特点有价值，用均相催化剂进行氢转移反应却不如 均挺羝纯燕或更麓g l 超天髑载浚意。这可黢怒瓣秀起翅熬一些镬证熬鬟 要高的反应温度，催化活性低，然而，均相催化剂像( r h c l ( p p h 3 ) 3 ) 在适当条件下很活泼。 滚年来，在逸块疆域鼙敬褥了缀大透步，久秘发袋了翼多活浚键纯 3 0 第1 章绪论 剂和更多的高效的氢源，在适当条件下进行催化还原。氢化还原反应包 含新底物：在加成不饱和烃如碳碳双键和碳氧双键时，环氧化物被选择 性地还原到醇。 在氢转移中移入相转移技术很易恢复回收催化剂。1 9 8 1 年以前，不 对称还原光学产率不超过2 0 e e 。很快，近年来，在许多反应中，光学 纯度高达9 0 。目前，不对称氢转移反应已赶上不对称氢加成反应。 1 7 1 不对称氢转移反应的分类 对映选择氢移反应有两种基本的方法：第一种，手性催化剂对非手 性底物的对映面的选择；第二种，手性催化剂对手性外消旋混合物的对 映面的选择。 手性催化剂也可被非手性的催化剂与光学活性的氨给予体结合代替， 在这些基本的步骤中有更复杂的变化，对映面选择的同时伴随着动力学 拆分。氢给予体和氢接受体在手性催化剂存在下都存在动力学拆分，最 后生成手性物质。一些年前，依据分类有几种类型影响对映选择氢转移， 以下几种类型可以看到： c a t * d h ： + a ( 口) d h 。+ a ( p ) d h ：+ a ( p ) 2 d h ：( r ) + a d h 2 + 2 a ( r ) c a