（有机化学专业论文）固载的手性催化剂在不对称aldol反应中的应用.pdf

周载的手性催化荆在不对称朋d o l 反应中的应用 中文摘要 中文摘要 一、固载手性催化剂的合成及其在不对称a l d o l 反应中的应用 合成了四种固载的手性催化剂，分别是m e r r i f i e l d 树脂负载“月) - 羟基- ( 2 脯氨酸1 、 p m b h a 树脂负载( 4 s ) 羟基一( 2 s ) 脯氨酸2 、硅胶负载乙基纤维素脯氨酸一z n c l 23 和芦一环 糊精固载( 4 j s ) 一苯氧基( 2 s ) - m 氨酸4 ，研究了它们对于丙酮和不同芳香醛的不对称羟醛缩 合反应的催化活性。其中卢环糊精固载( 僻苯氧基啦两- 脯氨酸催化剂，催化丙酮与邻硝 基苯甲醛的反应得到8 3 4 的值，通过简单的过滤回收，催化裁可以重复利用四次， 产率略有降低，值基本不变。 二、有机小分子催化剂的设计合成及其在不对称b a y l i s - h i l l m a n 反应中的应 用初探 分别以天然的厶苯丙氨酸和三脯氨酸为原料，合成了四种新型的手性小分子催化 嗣2 1 a ，2 1 b ，2 3 和2 9 ，初步探讨了不同结构的催化齐j 对于不对称b a y l i s - h i l l m a n 反应的 影响其中，2 9 催化甲基乙烯基酮与对硝基苯甲醛的反应得到8 9 7 的产率和1 8 i 的 e c 值。 关键词：固载手性催化剂不对称a l d o l 反应b a y l i s - h i l l m a n 反应 作者：马济美 指导教师：沈宗旋张雅文 同找的下竹俄化剂存不对称a l d o l 反应q 1 的应用 英文摘要 a b s t r a c t 1 s y n t h e s i s o fi m m o b i l i z e dc h i r a l c a t a l y s t sa n da p p l i c a t i o n i nt h e a s y m m e t r i ca l d o lr e a c t i o n s m e r r i f i e l dr e s i n s u p p o r t e d ( 4 r ) - h y d r o x y 一( 2 3 3 一p r o l i n e ，p m b h a r e s i n s u p p o r t e d ( 4 3 3 一h y d r o x y 一( 2 3 3 p r o l i n e ， s i l i c a s u p p o r t e d e t h y l c e l l u l o s e 一( 2 固一p r o l i n e z n c l 2 a n d - c y c l o d e x t r i ni m m o b i l i z e d ( 4 3 3 - p h e n o x y - ( 2 3 3 p r o l i n e w e r e s y n t h e s i z e d t h ec a t a l y t i c a b i l i t i e so ff o u rc a t a l y s t so nt h ea s y m m e t r i ca l d o lr e a c t i o n sb e t w e e na c e t o n ea n dv a r i o u s a r o m a t i ca l d e h y d e sw e r es t u d i e d t h ee ev a l u eo ft h er e a c t i o nb e t w e e na c e t o n ea n do - n i t r o b e n z a l d e h y d ec a t a l y z e db yb - c y c l o d e x t r i ni m m o b i l i z e d ( 4 回一p h e n o x y - ( 2 研- p r o t i n ew a s8 3 4 t h ec a t a l y s tc o u l db er e c y c l e db ys i m p l ef i l t r a t i o na n dr e u s e df o rf o u rt i m e s ，w h i l et h ey i e l d s d e c r e a s e da p p r e c i a b l ya n dt h ev a l u eo f e er e m a i n e ds t e a d i n e s s 2 d e s i g n ，s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no fs m a l lo r g a n i cm o l e c u l a rc a t a l y s t si n a s y m m e t r i cb a y l i s h i l l m a nr e a c t i o n s f o u rn e wc h i r a lo r g a n i cc a t a l y s t s ( 2 1 a ，2 1 b ，2 3a n d2 9 ) w e r es y n t h e s i z e df r o mn a t u r a l l - p h e n y l a l a n i n ea n dl p r o l i n e ，r e s p e c t i v e ly t h ei n f l u e n c eo f t h e s t r u c t u r eo f c a t a l y s t so nt h e a s y m m e t r i cb a y l i s h i l l m a nr e a c t i o nw a ss t u d i e de l e m e n t a r i l y t h ep r o d u c to fm e t h y lv i n y l k e t o n ea n do - n i t r ob e n z a t d e h y d e c a t a l y z e db y2 9 w a so b t a i n e d i n8 9 7 y i e l d w i t h1 8 1 e e k e y w o r d s ：i m m o b i l i z e d ，c h i r a lc a t a l y s t ，a s y m m e t r i c ，a l d o lr e a c t i o n ，b a y l i s - h i l l m a nr e a c t i o n w r i t t e n b y ：j i - m e im a s u r p e r v i s e db y ：z o n g - x u a r ls h e ny a - w e nz h a n g i f 同城的丁竹催化剂存不对称a l d o | 反麻中豹赢片j 蒂潍分文献综述 第一部分文献综述 高分子负载的手性催化剂在不对称合成中的应用 不对称催化合成是对映选择性制备光学活性产物的有效手段。近年来，利用手性催 化剂催化的不对称合成在基础研究和工业应用方面取得了很大的发展。由于均相催化剂 具有易流失，分离回收困难，操作复杂，不适于连续化操作等缺点，用非均相催化剂进 行不对称合成逐渐成为有机合成学科中一个极为重要且富有活力的研究领域。非均相催 化荆丰要有两种类型；一、高分予或无机材料固载的手性催化剂，二、由于性小分予本 身聚合而成的大分子( d e n d r i m e r ) 。在此，我们主要讨论高分子负载的手性催化剂。 利用高分子负载的手性催化剂要获得高的立体选择性，必须具备以下三点：从化学 角度讲，高分子载体对反应试剂必须惰性；小分子催化荆被担载到高分_ 了上后仍具有较 好的灵活移动性( 可通过在低分子手性催化荆与高分子载体骨架间引入长的手臂或间隔 链的方法来实现) ；载体的极性与反应试剂及溶剂相当。 高分子负载手性催化荆早在1 9 3 2 年就有人探索过，但催化反应因光学收率太低而 未引起足够的重视。随后的几十年陆续有人做了这方面的工作。1 9 7 2 年k a w a n a 1 1 首次 报道了固相不对称合成的研究，即在连有手性糖连接分了的聚合物载体上合成具有光学 活性的苯基乳酸，其产率和光学纯度均高于液相方法。此后，固相不对称合成的研究逐 渐增多并成为有机化学中的研究热点之一。 本文就不对称氢化、不对称烷基化、不对称双羟化、不对称m i c h a e l 加成、不对称 d i e l s a l d e r 反应、不对称a l d o l 反应、不对称环氧化、不对称氢甲酰化等8 类反应对高 分子负载手性催化剂近年来取得的成就做一简要综述。 1 不对称氢化反应 ll 聚合物负载的嚼唑硼烷类催化剂 f e l d e r c 2 1 制备的可溶性高分子支载嚼唑硼烷l 用于苯乙酮的不对称还原，e c 值高达 同载的下性佻化荆在不对称a l d o l 反戍巾的应用 第部分文献综述 9 7 ，而且该催化剂在膜反应器中可实现连续不对称还原操作。 争h 2 c o c 2 h 5 s c h e m el c a t a l y s tl 催化苯丙酮的还原反应 g i f f e l s 卅采用催化剂2 作为酮的不对称还原催化剂，在配有纳米过滤膜的可连续操 作的膜反应器中操作，产物醇的值接近1 0 0 ，反应几乎是定量的。s c h o r e 等4 1 以高 分子负载嗯唑硼烷3 ( a ，b ) 催化苯乙酮的还原，反应产率均为1 0 0 。 c h 3璺塑堕塾- b h 3 t h f 妒h 。挚h 。肇 f 9 8 e e ) ( 6 28 c a ) ( 8 4 8 e e ) s c h e m e2 c a t a l y s t2 和3 幅b ) 催化苯乙酮的还原反应 2 0 0 2 年，l e m m a i r e 课题组合成了催化剂4 吼用于苯乙酮与异丙醇的不对称氢转移 反应，得到( r ) 型苯丙醇，e e 值为7 0 0 o ，催化剂回收利用e c 值会下降。 c 。h 少0m 。下i - 面p r o 忑h , t - 而b u o 而k 芦 o h m 心h 。 唰卧 ( 7 0 e o ) s c h e m e3 c a t a l y s t4 催化笨乙酮与异丙醇的不对称氢转移反应 1 2 高分予负载的季铵盐催化荆 洲人。刚 一 眺 眺。八。叫 塑篓幽：丝丝些型童至盟整垒! ! ! ! 些查! 堕壅旦 至型坌兰坠堡丝 在聚苯乙烯型下性试剂5 【6 l 作用下的苯乙酮还原反应产牢最高可达9 5 ，光学产率 较低。只有2 1 。研究表明该反应光学产牢只受高分了形态的影响。 oo h c 。h 少c h 。+ b h 3 王9 幽一c 。h 少c h 。 o c 6 h 4 6 1 h ( c h 2 ) r n ( 晶3 ) 3 o h c i 5 ( 2 1 e e ) s c h e m e4 c a t a l y s t5 催化苯乙酮的还原反应 1 3 商分子负载的磺胺类催化剂 赵刚等7 ，8 1 合成了一种新型高分子负载手性磺胺催化剂6 ，用来催化前于性酮的还 原，效果很好，并且该催化剂循环使用三次几乎不影响产率和e e 值。 rl：?詈cat(25m01)so 蟛sor ：p nr 人2 p h 上些哟。 2 p h “ t h f m n u 。 争o z 6 r = c 6 h 5 9 4 e e9 8 y i e l d r = 4 c i - c 6 h 4 9 4 e e9 8 y i e w i r = 4 - f - c 6 h 4 9 7 e e9 9 y i e l d r = 4 - m e - c f h 49 4 9 8 y i e l d s c h e m e5 c a t a l y s t6 催化芳香酮的还原反应 1 4 高分子负载的联二萘酚催化剂 s i m o n 等9 1 使用高分子负载联二萘酚与磷氮配体7 催化2 乙酰氨基丙烯酸甲酯在富 温下的不对称氢化，得到了理想的结果，反应几乎是定量的，e e 僮大于9 9 。 7 p e e ) s c h e m e6 c a t a l y s t7 催化2 - 乙酰胺基丙烯酸甲酯的还原反应 曼些堕! ! | ：竺! 些型童至翌堡垒! 塑! 垦壁! 塑坚旦 兰：塑坌壅蔓堡堡 1 5 高分予负载氨基酸一金属络合物催化剂 中科院北京化学所黄凯等人【1 0 - 1 2 l 研究了以硅酸盐或甲基纤维素负载不同氨基酸和 p t 、f e 、c o 、r h 等金属络合催化醛酮的不对称氢化，选择性较好，催化环己酮的还原 产率和e e 值均达1 0 0 0 , 4 ，催化剂可重复使用四次，产率和e e 值几乎不降低。 2 不对称烷摹化反应 2 1 高分了负载的下性氨基酵催化剂 s o a i 等合成了两种高分子手性氨基醇催化剂8 ( a ，b ) t 1 引，催化苯甲醛和z n e t 2 的加成 后者产率和e e 值比前者均有较大的提高( 9 1 y i e m ，9 6 e e 对8 3 y i e l d ，8 9 e e ) 。 p h c h o + z n e t 2 8 b ( 9 6 e e ) s c h e m e7 c a t a l y s t8 ( a ，b ) 催化二乙基锌对苯甲醛的加成反应 高分了负载的硼酸和n 甲苯1 ，l 一二苯基脯氨醇发生s u z u k i 偶合反应可以得到催化 剂9 ，用于芳香醛的二乙摹锌加成效果良好，采用3 0 m 0 1 催化苯甲醛加成所得e e 值 为8 8 ，催化4 氯苯甲醛所得c o 值为9 4 。 r c h o + e t z z n 咧h 4 r 。 ( 8 0 - 9 4 e e ) s c h e m e8 c a t a l y s t9 催化二乙基锌对芳香醛的加成反应 2 0 0 3 年，i s a b e l 等合成了一系列新的高分予催化剂，其中l o 催化二乙基锌对苯 甲醛的加成，效果最好。l e s m a 等人【6 1 以m e r r i f i e l d 树脂合成了几种新的于性氨摹醇催 化剂，其中化合物1 1 催化苯甲醛与二乙基锌的加成反应。产率为9 4 ，e e 值高达9 6 。 固载的手性催化荆在不对释a l d o ! 反应中的应用 第祁分文献综述 o h ，人日 s c h e m e9 c a t a l y s t1 0 和ll 催化二乙基锌对苯甲醛的加成反应 2 2 高分子负载的联二萘酚催化剂 a l b e r t 等( 1 7 】用1 2 。1 3 催化芳香醛的二乙基锌加成反应，所得产物e e 值与相似小分 子均耜催化结果接近。j a y a p r a k a s h 等墙1 报道了以聚苯乙烯负载联二萘酚为配体，如配体 1 4 与t i 络合催化二乙基锌对苯甲醛的加成反应。得到了较好的结果。 q h p h c h o + z n e t 2 旦堕蛙人， s c h e m e1 0 c a t a l y s t1 2 1 4 催化二乙基锌对苯甲醛的加成反应 王恒山等【19 】将联二萘酚负载在聚苯乙烯氨基树脂上制成配体1 5 ，催化二乙基锌对 醛的加成具有较好的活性，另外底物芳环上的取代基对反应的对映选择性有显著影响， 特别是芳环上的硝基取代可提高产物的e e 值。 r - c h 。+ e 1 2 z n 羔塑堕氅l i i i ：旧 的o h o h r 、e l r = c 6 h 5 ：6 4 5 e e 。8 7 6 y i e l d r = p - n 0 2 - c 矧- 1 5 ：8 2 0 e e 8 5 5 y i e l d r = n n 0 2 一c 6h 5 7 8 8 8 9 3 y i e l d s c h e m e 】l c a t a l y s t1 5 催他二乙基锌对芳香醛的加成反应 5 鄂 龋 q 口 嚣 群匕赧 芍 9 蛳璐。 八 d ，h焖州 ! 星舀赫 同垃的t x l ：f l l ：化剂存不埘槔a l d o l 反应巾的随片l第 部分文献综述 2 3 高分予负载的季铵盐类催化剂 张政朴等用手性催化剂1 6 催化氨基保护下的n 二苯基亚甲基甘氨酸异丙 酯不对称烷基化反应，制得一系列氨基酸，但是光学产率较低。c a r m e n 等川合成了两 种高分子负载辛可宁催化剂1 7 ( a ，b ) ，用来催化甘氨酸衍牛物的不对称烷基化，e e 值最 高为9 0 。 x 卧丫p h ”v 士阿+ c 厂卧丙c 葡a t a l y s t 卧- - - 首n , , t - - c 0 2 ”h 册1 6gift强ohci姨17b ( 2 7 e e )9 0 9 0 y i e l d ) 4 0 e e 8 8 y i e l d ) s c h e m e1 2 c a t a l y s t1 6 和1 7 ( a ，b ) 催化甘氨酸衍生物的烷基化反应 2 4 高分子负载的二茂铁衍生物催化剂 c a r s t e nb o l m 等伫2 1 以二茂铁为基本原料合成了两种新型的高分子催化剂，其中1 8 ， 1 9 催化芳香醛与二乙基锌的加成反应，e e 值最高可达9 7 。 拿h 移刚。告一固r s c h e m e1 3 c a t a l y s t1 8 和1 9 催化二乙纂锌对芳香醛的加成反应 2 5 高分了负载的曛唑类催化剂 a s h u t o s h 等合成了两种高分子负载的嚼唑类催化剂2 0 ( a ，b ) ，在2 0 c h 2 c 1 2 的 a 瀚东伯 o 斟阿慵奠 固载的手性俄化荆在不对称a l d o l 反应中的应用 第揶分文献综述 甲苯溶液中催化二乙基锌对醛的加成， h e e 值可达8 9 。 o h 必c a t a l y s t l ij ( 8 4 e e ) 2 0 b ( s 9 e e ) s c h e m e1 4 c a t a l y s t2 0 ( a ，b ) 催化二乙基镩对苯甲醛的加成反应 3 不对称双羟化反应 h a r t 等【2 4 1 合成了可溶性的高分子催化剂2 l ，该催化剂使1 ，2 - 二苯乙烯的不对称双 羟化反应时间缩短到5 h ，光学产率可达8 8 ，与相应均相催化剂相当。 s c h e m e1 5 c a t a l y s t2 1 催化反一1 ，1 - 二苯乙烯的双羟化反应 s o n g 等1 2 5 1 9 9 6 年的报道表明这方面的工作有了突破性的进展，他们合成的两种金 鸡纳碱催化剂2 2 ( a ，b ) 应用于双羟化反应中，产物光学收率最高可达9 8 。 w 卟 同拔的下 口 ! 化刺和不对称a l d o l 反戍巾的席_ i j 第； l f 分文献综述 m e 熹 2 2 ar = c h 3 2 2 br ：c h z c h 2 0 h ( ) r = s 0 2 c h 2 c h 2 c o n h p e g , - o m e 2 3 p 9 9 ) s c h e m e1 6 c a t a l y s t2 2 ( a b ) 和2 3 催化反- i ，1 - 二苯乙烯的双羟化反应 1 9 9 7 年j a n d a 等瞄1 合成了均相的高分子手性配体2 3 ，对许多种底物的双羟化均具 有很高的产率和e e 值。特别是采用k 3 f e c n 6 作助氧化剂其值接近1 0 0 。 c h o u d a r y 课题组2 7 1 以离子交换技术将o s 0 4 固载在树脂上，催化不同底物的双羟化 反应得到很好的e e 值( 9 9 ) ，重复使用5 次，选择性不会降低，同时，配体也可以回收 9 5 。 4 不对称m i c h a e l 反应 4 1 高分子负载的联二萘酚催化剂 m a s a k a t s u 等【2 8 1 合成了两种可溶性高分子负载联二蔡酚催化剂2 4 ( a ，b ) ，用来健化 2 一耶己烯酮的m i c h a e l 加成反应。但结果并不理想。 b 0 + c o 蛐0 0 8 。o 一c o o 踟b n 2 4 am = h ( 7 8 e e 5 6 y i e l d ) 2 4 b z n 日( 6 6 e e 7 2 y i e l d ) s c h e m e1 7 c a t a l y s t2 4 ( a ，b ) 催化2 环己烯酮的m i c h a e l 加成反应 s 固或的手性催化荆在不对称a l d o l 反应中的应用 第部分文献综述 j a y a p r a k a s h 等将聚苯乙烯负载的联二萘酚与l i a i h 4 络合催化2 - 环己烯酮与丙 二酸二苄酯的m i c h a e l 加成反应，e e 值可以达到9 5 。 o 0 + 葶0m01hfr tb ( 1 ) lr、 t c 0 2 b n “c 0 2 b n o 国 ( 7 1 - 9 5 ) s c h e m e1 8 c a t a l y s t2 5 催化2 环己烯酮的m i c h a e l 加成反应 4 2 高分子负载的奎宁类催化剂 2 0 0 0 年，c a v e 课题组 2 明以奎宁及其衍生物合成了几种新的高分子负载的手性催化 剂，催化3 烯2 丁酮的m