（农药学专业论文）双噁唑啉二茂铁配体的合成及其手性诱导性能研究.pdf

中文摘要 在金属催化的不对称合成研究中，手性双嗯唑啉配体以其原料易得、易于合成及结构易于修 饰等特点已广泛应用于各种不对称催化过程，如在碳碳键的形成反应、氦杂环丙烷化反应、氧化 反应及氢硅烷化反应中均表现出优良的手性诱导性能。另一方面，以二茂铁作为骨架的配体，尤 其是手性二茂铁膦配体，在碳一碳双键的加成反应、羰基化合物的硅氢化及还原反应、醛的a i d o l 反应、h e c k 反应、交叉偶联反应等众多反应中也表现出很高的对映选择性。由此预计以二茂铁 为骨架的手性双嗯唑啉配体将会有较好的不对称诱导性能。本文合成了四种手性双嘧唑啉二茂铁 配体l i p ，l p h ，l b n ，l m e ，对它们在c u o ) 催化的不对称环丙烷化反应及m g ( n ) 催化的d i e l s a l d e r 反应中的手性诱导性能进行了研究。 以二茂铁为起始原料，经过傅克酰基化反应、卤仿反应及酰氯化反应合成1 ，1 ，二茂铁二羧 酸酰氯，并对各个反应过程进行了合成路线的比较及反应条件的优化。采用硼氢化钠一碘还原体系， 烙天然光活性上一m 氨基酸还原为光活性的圆侈氨基醇作为手性源，由酰氯与手性氧基醇反应得 到，羟基酰胺，通过羟基活化，在碱的作用下环合得到双嗯唑啉二茂铁配体。 研究了配体在铜( i ) 催化的苯乙烯与重氮乙酸乙酯的不对称环丙烷化反应中的手性诱导性能， 并建立了套新的对反应的对映选择性及非对映选择性的分析方法：用气相色谱柱s e 3 0 检测反 应进程及测定反应的非对映选择性，并通过将环丙烷化产物进行差向异构化测定反式体的对映选 择性；通过将产物转变为相应的甲酯，用实验室自制的卢环糊精手性毛细管气相色谱柱测定顺式 体产物的对映选择性。实验证明，各个配体均表现出一定的手性诱导性能，但效果鞍差，其中最 高的对映选择性为2 4 。对影响反应的各种因素如催化剂用量、反应温度等进行了较为详细的研 究，对反应对映选择性低的原因进行了理论上的分析。 四种配体用于铜( i i ) 及镁( i i ) 催化的3 丙烯酰基2 嚯哇啉酮与环戊二烯的不对称d i e i s a i d e r 反 应，均表现出一定的手性诱导性能，其中l i p m g ( c i o , ) 2 络合物的手性诱导性能最好，对映选择 性达到4 1 。其它三种配体的手性诱导性能效果较差，对映选择性低于1 0 。所得产物的绝对 构型符合c o r e y - i s h i h a y a 所提出的四面体过渡态理论，以及e v a n s 所提出的四角平面过渡态理论。 对反应的对映选择性机理进行了分析。 关键词： 双嚼唑啉二茂铁，配体，不对称诱导，环丙烷化反应，d i e l s - a l d e r 反应 a b s t r a c t c h i r a l b i s ( o x a z o l i n e s ) a n d c h i r a l f e r r o c e n y l p h o s p h i n e s h a v e b e e n r e s p e c t i v e l yw i d e l y a n d s u c c e s s f u l l yu s e da sl i g a n d si n av a r i e t yo fl e w i sa c i dc a t a l y z e da s y m m e t r i cp r o c e s s e s ，t h e r e f o r e ， f a r r o c e n ed e r i v e dc h i r a lb i s ( o x a z o l i n e s ) w e r ea n t i c i p a t e dt os h o wb e t t e rs e n s eo f a s y m m e t r i ci n d u c t i o n h o w e v e r ，t h e r ea r en or e p o r t ss of a ro nt h eu t i l i t i e so fb i s ( o x a z o l i n y l ) f e r r o c e n e sa s l i g a n d si nt h e a s y m m e t r i cr e a c t i o n s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，f o u ro fc h i r a l1 , 1 b i s ( o x a z o l i n y l ) f e r r o c e n e sl i p ，l p b ，l b n a n dl i n ew e r ep r e p a r e da n d f i r s t l yu s e da sn ，n - b i d a n t a t el i g a n d si nl e w i sa c i dc a t a l y z e da s y m m e t r i c c y c l o p r o p a n a t i o na n dd i e l s - a l d e rr e a c t i o n t h el i g a n d sw e r e s y n t h e s i z e dw i t h l ，】，- f e r r o c e n y l d i c a r b o x y l i c a c i d c h l o r i d ea n das e r i n so f ( s ) - f l - a m i n oa l c o h o l s ，w h i c hw e r ep r e p a r e db yr e d u c t i o no ft h ec o r r e s p o n d i n gn a t u r a ll - a r n i n oa c i d s u s i n g s o d i u m b o r o h y d r i d e 。i o d i n e a s r e d u c t a n t s y s t e m ，i n t h e p r e s e n c e o f t r i e t h y l a m i n e a n d m e t h a n s u l f o n y l c h l o r i d eb yag e n e r a l m e t h o d o l o g y 1 ，1 - f e r r o c e n y l d i c a r b o x y l i ca c i dc h i o r i d ew a s p r e p a r e d f r o mf e = o c e n ea ss t a r t i n gm a t e r i a l ，v i aa c y l a t i o na n d h a l o f o r mr e a c t i o n t h ea c y l a t i o na n d d i a c y l a t i o no f f e r r o c e n ew e r es t u d i e di n t e n s i v e l yo nt h er o u t e sa n dc o n d i t i o n s t h e a s y m m e t r i ci n d u c t i o n so f t h el i g a n d si nc u ( i ) c a t a l y z e d c y c l o p r o p a n a t i o no f s t y r e n ew i t he t h y l d i a z o a c e t a t e ( e d a ) w e r ei n v e s t i g a t e d i na d d i t i o n ，an e w s y s t e m m e t h o do f a n a l y z i n g t h e d i a s t e r e o s e l e c t i v i t ya n de n a n t i o s e l e e t i v i 可o ft h er e a c t i o nh a v eb e e nf o u n d e db a s e do ng l c u s i n 窖 c o m m e r c i a ls e - 3 0c o l u m na n d a g c y c l o d e x t r i nd e r i v e dc h i r a lc o l u m nm a d ei no u rl a b t h el i g a n d sa l l s h o w e ds o m ee x t e n t o fa s y m m e t r i ci n d u c t i o n b u t ，w i t h al o w d e g r e e t h e b e s tr e s u i t s o f e n a n t i o s e l e c t i v i t y w a so b t a i n e dw i t h2 4 e ef o rt h e t r a n s - p r o d u c t t h e r e a s o no ft h e 1 0 w e n a n t i o s e l e c t i v i t yw a st h e o r e t i c a l l yd i s c u s s e d t h el i g a n d sh a v ea l s ob e e n a p p l i e dt om a g n e s i u m ( i i ) o re o p p e r ( i i ) c a t a l y z e dd i e l s - a l d e rr e a c t i o n w ! t hn a c r y l o y lo x a z o l i d i n o n e a n dc y c l o p a n t a d i e n e t h el i p m g ( c 1 0 4 ) 2 s y s t e mh a sb e e nd e m o n s t r a t e d t ob ee f f i c i e n tw h i c hl e dt ot h ee y c l o a d d u c tw i t h h i g he n d o e x os e l e c t i v e t y ( 9 2 ：8 ) i n4 1 e e ( 2 固f o rt h e e n d oi s o m e r h o w e v e lt h eo t h e rt h r e el i g m a d sh a v et h el o w d e g r e eo fe n a n t i o s e t e c t i v i t y ( 1 0 w e rt h a n 1 0 p g ) t h em e c h a n i s mo f a s y m m e t r i ci n d u c t i o nw a sa n a l y z e d k e o r d s a s y m m e t r i c i n d u c t i o n ， 1 , 1 b i s ( o x a z o l i n e ) f e r r o c e n e s ，l i g a n d s ，a s y m m e t r i c c y c l o p r o p a n a t i o n ，d i e l s a l d e rr e a c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：舞撅帆如3 年月应日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名：考卜彩侵 时间：2 3 年占月，日 导师签名 彭象 时间：多加多年夤2 日 中国农业大学博士学位论文第一章文献综堕 引言 第一章文献综述 催化不对称合成是制备光学纯化合物的简便而有效的方法。自1 9 6 8 年h o m e r 和k n o w l e s 几 乎同时将手性膦配体引入w i l k i n s o n 催化剂成功实现第一例不对称催化反应以来，催化不对称台 成取得了突飞猛进的发展。其中手性配体的结构对反应的对映选择性具有至关重要的影响。最常 使用的配体有手性膦配体、手性醇配体、手性胺配体等。手性双嗯唑啉配体在结构上与手性半卟 啉配体类似，但具有原料易得、易于合成及结构易于修饰等特点，1 9 9 0 年被首先应用于催化不对 称环丙烷化反应，现己广泛应用于各种不对称催化过程，如在碳碳键的形成反应、氨杂环丙烷化 反应、氧化及氢硅烷化反应中均表现出优良的手性诱导性能。另一方面，平面手性二茂铁配体特 别是二茂铁瞵配体，在c = c 键的加成反应、羰基化舍物的硅氢化及还原反应、醛的a l d o l 反应、 h e c k 反应、交叉偶联反应、环氧化及环加成反应等众多反应中也得以成功应用。上世纪九十年 代中后期，报道了含有手性毗唑杂环及手性嚼唑啉杂环的平面手性二茂铁膦配体，并用于格氏交 联反应及烯丙基烷基化反应等，取得了较好的对映选择性。 预计以二茂铁为骨架的手性双嚼唑琳配体将会有好的不对称诱导性能。然而，迄今为止该类 配体用于金属催化的不对称反应的研究却未见报道。为了研究手性双嗯唑啉二茂铁作为n n 双 齿配体的手性诱导性能，我们以四种天然氨基酸还原成的手性氨基醇作为手性源，合成了四种配 体l i p ，l p h ，l b n 及l i n e ，研究了它们在不对称环丙烷化反应及d i e l s - a l d e r 反应中的手性诱导性 能，并对手性诱导机理及影响不对称诱导性能的因素进行了分析。 本章总结了二茂铁类手性配体的研究进展，手性双嚼唑啉配体在不对称环丙烷化反应及 d i e l s - a l d e r 反应中的研究进展，催化不对称环丙烷化反应机理及手性双嗯唑啉配体的合成。 1 1 二茂铁类手性配体研究进展 二茂铁属于金属有机化合物。1 9 5 1 年，k e a l y 及p a u s o n 用格氏试剂c 5 h 5 m g b r 为原料，以 f e c l 3 作催化剂合成富瓦烯( f u l v a l e n e ) 没有成功，却意外地得到了二茂铁吐1 9 5 2 年，w i l k i n s o n 和w o o d w a r d 确认它是一个夹心结构的金属配合物【2 】， f i s c h e r 等人通过x 射线衍射的研究， 认为二茂铁具有五角反棱柱结构【3 】。为此f i s c h e r 和w i l k i n s o n 共享了1 9 7 3 年的n o b e l 化学奖。 二茂铁的发现及结构确定，极大地推动了有机金属化合物和结构理论的发展，使有机金属 化学进入了一个新的时代。 二茂铁及其衍生物在i 、l l , 、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。随着 催化不对称合成化学的发展，手性二茂铁衍生物作为配件以其独特的性能已引起化学家的广泛关 注1 4 , 5 1 。 1 1 1 非手性的1 , 1 - 双( 二苯膦基) 二茂铁( d p p f ) 配体 二茂铁基膦作为配件，把自身性质传递到络合物中而不破坏络合物的固有性质，在催化剂、 药物和功能材料的设计与合成中广泛应用。1 ，1 - 双( 二苯膦基) 二茂铁d p p f ( 1 ) 早在1 9 6 5 年就 由s o l l o t 等人合成制得【6 1 ，但其独特的化学性质及商业价值在8 0 年代才被充分认识到。 豪：p h 2 p ，p h 2p h 2 厂p p h ：p h 2 p 一，p p h ： 吼孙2 吒，孙2 v d p p p 嘞2 d p p f ( 1 )( 2 )( 3 ) ( 4 ) d p p f 可以与绝大部分过渡金属形成络合物，并能适应过渡金属原子之间距离的巨大差异 ( a g 、c r 、m 0 3 9 7 a ) ，这一能力使其明显优于其它双膦配件2 一( d p p m 、d p p e 、d p p p 等) 。 其最广泛的应用是作为催化剂催化大批有机反应：如有机金属与亲电试剂的偶合反应7 1 、烯烃的 芳基化及烯基化反应( h e c k 反应) i s 酰化反应队烯丙基烷基化反应4 垮。 1 1 2 p p f x 及b p p f x 系列配体 催化反应中许多催化剂包含有手性膦配体，因此如何设计与制各手性膦配体对于获得高的对 映选择性及催化活性具有至关重要的意义”1 。许多手性磷配体在r h 催化的脱氢氨基酸及其类似 物的氢化反应中表现突出，对映选择性高于9 0 ，但其中极少数配体能同时在多种类型的不对称 反应中也表现出高的对映选择性。但有两种配体例外；一种是b i n a p ( 5 ) ，一种是二茂铁类膦配 体。 2 中国农业大学博士学位论文 第一章文献综述 蒸甓拳 酚啦凸御也 恹) b i n a p ( 5 ) p p f a ( 6 )b p p f a ( 7 ) b i n a p f 5 1 于1 9 8 0 年由n o y o r i 开发，在r h 催化的烯烃的氢化反应、p d 催化的h e c k 反应、 r h 催化的烯胺的异构化反应、r h 及r u 催化的烯及酮的氢化反应等众多不对称反应中给出高的 对映选择性1 。1 9 7 4 年，h a y a s h i 和k u m a d a 首先制得了手性二茂铁膦配体p p f a ( 6 ) 及b p p f a ( 7 1 【l q 。该类配体具有其它配体所不具各的独特之处：1 、具有易于修饰的侧链功能团n m e 2 。2 、具 有平面手性，绝不异构化。3 、单、双膦均可通过一个手性源制备。4 、具备特征的桔红色，在柱 色谱中易于界定。该类配体及其衍生物与过渡金属的络合物已成功用于如下不对称反应： 1 用于有机金属试剂与卤代物的交叉偶联反应 1 9 7 6 年，h a y a s i t l 3 报道了应用手性二茂铁膦配体b p p f a ( 7 ) 及p p f x ( 8 ) 拘p d c l 2 络合物催化 下面反应( e q 1 ) ： 舶c h ( m e ) m g c l + b c 心篙等裳f h c h m e c 州h ： 拳x = 一- n 。m e 2 拳 - p p f x ( 8 ) p p f o m e ( 9 )b p p f x ( 1 0 ) x = - n h c h 2 c h 2 0 h n h c h ( c h 2 0 h ) 2 n h c ( c h 2 0 h ) 3 结果表明，侧链胺基对于配体的不对称诱导性能具有至关重要的影响：侧链有无手性中心不 影响e e 值，p - 中心手性使值陡降，手性二茂铁膦配体比其它配体优越。k u m a d a 和h a y a s h i 等 人对反应机理进行了深入研究【1 4 】。认为侧链胺基与金属镁原子的配位作用是高立体选择性的重要 因素。 使用( 印- c 彤- p p f o m e ( 9 ) 的n i 配合物催化萘的偶联可得到高光学活性的联萘衍生物f 9 5 e e ) ， 这对于制备联萘系列配体具有重要的意义。该反应不被p d 催化，且此配体是唯一最有效的配体 。 2 用于烯丙基化反应 亲核试剂对烯丙基的取代反应是在p c v 手性瞵配体的催化下完成的。其催化机理也研究得较 为成熟 钯与烯丙基形成- 配合物是重要的中间体【1 6 l 。研究表明，具有氨基酵侧链的手性二茂 3 中国农业大学博士学位论文 第一章文献综述 铁双膦配体b p p f x ( 1 0 ) 是最为有效的，配体中侧链羟基与亲核试剂的相互作用是产生高对映选 择性的原因。羟基越多，e e 值越高( u p t o9 6 e e ) 。 3 用于a l d o l 反应 a u ( i ) 催化的醛与口- 异腈羧酸酯( 或酰胺、膦酸酯) 的加成反应是制备羟基氨基酸的有 效方法，而侧链含有乙二胺基团的手性二茂铁双膦b p p f x ( 1 0 ) 是最有效的配体( e q 2 ，s c h e m e 1 p 】。 一。面c n c h 2 c m 0 2 m 舭e 。r 叱n c 呲一h 卜嚣 ( r ) - ( s ) - b p p f x ( 1 0 )垦 竺堑( t r a n s ) x ：一曲p h i 广一 n p r9 0 一n u 蚴胁t - 孙b u 一如文。c 。n h m 。孙，。 一吟n p h 8 9s 叭z s c h e m e l 4 用于烯烃的不对称氢化反应 该系列配体与r h _ 的配合物催化脱氢氨基酸的氢化，可得9 0 以上的e e 值，与其它配体相比 并无特别优异之处。但催化四取代丙烯酸时却表现突出，e e 9 5 ( e q 3 ) 。配体为含乙二胺片断的 b p p f x ( 1 0 ) 8 ”。造成高对映选择性的原因是末端氨基与底物羟基的相互作用。 r 、醇骂 a r c o o h 9 5 e e x = 一 n ；一 九o ；一胪 一、，f f 。- - o 4 需淼啪 洲 p 鲫 辞 x 中国农业大学博士学位论文 第一章文献练述 1 5 用于酮的氢硅化反应 羰基化合物的不对称硅氢化反应，是合成光活性醇的有效途径。手性二茂铁膦的r h 配合物 可催化该反应。1 9 9 5 年，h a y a s h i 2 ”用侧链含亚胺的配体的r h 配合物催化苯乙酮的硅氢化，得到 了9 0 的对映选择性。 6 用于h e c k 反应 n a k u i 用p d b p p f x ( 1 0 ，x = o h ) 催化分子内h e c k 反应，取得了比使用其它手性双瞵配体更 高的e e 值( 8 6 ) 。 1 1 3j o s i p h o s 系列配体 该类配体( 1 1 ) ( e q 4 ) 的两个瞵基具有不同的电子效应及立体效应，在催化不对称氢化【”1 、 硼氢化、及烯丙基烷基化唧】反应中表现突出，对映选择性达到9 9 e e 。其中，r h ( i ) j o s i p h o s ( i p i b u ) 及i r ( 1 ) j o s i p h o sa b 3 ，5 一m e 2 p h ) 已分别用于生物素b i o t i n 中间体【2 5 】及除草剂都尔中间体 的商业合成，分别得到了9 9 及7 9 的对映选择性“。 p p f a ( 6 ) r t p 9 2 ，a c o h 。- - r = c y ，p h ，t - b u 。e t c i i 4 双核二茂铁膦配体t r a p 系列 限s p ) - j o s i p h o s ( 1 1 ) 自1 9 9 1 年， s a w a m u r a , h a s h i m a 合成了系列性能优良的t r a p 类配体( 1 2 ) b 7 】 t r a p ( 1 2 ) r = p h ，p r , i p r b u ，b u e t p i m e 口p h ( a n i s t r a p ) p - c l p h ( a 卡h 。融p ) 2 - f u r y l ( f u 懈p ) t r a p 类配体是一类应用广泛、对映选择性高的配体，它与r h 、r u 的配合物可用作烷基化， m i c h a e i 加成1 2 8 】，烯胺氢化异构化等反应的催化剂，选择性可达9 9 e e 。e t t r a p 限- e t ) 已成功应 用于r h 一催化的a 肛及产酮酯的硅氢化反应( 8 0 一9 3 e e ) ，亦用于一大批二酮的硅氢化反应以高对 映选择性得到手性二醇( 8 9 9 9 e e ) l ”。 5 o 人 一 附 蓦 中国农业大学博士学位论文 第一章文献综述 1 1 5f e r r i p h o s 及a ，一双膦二茂铁配体 f e r r i f h o s ( 1 3 ) 配体由德国k n o c h e l 小组开发，具g - 对称性，主要用于r h 催化的脱氢氨 基酸及烯醇酯的氢化，e e 值可达9 7 以i - t ”。1 9 9 9 年，k n o c h e l 小组又开发了，b 一双膦配体1 4 1 3 0 ，该类配体的一个显著特点是：取代基r 的性质对于对映选择性是至关重要的，用于r j l 、r u 催化的烯烃及酮的氢化，e e 值可达9 8 以上。 敬1 h ，；嵩 写 l 1 6 含杂环的二茂铁膦的配体 案淘p p h 娶2 r = n m e m e , 跨i n - p y r r o l i d y l n ， d i p h o s p h i n e ( 1 4 ) 9 0 年代中后期，t o g n i 小组合成了系列含吡唑杂环的二茂铁膦配体1 5 3 2 - 3 3 1 主要用于r h 催 化的苯乙烯硼氢化( 9 8 e e ) 及p d 催化的烯丙基烷基化及氨基化反应( 9 9 e e ) 。当吡唑环上有 供屯基团，p 上官能团吸电能力较强肘，中心过渡金属上的电子云不对称性较强，对映选择性较好。 随后人们又合成了含噫唑啉基团的= 茂铁单瞵1 6 及双瞵配体1 7 ，用于氢转移氢化反应( 9 6 e e ) 【3 4 1 、共轭加成反应( 8 3 e e ) 、格氏交联反j 盘( a 5 e e ) f ”、烯丙基烷基化( 9 6 9 9 e e ) 等，取 得了较好的对映选择性。 ；r 1 警瓮痧 蠡= 彭 r l _ r 2 _ m e r 1 2 h ，r 2 i a d m a n t y l 1 譬斟1 r i = h ，r 2 = 弧t b u ，m e , p h ，b n r j 喝锄 1 1 7 手性二茂铁氨基醇类配体， r = 母r i b u 1 7 r r 1 9 8 4 年o g u a i 等人报道了某些卢氨基醇如( $ 一l e n c h 谳催化z n e t 2 对p h c h o 的加成，第一次 成功地实现了催化不对称烷基化。”。w a n t a n a b e 自1 9 8 9 年起合成了一系列二茂铁基b 一氨基醇衍生 物1 8 2 0 ，在烷基锌对醛的加成反应中表现出很好的催化活性及对映选择性【3 。 6 1 8 r 2 1 9 m e n r 3 2 o h r 2 1 8 是一类含锌的催化剂，对映选择性与单独使用接入的氨基酸( 脯氨酸、麻黄碱等) 相近， 但催化剂的刚性结构可使其在高温( 6 0 c ) 下使用而不失活性。 1 9 是一类以麻黄碱取代的二茂铁，通过对p h c h o 与z t l e t 2 的烷基化反应研究发现， r 3 = h 时对映选择性很低；* 碳的手性对催化活性及对映选择无影响；n 上取代基大时，e e 值高 ( t - b u ：9 9 e e ；m e ：9 4 e e ) ；对于脂肪醛的烷基化反应可得到7 0 8 0 e e 。 2 0 是一类1 , 2 一二取代二茂铁氨基醇，当r 。= r 2 = p h ，n r 3 2 = p i p r i d i n y l 时对映选择性最好 ( 9 9 e e ) 。对于共轭芳烯醛或羰基旁有大取代基的脂肪醛的烷基化反应亦具有很好的选择性。研 究发现，醇部分的位阻影响着不对称诱导性能，但其构型与手性诱导无关。醇部分的吸电子基团 可增加过渡态中z r t 的l e w i s 酸性，从而提高对映选择性。 7 惑 1 2 手性双嚼唑啉配体在催化不对称环丙烷化反应中的应用 催化不对称环丙烷化反应，即利用手性配体，金属络合物催化重氮化合物与烯烃的环加成反 应，是合成光活性环丙烷结构化合物的重要手段。其中手性配体金属络合物作为反应的催化剂及 手性诱导中心，对反应的成败起着至关重要的作用4 “。自1 9 6 6 年n o z a k i i 4 3 j 报道了第一侧不对 称环丙烷化反应以来，人们对该类反应的研究取得了令人瞩目的成就。首先是a r a m n i 改进了 n o z a k i 的手性水杨醛西佛碱的结构，使苯乙烯与重氮乙酸酯反应对映选择性大为提高，a r a h a n i 催化剂并最终用于e i l a s t a t i n 的商业合成 4 4 ”j 。其次是p f a l t z 开发的手性半卟啉一铜络合物，为不对 称环丙烷化反应的又一里程碑 4 8 - 5 2 1 。该类催化剂催化苯乙烯与重氮乙酸乙酯的反应，所得反式体 产物的对映选择性达到9 2 。当使用大位阻的重氮酸酯时( 例薄荷酯) ，对映选择性更高。但p f a l t z 催化剂用于1 , 2 一二取代及三取代烯烃的环丙烷化反应效果并不理想。1 9 9 0 年，m a s a m u n e ”1 ， e v a n s i s 4 1 及p f a l t z s q 三个研究组分别利用手性双嚼唑噼配体铜络合物催化环丙烷化反应。均得到 了很高的对映选择性，为双嗯唑啉配体在该催化过程中的广泛应用奠定了基础，被认为是摄具有 工业应用前景的一类催化剂。另外。手性羧酸衍生物与r h ( i i ) 的络合物及s a l e n - c o ( 1 1 1 ) 等催化荆 也得到了成功应用p “。 手性双嚼唑啉衍生物可由相应的二元羧酸衍生物及手性氨基醇方便地合成，自然界中有广泛 的手性源( 氨基酸) ，原料易得，结构易于修饰。该类配体已广泛应用于多种不对称催化过程口”。 本文以双啄唑啉配体中酸的结构为依据将该类配体分为丙二酸类、洒石酸类、吡啶二羧酸类等分 别加以总结。 1 2 1以丙二酸为骨架的双嘌唑啉配体 1 9 9 0 年，m a s a m u n e ”及同工作者以丙二酸二乙酯及手性氨基醇为原料合成了系列双唔唑啉 配体2 1 a 一2 1 d 、2 2 a 一2 2 e 。所得配体与c u c l 2 反应变为其c u ( i i ) 络合物( s c h e m e2 ) 。c u ( i d 络 合物经苯肼原位还原为c u ( i ) 络合物，用于催化苯乙烯与重氮乙酸乙酯( e d a ) 的环丙烷化反应， 随着配体中取代基位阻的增大，对映选择性随之提高。在7 种络合物中，饵s ) - 2 3 a 表现出最高的 对映选择性：反式体9 0 e e ，顺式体7 7 e e 。重氮乙酸酯的酯基位阻大小对反应的非对映选择 性及对映选择性都有明显的影响。当r 基团由e t 变为d - m e n t h y l 时，产物的t r a n s l e i s 比达到8 4 ：t 6 ， 而反式体的对映选择性达到9 8 e e ( s c h e m e3 ) 。 2 1 a ，r = t - b u 2 1 b ，r = i - p r 2 1 c 嗍r l 2 1 d ，r = p h ”tr = ( s ) - e t c h ( m 曲 2 i f , r = m e c ( o h ) 1 点7 8 b 。c “。r t , 聊3 0 r a i n 二条。r96for2 抽 k 强 8 r r 2 2 ar = c h 3 ，r = p h 2 2 br = c r 2 0 h r 。= h 2 2 cr = e l 硝= h 般 ph三帆。蛆(s,s)-23a,phenylhydrazine,，。c02r1+ph，c02r。 l = 鱼! 竺2 虫璺! ! 堕! 坐 ，么 + 厂一c 0 0 r l p h ， 、。”、 n ， ! 型! ! y 塾垦l堕塑! ! 堡! 幽翌墨! )! ! ! 堑! i 盟 ( s ，s ) - 2 3 b e t7 1 ：2 94 63 1 ( s ，s ) 2 3 a e t7 5 ：2 59 07 7 ( s ，s ) 2 3 a t - b u8 0 ：2 09 48 9 ( s ，s ) - 2 3 ad - m e n t h y i 8 4 ：1 69 88 0 i ! ：2 塑!堂! 塑丑! 型! ! !堑 s c h e m e3 m a s a m u n e 催化剂 s ) - 2 3 a 用于其它末端烯烃及反式1 , 2 二取代烯烃的环丙烷化反应，均表 现出很高的对映选择性( u p t o9 9 e eo f t r a mf o r1 o c t e n e ) 及非对映选择性( t r a n s ：c i s u pt o9 8 ：2f o r 2 ，3 ，3 - t r i m e t h y l b u t e n e ) ；但对于三取代烯烃及顺式1 , 2 - 二取代烯烃的环丙烷化反应，对映选择性很 差( o n l y2 4 e eo f c r a n s f o r 2 ，5 - d i m e t h y l - 2 ，4 - h e x a d i e n e ) 。在随后的研究中口”，m a s a m u n e 合成了4 , 5 一 双取代配体2 4 a 一2 4 d ，这些与配体与c u c l 0 4 ( c h a c n ) 4 形成的c u ( i ) 络合物在催化2 ，5 二甲基2 ， 4 - 己二烯与重氮乙酸酯的反应中，对映选择性均大大高于( s s ) 2 3 a ，其中2 4 e c u ( i ) 的对映 选择性达到9 4 ( p p ) ，产物菊酸的反崾比高达9 5 ：5 ( s c h e m e4 ) 。 ；詈飞二 ( ，吼r i r l n r 2 4 ar = c h 3 r = p h 2 4 br = e t r k f - b u 2 4 er 喇= p h 2 4 d r - r = 取， p ， 型型z 鲢垦j丝璺! ：! 垒 塑塑业j ! 垡塑! 塑2 ( s ，s ) - 2 3 al - m e n t h y l8 4 ：1 62 41 6 2 4 c c u ( i ) l - m e n t h y l 9 2 ：89 28 4 1 1 丛螋里丛! 墅 塑： d c m = d i c y d o h e x y l m e t h y l s c h e m e 4 9 畎；- i l 一 、 r | 0 、 2 4 c c u ( i 、用于其它顺式1 , 2 二取代及三取代烯烃的环丙烷化反应产物反式体的对映选择性 为8 2 9 5 e e ，但用于苯乙烯底物，对映选择性很差( 3 6 e e f o ri t q n $ ，2 0 e ef o rc i s ) 。 几乎同时，e v a n s 5 4 1 台成了配体2 5 a 一2 5 b , 2 1 a 2 1 b ，2 6 a 一2 6 b 。这些配体与c u o t f ( t f = t r i f l a t e ，c b s 0 2 ) 形成原位络合物，用于催化苯乙烯与e d a 的环丙烷化反应。在给定条件下， ( 强印一2 6 a c u o t f ) 给出9 9 e e 的t r a n s 产物，而( s s ) - 2 6 b c u o t f 仅得到4 9 e e 。与m a s a m u n e 结果比较 研- 2 1 a c u o t f 表现出更高的对映选择性( 9 8 p pf o r 黼a n d 9 3 e ef o rc s ) 。当使 用大位阻的重氮乙酸酯b h t - d a ( b h f = 2 ，6 d i - t - b u - p m e t h y l p h e n y l ) 时，反应的非对映选择性达 到t r a m ：c i s9 4 ：6 ( s c h e m e5 ) 。 鼹麓i o * 。墨1 0 2 5 a r _ 卜b u 2 5 br = - p r 2 5 c r = b n 2 6 br = - p r 2 6 c r - b n 2 6 d r = p h 2 6 e r = c m e 2 0 s i m e 3 三吣器罴) i r a ，么。蛹+ 卧。呲 - ，弋j ，3 、 n ，一。轧 c h c l 3 2 5 0 c 、。0 2 r 1 p h ，一 、。呲 垦i g 些i堡!塑磐! i ! 堡! ! 堑垡! 垫堂! ! 墅( ! ! 盟 2 5 he t6 6 ：3 438 2 1 be t6 4 ：3 66 44 8 2 1 ae t7 7 ：2 39 8 9 3 2 6 ae t7 3 ：2 79 9 9 7 2 6 be t6 9 ：3 14 94 5 2 6 at - b u8 1 ：1 99 69 3 2 6 ab h t9 4 ：69 9 + b h t = 2 ，6 - d i - t - b u - p - m e t h y l p h e n y l s c h e m e 5 僻句- 2 6 a c u o t f 同时用于催化异丁烯及1 ，1 二苯乙烯的环丙烷化反应，均得至1 j 9 9 e g 的产 物a 而以草酸为骨架的配体络合物2 5 b c u o t f , 几乎无对映选择性( 3 e bf o rt r a n s ) ，表明五元环 络合物催化效率远远低于六元环络合物。同时证明，c u n ( o t f ) 2 络台物无催化能力，除非用e d a 在6 5 c 还原或用p h n h n h 2 活化。而c u ( 1 ) 或c u ( i i ) 的其它盐( 如x 、c n 、o a c 、c 1 0 4 等) 的 配体络台物催化活性及对映选择性均很差。 e v a n s 成功制得了 回- 2 6 a c u o t f 的络合物晶体【”。晶体的x r a y 分析表明晶体具有一个 c 3 - 对称的单股螺旋状聚合物结构，c u ( i ) - 与两个配位n 原子呈几乎线性关系( n c u - n1 7 1 6 。) ，阴 l o 离子o t f 并未与金属键合，而是呈游离状态。大的叔丁基取代基伸向螺旋体的外面。该晶体在空 气中十分稳定可放置数月而不分解。而在溶液状态，螺旋结构被破坏，并发生快速的配体重新 分配( r a p i dl i g a n d r e d i s t r i b u t i o n ) 。 由于( 墨固4 6 a ( 2 u o t f 的独特的对映选择性，e v a n s 对2 6 a 的合成进行了改进，由四步法合成 改为三步法，收率也由3 6 提高到7 2 1 6 ”，并将2 6 a c u o t f 成功用于环加成反应，a l d o l 反应， m i c b a e l 反应及羰基的烯化反应( c a r b o n y l e l a e r e a c t i o n ) 6 u 取得了非常满意的结果。 受半卟啉配体结构及高手性诱导活性的启发m “6 3 1 ，p f a l t z t 5 1 】也合成了配体2 1 a - f , 2 5 a c ，2 6 b 。 配体2 1 与c u ( o a c ) 2 在甲醇中形成c u ( 1 1 ) 络合物3 。再用苯肼还原活化或与c u i ( t - b u o ) 原位形成 c u o ) 络合物。但2 1 a 需用b u l i 去质子后和c u b h 反应形成c u ( i i ) 络合物。 2 1 a - 2 1 f c u ( 1 ) 络合物用于催化苯乙烯与重氮乙酸薄荷醇酯的环丙烷化反应结果表明，2 1 a 具 有最好的对映选择性( 9 6 e e f o r t r a n s a n d 9 7 e e f o f c i s ，t r a n s ：c i s8 7 ：1 3 ) ，这一结果与m a s a m u n e 所 得结果相一致( s e es c h e m e3 ) ，但其它配体的效果较差。 作者将草酸类配体2 5 a 一2 5 c 用于h 催化的氢转移氢化反应( 9 4 e e ) 及p d _ f 化的烯丙基烷 基化反应( 7 7 e e ) ，也得到了满意的对映选择性。 p f a l t z 还将2 6 a c u o t f 用于催化烯醇硅醚( s i l y le n o le t h e r s ) ( 1 - 三甲基硅氧基苯乙烯) 与重氮 酸酯的环丙烷化反应m 。得到9 6 e e 的对映选择性。还发现，反应的非对映选择性受配体结构影 响很大，而重氨酸酯中酯基的位阻大小对反应的对映选择性无影响。这种现象与苯乙烯的环丙烷 化反应相反。作者还对环状烯醇硅醚( 五、六元环) 的环丙烷化进行了研究。 配体2 6 在不对称环丙烷化反应中具有独特的手性诱导性能，已经出现众多的应用及研究报 道 6 5 - 7 0 】。a n d e m s