（有机化学专业论文）树枝状手性配体的设计、合成及其在催化不对称反应中的应用.pdf

南开大学博士学位论文 摘要 本论文主要包括以下三个方面的内容；设计合成了四个系列1 6 种树枝状大分 子希夫碱三齿手性配体；研究了这些新配体与钛( ) 形成的配合物在催化不对 称杂d i e l s a l d e r 反应中的应用：对n o b i n 衍生的2 3 种非树枝状希夫碱三齿手 性配体与钒形成的配合物在催化不对称杂d i e l s a l d e r 反应中的应用进行了初步 探讨。 1 树枝状大分子希夫碱三齿手性配体的设计与合成 从3 ，5 二羟基苯甲酸出发，通过酯化、取代、还原、甲酰化、缩合、官能 团的保护与去保护等反应合成了四个系列1 6 种水杨醛衍生物，其中1 1 中是未见 文献报道的新化合物。通过手性拆分获得了光学纯化合物n o b i n ，首次将n o b i n 手性单元连接到树枝状大分子中去，设计合成了四个系列1 6 种新的n o b i n 衍 生的希夫碱三齿手性配体，其中4 种为非树枝状手性希夫碱配体，1 2 种为树枝 状手性希夫碱配体。并通过核磁共振、红外光谱、质谱和元素分析等手段，对它 们的结构进行了表征。 2 n o b i n 衍生的树枝状大分子希夫碱手性配体与钛形成的配合物在催化不对 称杂d i e l s a l d e r 反应中的应用 将得到的四个系列n o b i n 衍生的树枝状希夫碱三齿手性配体与四异丙氧基 钛形成的配合物用于催化d a n i s h e f s k y sd i e n e 与醛的不对称杂d i e l s a l d e r 反应， 通过反应条件的优化，获得了定量的收率和最高达9 7 2 e e 值的对映选择性；考 察了这四个系列n o b i n 衍生的树枝状希夫碱钛配合物的催化活性和对映选择 性，结果发现它们的活性次序依次为l l z l 2 l 3 l 4 ，对映选择性次序依次为l 1 l 2 l 3 l 4 。考察了电子效应与空间效应的影响，结果表明羟基所在苯环的 邻位是否有取代基对产物的收率和对映选择性影响非常大，没有取代基时结果最 好。同时也考察了d e n d r i m e r 取代基的大小、位置对产物收率与对映选择性的影 响，结果发现l - 系列表现出较明显的d e n d r i m e r 效应。通过羧酸添加物对反应 速度的影响，非线性效应、d e n d r i m e r 效应以及反应途径的考察，对树枝状n o b i n 南开大学博士学位论文 希夫碱钛配合物催化杂d i e l s a l d e r 反应的机理进行了研究，证明反应是按照4 + 2 坏加成的协同机理进行的，并且提出了树枝状希夫碱钛配合物催化杂d i e l s a l d e r 反应的机理模型；通过催化剂的回收和重复使用( 至少3 次) ，结果表明催化剂 是比较稳定的。 3 n o b i n 衍生的三齿希夫碱手性配体与钒形成韵配合物在催化不对称杂 d i e l s a l d e r 反应中的研究初探 对2 3 种n o b i n 衍生的希夫碱手性配体与钒( v ) 形成的配合物在催化不对 称d a n i s h e f s k y sd i e n e 与苯甲醛的杂d i e l s a l d e r 反应中的应用进行了初步探讨， 获得了较高的收率( u p t o9 9 ) 和中等的对映选择性( u pt o6 5 6 e e ) ；通过对 溶剂效应的考察，发现在甲苯溶液中的催化效果最佳，在二氯甲烷、甲基叔丁基 醚、正己烷等溶剂中收率和e e 值均有所下降，在四氢呋哺中根本就不反应；通 过对电子效应、立体效应的考察，得到的初步结果是羟基的邻位有一o m e 、一b r 存在，有利于对映选择性的提高，而羟基的对位存在吸电子基有利于产率的提高。 关键词：d e n d r i m e rn o b i n 手性不对称催化杂d i e l s - a l d e r 反应 2 南开大学博士学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i sf o c u s e sm a i n l yo t lt h r e ea s p e c t s ：t h ed e s i g na n ds y n t h e s i so f1 6k i n d s o fd e n d r i t i cc h i r a ls c h i f f - b a s c l i g a n d s ，t h ea p p l i c a t i o n o ft h ed e n d r t i cc h k a l s c h i f f - b a s e3 a ( r v ) 一c a t a l y s t si nt h ea s y m m e t r i ch e t e r od i e t s a l d e “h a d 、r e a c t i o no f d a n i s h e f s h y sd i e n ea n da l d e h y d e s ，a n dt h ep r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o no f 2 3k i n d so f n o b i n d e r i v e ds c h i f f - b a s e v = o f v ) 一c a t a l y s t s i nt h e a s y m m e t r i c h e t e m d i e t s a l d e r ( n a d ) r e a c t i o no f d a n i s h e f s h y sd i e n ea n db e r a a m e h y d e s t a r t i n gf r o m3 , 5 - d i h y d r o x y b e n m i ea c i d ，at o t a lo f 1 6k i n d so f s a l i c y l i c a l d e h y d e d e r i v a t i v e sh a v eb e e ns y n t h e s i z e db yt h ee s t e r i f i c a t i o n , s u b s t i t u t i o n , r e d u c t i o n , f o r m y l a t i o n , c o n d e n s a t i o n , b r o m i n a t e ，f u n c t i o m lg r o u pp r o t e c t i o na n dd e p r o t e c t i o n r e a c t i o n s ，o fw h i c h 1 1h a v en o tb e e n r e p o r t e dy e t e r m n t i o m e r i c a l l yp e 2 - a m i n o 一2 - h y d r o x y - 1 ，1 一b i r m p h t h y l ( n o b i n ) h a s b e e ne a s i l yo b t a i n e df r o mi t s r a c e m i c m i x t u r e b y t h ee v a n t i o s e l e c t i v cf o r m a t i o no fi n c l u s i o n c r y s t a l s w i t h n b e n z y l c i n e h o n i n i u m c h l o r i d e w ea t t a c b e df o rt h ef i r s t t i m e 一n o b i n t o f r e c h e t - t y p ed e n d m n u n i t s t h es y n t h e s e so f16k i n d so fd e n d r i m e r - b a s e dn o b i n s c h i f f - b a s e l i g a n d s w e r ea c h i e v e di na s t r a i g h t f o r w a r d n n n n e r b ys i m p l e c o n d e m a t i o no f ( s ) - n o b i nw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gs a l i c y l i e a l d e h y d ed e r i v a t i v e s ，o f w h i c h1 2b e l o n gt ot h ed e n d r i t i cs c h i f f - b a s eh g a n d sa n d4b e b n gt ot h en o n - d e n d r i t i c s c h i f f - b a s el i g a n d s a l lt h es c h i f f - b a s el i g a n d sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e db y1 h ( 1 3 c ) n m r , m s ，i r a n de l e l m n t a l a n a l y s i so rh r m s t h e s ed e n d r i t i cn o b i nd e r i v e ds c h i f fb a s e l i g a n d s h a v eb e e n a p p l i e d t o t i t a n i u mc a t a l y z e dh e t e r o d i e t s a l d e rr e a c t i o no f d a n i s h e f s h y sd i e n ea n da l d e h y d e s ， a f f o r d i n gt h ec o r r e s p o n d i n g 2 - s u b s t i t u t e d2 , 3 - d i h y d r o - 4 h p y r a n - 4 - - o n ci nq u a n t i t a t i v e y i e l d sa n de x c e l l e n te n a n t i o s e l e c t i v i t i e s ( u pt o9 7 2 e e ) c o m p a r i n gt h er e a c t i v i t i e s a n de n a n t i o s e l e c t i v i t i e so fr e a c t i o n c a t a l y z e db yt h e t i t a n i u mc o n 叩l e x e so ft h e s e s c h i f fb a s el i g a n d s ，i tv q a sf o u n dt h a tas e r i e so f l i g a n d sl 1w e r es u p e r i o rt ot h eo t h e r t h r e es e r i e so f l i g a n d sl 2 ，l 3a n dl 4 ，as i g n i f i c a n t p o s i t i v en l e a n dad e n d r i m e re f f e c t e x i s t e di nt h el id e n d r i t i cc a m l y s ts y s t e m t h ed i s p o s i t i o no ft h ed e n d r i t i cw e d g e s a n dt h ed e n d r o ns i z ei nt h el i g a n d sw e r eo b s e r v e dt oh a v ea s i g n i f i c a n ti m p a c to n t h e 南开大学博士学位论文 e n a n t i o s e l e c t i v i t yo ft h er e a c t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so nt h em e c h a n i s ms t u d yi n d i c a t et h a t t h er e a c t i o nb yu t i l i z i n gd e n d r i t i cs e h i f fb a s et i ( i v ) c a t a l y s tp r o c e e d st h r o u g hac o n c e r t e d 【4 + 2 】 e y c l o a d d i t i o np a t h s i m u l t a n e o u s l y , w ep r o p o s e dt h ew o r k i n gm o d e lo fa s s e m b l e dd e n d r i t i c c a t a l y s tf o rh d a r e a c t i o no f d a n i s h e f s k y sd i e n ew i t h a l d e h y d e s t h er e c o v e r e dd e n d r i t i cc a t a l y s t c o u l db er e u s e dw i t h o u tf u r t h e ra d d i t i o no fm e t a l l i cs o n l t ea n da d d i t i v ef o ra tl e a s tt h r e ec y c l e s w i t hs i m i l a ra c t i v i t ya n de n a n t i o s e l e c t i v i t y w i t h2 3k i n d so fn o b i n - d e r i v e dt r i d e n t a t es c h i f f - b a s el i g a n d si nh a n d ，w ep r e l i m i n a r i l y s t u d i e dt h e i ra p p l i c a t i o ni no x o v a n a d i u m ( v ) c a t a l y z e dh a dr e a c t i o no fd a n i s h e f s k y sd i e n ea n d b e n z a l d e h y d e ，a f f o r d i n gt h ec o r r e s p o n d i n g2 - s u b s t i t u t e d2 , 3 - d i h y d r o - 4 h p y r a n 一4 一o n e i n g o o d y i e l d sa n dm o d e r a t ee n a n t i o s e l e c t i v i t i e s ( u pt o6 5 6 e e ) t h er e a c t i o nc o n d i t i o n s s u c h 鹳t h e s o l v e n t s ，a d d i t i v ea n dt h em o l er a t i oo fl i g a n dt ov o ( p r o ) 3 ，w e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i lb a s e do n l a st h es t a n d a r dl i g a n d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt o l u e n ew a st h eo p t i m a ls o l v e n t 。 n or e a c t i o no c c u r si nt h ew ea l s oo b s e r v e dt h es t e r i ca n de l e c t r o n i ce f f e c t sb yc h a n g i n gt h e s u b s t i t u e n te q u i p p e di nt h ec o r el i g a n dh a sai n f l u e n c eo nt h ey i e l da n de n a n t i o s e l e e t i v i t yo f r e a c t i o n f o r3 - s u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d i m i n el i g a n d s , am e t h o x ys u b s t i t u e n to nt h ep h e n y lr i n gw a s f o u n dt oi n c r e a s et h ee n a n t i o s e l e c t i v i t yo f r e a c t i o n , w h i l ef o r5 - s u b s t i t u t e ds a l i c y l a l d i m i n el i g a n d s ， a ne l e c t r o n - w i t h d r a w i n gs u b s t i t u e n ts u c ha sn i t r oo nt h ep h e n y lr i n gw a sf o u n dt oi n c r e a s et h e y i e l do f r e a c t i o n k e y w o r d s ：d e n d r i m e r n o b i nc h i r a l a s y m m e t r i cc a t a l y s i s h e t e r o - d i e l s - a l d e rr e a c t i o n 4 南开大学博士学位论文 第一章：前言 i 1 手性概述 手性是自然界存在的普遍特征，特别是在生命过程中，手性的均一性是生命 物质区别于非生命物质的最基本特征，因此手性的均一性( h o m o c h i r a l i t y ) 是生 命中最重要的方面之一，如d n a 和r n a 的核糖和脱氧核糖都是d 型的，构成蛋白 质的2 0 中天然氨基酸( 除甘氨酸没有手性外) 都是l 型的，而蛋白质和d n a 的螺 旋结构又都是右旋的。不同的手性在生命过程中发挥着独特的功能，可以说没有 生物高分子结构单元的手性均性以及涉及识别和信息处理的手性化合物，地球 上现在的生命形态就不可能存在。 一对对映异构体在非手性环境中性质完全相同，而在手性环境中往往表现出 不同的，甚至是完全相反的性质。由于生物体内的酶和细胞表面的受体都是手性 的，手性对映体在生物体中的作用就必然会存在差异。( s ) 一天冬酰胺( a s p a r a g i n e ) 是苦味的，( r ) 一天冬酰胺却是甜昧的；( r ) 一香芹酮( c a r v o n e ) 有留兰香味，而( s ) 一 香芹酮是芫荽香味的“1 。对于手性药物来说，了解不同对映体性质的差异就更为 重要。人们所熟悉的例子是氯霉素c h l o r a m p h e n i c o l ，一种广谱性抗生素治疟药。 只有d 一( 一) 一异构体具有杀菌作用，而l 一( + ) 一异构体则完全没有药效。a m e t h y l d o p a2 是一种降血压药，服用后在体内经脱羧、b 一羟基化，得到活性 化合物a m e t h y l n o r e p i n 印h r i n e 。只有( 一) 的异构体的降解产物有药效，而( + ) 的异构体则完全没有药效。z - e t o z o l i n e3 是一种利尿剂，它代谢生成活性 o z o l i n o n e ，只有( 一) 一e t o z o l i n e 的代谢产物有利尿作用，而( + ) 一的异构体不但 没有利尿作用，还会抑制( 一) 一异构体的利尿作用。更有甚者，由于人们早期对于 手性药物中不同对映体的药理活性的差异认识不够充分，2 0 世纪6 0 年代在欧洲 还发生了“沙利度安( t h a l i d o m i d e ) ”的悲剧：t h a l i d o m i d e4 是一种抑制妇女 怀孕呕吐的镇静剂，不少孕妇在服用了外消旋的沙利度安后，产下了畸形的婴儿。 后来人们研究才发现( r ) 一t h a l i d o m i d e 具有镇静和止吐作用，而( s ) - t h a l i d o m i d e 却有强烈的致畸作用，它在机体内代谢成卜n p h t a l o y l 9 1 u t a m i n e 和 i - n p h t a l o y l g l u t a m i c a c i d 。这两种代谢产物既有胎毒性，又有致畸性o 。为了 防止此类事件的再度发生，美国f d a ( 药与食品管理局) 从1 9 9 2 年起要求申报 南开大学博士学位论文 手性药物时，必须分别对每一种异构体的药性都要作出说明。 削继。h 。：魁。h a s 删n e c a n ，o n e c h i i 怕m p h 8 “i c 0 i h v o 叶n h c 。o z h ”誓h h 2 i 。r n - m e a h y l d o p a 奴冷 ( r ) 一t h a l i d o m i d e ( s ) _ 1 h a l i d o m i d 目前，全球手性药物市场已经超过了1 4 0 0 亿美元，而手性在香料、食品 添加剂、杀虫剂、植物生长调节剂等方面的要求也越来越多了。手性液晶、手性 高分子由于具有特殊的理化性能，因此成为特殊器件的材料。一个新兴的高技术 产业一手性技术( c l l i r o t e c h n o i o g y ) 正在悄然兴起【3 】o 1 2 不对称催化 除了天然手性产物以外，一般说来，获得光学活性产物的方法主要有三种： 手性拆分、手性底物或手性试剂诱导的不对称合成和不对称催化。其中手性拆分 是将外消旋体的两个对映体分开，从而得到两种单一手性的物质。常用的方法包 括晶体机械分离方法、通过形成非对映异构体或超分子复合物而分离、微生物、 酶或其它手性催化剂作用下的拆分以及手性色谱分离。尽管这种方法有时比较简 单方便，但如果得到的无用对映体不能再有效地转变为外消旋体，最高只能达到 5 0 的效率。通过反应物的手性或手性试剂诱导进行的不对称合成。产物中新手 性的产生完全由反应物的手性或所使用试剂的手性控制，其选择性可以通过克拉 姆( c r a m ) 规则和普雷洛格( p r e l o g ) 规则判断。普雷洛格由于在立体化学和天然产 物化学研究方面的卓越贡献，1 9 7 5 年获得诺贝尔化学奖。这种方法尽管较手性 6 南开太学博士学位论文 拆分有更高的效率，但一个手性的反应物或试剂最多也只能生成一个新的手性产 物。而不对称催化是最有效的方法，因为它能够实现手性增殖，一个高效率的催 化剂分子能够产生成千、上万乃至百万个光学活性的产物分子，手性催化剂是实 现这一过程的关键。手性催化剂可以是来自天然的酶或人工合成的分予，通过酶 催化的反应，通常具有很高的选择性而得到一种手性的对映体，其缺点是适用范 围小，而获得另外一种对映体比较圃难。而人工合成的手性催化剂则可以克服酶 催化剂的缺点，有时能够达到甚至超过酶催化的水平。 手性拆分 底物诱导 不对称催化 口 i 口 ppf f f p r b i o c h e m i c a l & b i o l o g i c a lc a t a l y s i s 不对称催化1 l c h e m i c a lc a t a l y s i s 不对称催化可分为不对称生物酶催化和化学催化。而化学催化又可分为有机 金属催化和有机小分子催化。其中，有机金属催化因为反应条件温和，以及反应 高效率等特点，受到人们的广泛关注。自从1 9 9 6 年n o z a k i 等用席夫碱铜络合物 首次实现了均相不对称催化的环丙烷化反应以来1 4 】，通过有机金属进行的不对称 催化成为近三十年来化学研究中最热门的领域之一并取得了长足的进步。特别是 近二十年来，相继有一批优秀的手性有机金属催化剂被用于工业生产中。例如： t a k a s a g o 公司利用b i n a p r h 催化的亚胺不对称异构化反应技术，1 9 8 3 1 9 9 6 年 已经生产近3 万吨薄荷醇及其中间体，而消耗掉的手性配体仅为2 5 0 公斤【5 j ；利 用b i n a p - r u 催化的酮的不对称氢化已经成为生产t 3 内酰胺类抗生素药物中间 体的关键工艺之一，年产量超过4 0 吨【6 l ；n o v a r t i s 公司运用t o g n i 和s p i n d l e r 的不对称氢化技术，从1 9 9 6 年开始生产以单一对映体为主的除草齐u ( 1 0 ，0 0 0 t y ) ， 使除草剂用量( 在同等除草效果下) 减少4 0 ，一方面使生产原材料消耗大大降低， 同时由于除草剂用量的减少，环境负担亦大大降低1 7 ；c h i r e x 公司使用j a c o b s e n 口i p q p 南开大学博士学位论文 等的环氧化合物动力学拆分技术生产手性环氧和二醇化合物【8 】，使得该公司的生 产成本低于任何采用生物发酵方法的生产成本。还有一些其它工业应用实例，可 参考最近的综述【9 1 。由此可见，不对称催化技术将成为未来手性药物等精细化学 品合成的关键技术，而这一技术巨大的应用前景又进一步带动了整个化学学科的 发展。因此，2 0 0 1 年的n o b e l 化学奖共同授予了m o n s a n t o 公司的k n o w l e s 博士、 名古屋大学的n o y o r i 教授和s c r i p p s 研究所s h a r p l e s s 教授，以表彰他们在催化 不对称研究方面所做出的卓越贡献。由此可见，手性的重要性正被越来越多的人 所认识，而不对称催化的研究将向着更清洁、更高效、更经济的目标发展，正进 入一个新的阶段。 t a k a s a g o t a k a s a g o n o v a r t i s c h i r e x 姑 t ip h r = p h i y 2 c i _ 下d v c 。l 掣 l o h 2 0 0 0g y t o n ：4 0 0 0 0 0 4 0 9 y 1 0 0 0 0t y m e s c ：1 0 0 0 0 0 0 1 3 手性配体 在已经存在的众多手性配体中，按照分子中所具有的手性类型进行分类， 3 她勘如 南开大学博士学位论文 无外乎有中心手性配体、平面手性配体和轴手性配体三大类。也有一些配体在其 分子中含有两种以上的手性因素。比较有代表性的配体中，含有中心手性的有 b i s o x a z o l i n e t 0 1 ，p h o x 1 “，d u p h o s 1 2 1 ；含有平面手性的主要有金属络合物类 ( c a r b o n y l m e t a lc o m p l e x ) d 3 i ，环芳烷类( p a r a c y c i o p h a n e ) 1 4 】和二茂铁类 ( j o s i p h o s ) d s 等，其中许多二茂铁类配体，例如j o s i p h o s ，分子中还含有中 心手性；轴手性配体主要包括联萘骨架配体，如b i n o l 1 6 】，b i n a p 17 1 ，n o b i n 和 含有杂环的轴手性配体，如q u n a p 1 8 1 。 典型的中心 手性配体： b i e o x a z o l i n ep h o x 擎勰嚣p 办r 晰： c r ( c o ) 3 c o m p l e x 典型的轴 手性配体 p a r a c y c l o p h a n e j o s i p h o s 啡。h 啤啤呲 的洲曲队k 的洲阳他 i r ) - b i n o lr ) b i n a p ( r ) - n o b i n ( r ) 。q u n a p 对于不对称催化而言，虽然不乏成功的先例，但有机金属催化的不对称反应所 面临的两个主要问题还是催化剂的效率( t o n ，t o f ) 和催化剂的普适性。尽管已经 有成百上千种优秀配体和催化剂被合成出来，但没有任何一种配体或催化剂是通 用的，而且是一种催化剂往往只对几类或是一类反应有效，甚至只能对一类反应 中的某些底物有效。产物的光学活性主要是取决于催化剂自身的性质，而催化剂 9 磐一 南开大学博士学位论文 的性质又在很大程度上取决于手性配体的性质。因此新型手性配体与催化剂的设 计、合成就成了研究催化不对称反应永恒的主题。新型手性配体与催化剂的设计 应遵循的原则是：催化效率和选择性高、适用范围广、结构简单、原料易得、合 成方便、容易回收、不给环境带来污染。从实用性的角度考虑，目前的绝大多数 不对称催化反应还远不能满足这些要求，催化剂的选择性、效率、活性、价格和 反应条件等许多方面还有待进一步改进，特别是催化剂的效率和价格问题，已成 为制约其工业应用的瓶颈。总之，目前的不对称催化仍然处在发展研究的初期阶 段，还有许多的工作需要我们去做。 1 4 手性树枝状大分子在催化不对称反应中的应用 自从1 9 9 4 年v a i lk o t e n 1 9 】，j 、组在n a t u r e 上首次报道了树枝状有机金属催化 剂在催化多卤代烷烃与烯烃的亲电加成反应以来，由于树枝状大分子组成确定、 结构可控、具有纳米尺寸大小不同于传统的高分子，由其制得的催化剂可以实现 均相催化异相分离，因此，综合了均相催化与异相催化的优点，受到人们的广泛 关注，已成为新的研究热点。 1 4 1 手性树枝状大分子在催化不对称二乙基锌与苯甲醛加成反应中的应用 m e i j e r 小组【2 0 】首次将手性氨基醇引入到树枝状大分子中用于催化不对称二 乙基锌与苯甲醛的加成反应，获得了中等的收率( 5 4 8 6 ) ，7 3 6 e e 的对映 选择性。尽管收率和对映选择性不太好，但是此工作开辟了树枝状大分子手性配 体催化不对称反应的先河。进一步研究发现随着树枝状大分子的逐渐增大，所含 手性氨基醇分子的数目逐渐增多，产物的对映选择性逐渐降低。 o h + z n 专= 罴 1 0 o h 5 4 8 6 y i e l d 7 3 6 e e 南开大学博士学位论文 1 t s e e b a c h l 2 l j 小组近些年来先后将t a d d o l ，b i n o l 等手性配体引入到树枝 状大分子中，与t i ( o c h m c 2 ) 4 作用制得的催化剂在甲苯溶液中，催化不对称二乙 基锌、三甲基硅氰与醛的加成反应，得到了很高的收率( 9 4 9 8 ) 和很好的对 映选择性( 9 0 9 7 e e ) 。通过比较进一步研究发现，位于树枝状大分子中心的 t a d d o l 核，决定着产物的对映选择性，而位于树枝状大分子边缘上的手性砌 块并不影响产物的对映选择性。 o h + e t 2 z n ! ! ! ! ! ：! t o l u e n e 9 4 - 9 8 y i e l d 9 0 9 7 e e 扩 南开大学博士学位论文 h o 毒魏点譬o h 骶h 掷 。 p ul i n 【2 2 l 小组从b i n o l 出发合成了具有刚性骨架的手性树枝状大分子，在 甲苯溶液中用来催化二乙基锌与苯甲醛的不对称加成，比较了树枝状大分子和母 体b i n o l 的催化活性，结果发现在不加t i ( o c h m e 2 ) 4 时，树枝状大分子的催化 活性明显高于b i n o l ，前者有9 8 6 转化率，而后者的转化率只有3 7 ，两者 的对映选择性都比较差，所得产物的构型还相反。加t i ( o c h m e 2 ) 4 时，两者具有 同样的收率( 1 0 0 ) 和对映选择性( 9 0 e e ) ，所得产物的构型也一样。反应结 束后通过向体系中加入甲醇，配体可以被有效回收。 o h + e t 2 z n c h i r a lc a t a l y s t o h 1 0 0 y i e l d 9 0 e e 1 2 南开大学博士学位论文 中国科学院北京化学所的范青华】，j 、组在研究树枝状手性大分子l ，催化二 乙基锌与苯甲醛的不对称加成反应时也发现了同样的现象。在不加t i ( o c h m e 2 ) 4 时，树枝状大分子( l 7 ) 无论是催化活性还是对映选择性都高于母体b i n o l ， 在2 0 的l 7 催化下，所得产物的转化率高达9 7 5 ，对映选择性6 1 9 e e ，同样 的条件下母体b i n o l 只有1 9 的转化率和4 6 e e 的对映选择性。而和p ul i n 所发现的现象不同的是加了t i ( o c h m e 2 ) 4 时，l 7 的对映选择性反雨不如母体 b i n o i ，。 l s o a i 小组【2 4 】将手性氨基醇配体引入到具有刚性骨架结构的树枝状大分子的边 缘，研究了树枝状大分子l 8 在甲苯溶液中直接催化二乙基锌与苯甲醛的不对称 加成反应，获得了中等的收率和中等的对映选择性。 l 83 3 t o l u e n e y i e l d ：7 0 8 0 e e 擎 怔。 妒 卵 。 d i 人y 丫y 9 苫 ，v9苦。了留 蹲 南开大学博士学位论文 b o l m l 2 5 1 j 、组合成了含有吡啶配体的手性树枝状大分子l 9 ，直接用于催化二 乙基锌与苯甲醛的不对称加成反应，结果发现随着催化剂用量的逐渐减小，反应 时间的逐渐延长，产率逐渐降低( 8 4 - 6 3 嘲，对映选择性基本未变( 8 6 8 5 e e ) 。 1 4 2 手性树枝状大分子在催化不对称二乙基锌与亚胺加成反应中的应用 s o a i l 2 6 小组将手性氨基醇配体引入到树枝状大分子l ”l n 中，用于催化二 乙基锌与亚胺的不对称加成反应，并且和母体分子手性氨基醇进行了比较，结果 发现无论是催化活性还是对映选择性都比母体分子明显降低，作者认为这是由于 位于树枝状大分子边缘的氨基醇活性中心发生分子内相互作用的缘故。于是作者 又把具有刚性骨架的树枝状大分子配体l 8 ，用于催化二乙基锌与亚胺的不对称 加成反应，避免了位于树枝状大分子边缘的氨基醇活性中心发生分子内相互作 用，获得了非常好的对映选择性( 9 4 e e ) 1 2 7 1 p h p h 、良p 一t 2 z n o c h i r a ll i g a n dl l o o rl 1 1 1 4 t o l u e n e r t h p h p h n 、 f it - 、p h e t0 9 4 e e 南开大学博士学位论文 1 4 3 树枝状大分子在催化不对称氢化反应中的应用 中国科学院北京化学所的范青华田1 课题组从b i n a p 的衍生物出发，合成 了树枝状大分子配体l j 2 1 4 ，用于2 一【对一( 2 甲基丙基) 苯基】丙烯酸的不对称氢 化，结果发现随着树枝状大分子代数的逐渐增加，催化剂的活性逐渐增大，对映 选择性高达9 2 6 e e ，表现出明显的d e n d r i m e r 效应。 0 斛c o o h 旧。火 d e n d r i m e r l i = - 1 4 ，h 2 三。 c o o h 【r u ( c y m e n e ) c 1 2 2 9 2 ，6 e e b r u i l i l e r 【2 9 】，j 、组从含有五元环的手性双磷配体出发，合成了树枝状手性配体 l 1 5 和l 1 6 ，用于舡乙酰氨基肉桂酸的不对称催化氢化，获得了1 0 0 的转化率和 南开大学博士学位论空= 很好的对映选择性( l i s ：9 3 - 9 4 e e ；l “：9 6 e e ) ，并且发现决定产物构型的是含 五元环的手性双磷核，而位于d e n d r i m e r 边缘的手性氨基醇砌块并不影响产物的 构型。 r y 吖洲 n h a c r y “中洲 n h a c 9 3 9 6 e e 最近t o g n i 【3 0 1 小组报道了含有手性二茂铁磷配体的树枝状大分子l t 7 和l 协 与会属r h 作用后形成的催化剂用于亚甲基t - - 酸二甲酯的不对称催化氢化显示 出非常好的对映选择性( 9 8 6 e e ) ，并且可以通过纳米过滤膜有效回收催化剂。 m 。c 儿c 。m e r h - l w o rl 1 8 m 。c ，l c 。m 。 1 6 u p t o9 86 e e 南开大学博士学位论文 1 4 4 树枝状大分子在催化潜手性酮的不对称还原反应中的应用 中国科学院成都有机所的邓金根课题组【3 l 】从1 ，2 - 二苯基乙二胺出发，合 成了手性树枝状大分子配体l 1 9 ，将其r u 配合物用于催化苯乙酮的不对称氢转 移反应，获得了非常好的转化率( 9 8 9 9 ) 和对映选择性( 9 6 3 9 6 8 e e ) 。催 化剂循环使用6 次结果发现，催化剂活性逐渐降低，对映选择性基本未变。 l , i 9 + r u c l 2 ( c y m e n e ) 2 o h 扩+ 人o 0 8 - 9 9 y i e l d 9 63 9 68 们 人 。扩 南开大学博士学位论文 b o l m 小组3 2 1 将手性氨基醇配体引入到树枝状大分子中，合成出配体l 加用 于催化苯乙酮的不对称硼氢化还原反应，并和母体氨基醇、相应的非均相高聚物 催化进行了比较，结果发现树枝状大分子配体较母体分子表现出较好的对映选择 性，较非均相高聚物表现出更好的对映选择性。 r i c o - l a t t e s 等人l ”l 将d 型葡萄糖内酯引入到p a m a m 树枝状大分子中，合 成出配体l 2 1 用于催化硼氢化钠对苯乙酮的还原反应，有趣的是如果用四氢呋喃 作溶剂，第一、第二和第四代树枝状大分子所得产物的产率都很高( 9 1 9 8 ) ， 但都没有诱导出任何手性，只有第三代树枝状大分子不仅获得产物的产率非常高 ( 9 2 ) ，而且对映选择性也非常好( 9 9 e e ) ：如果以水作溶剂第一、第二代也 没有诱导出任何手性，第三代只获得了5 0 e e 的对映选择性，第四代获得非常 好的对映选择性( 9 8 e e ) 。因此作者选择四氢呋喃作溶剂，第三代树枝状大分 子作催化剂进行了底物拓展，最高获得了1 0 0 e e 的对映选择性。 n a b h 4 l 2 1 ，t h f u p t o1 0 0 e e b 3 1 8 铲矿 南开大学博士学位论文 1 4 5 手性树枝状大分子在催化不对称环氧化反应中的应用 s e e b a c h 等人【3 4 】合成了舍有s a l c n 单元的手性树枝状大分子l 2 2 ，将其锰的催 化剂用于烯烃的不对称环氧化反应获得了高达9 8 的收率和9 2 e e 的对映选择 性。 r r r 、1，r 2旺2 ：豁麓鬻l 。“ 鼎。蓄 2 3 u p t 。9 8 y l 悖憾 u d t o9 2 1 4 6 手性树枝状大分子在催化不对称环氧化物开环反应中的应用 j a c o b s e n 等人将s a l e n 引入到p a m a m 树枝状大分子l 2 3 中，将其( i i i ) 配合物用于催化环氧化物的不对称开环反应，转化率高达5 0 ，动力学拆分所得 环氧化物的光学产率高达9 8 e e 。 ( r ，s ) e 5 5e n u i vh 2 0 c a t a l y s t t h f rtq d 于队 ” o h ( 肿u p t 0 5 雠n v u p t o9 8 e e 咖 南开大学博士学位论文 1 4 7 手性树枝状大分子在催化不对称烯丙基三丁基锡与苯甲醛加成反应中的 应用 y o s h i d a 等人【3 回从b i n o l 的衍生物出发，合成出手性树枝状大分子配体 l 2 4 ，制成其钛的催化剂在二氯甲烷中，用于催化烯丙基三丁基锡与苯甲醛的不 对称加成反应，得到了非常好的光学产率( 9 2 e e ) 。 + 夕3 帆3 罴鬻 l 。4 。8 手性树枝状大分子在催化不对称1 ，3 偶极环加成反应中的应用 s e e b a c h 等人在利用手性树枝状大分子k 的钛配合物催化二乙基锌与苯 甲醛的不对称加成反应的同时，也首次报道了l 的钛配合物在甲苯溶液中催化 甘旷 南开大学博士学位论文 不对称1 ，3 一偶极环加成反应。得到了中等的对映选择性。 p h 、南，o