（物理化学专业论文）几种噁唑啉过渡金属催化不对称反应机理的密度泛函研究.pdf

几种嗯唑啉过渡金属催化不对称反应机理 的密度泛函研究 物理化学专业硕士研究生黄浩 指导教师李明教授 摘要 本工作用量子化学密度泛函理论( d 1 7 r ) ，分别对手性曝唑啉铜a ) 催化不对称氧化酰化 反应，手性嚼唑啉( i dn 一酮酯的不对称h e n r y 反应几种过渡金属催化的不对称反应的机理 进行了研究，详细的讨论了这些反应的机理。 1 手性二嗫唑啉铜不对称催化烯丙基氧化酰化反应的密度泛函研究 用密度泛函理论f 1 ) 研究了手性二嗯唑啉铜( 】) 催化过苯甲酸酯与丁烯不对称烯丙基 氧化酰化反应的机理分别在b 3 l y p 6 - 3 1 g 、b 3 l y p 6 - 3 1 g ( d ) 水平上优化了反应中间体和过 渡态的结构结果表明，该反应是放热的其中催化剂苯甲酸丁烯酯手性加合物的生成是反 应产物的手性决定步骤理论预测的主要产物是s 型苯甲酸一3 - - r 烯2 酯，与实验吻合， 2 锌催化剂催化a 一酮醑的不对称h e n r y 反应 用密艘泛函理论( d f l l 研究j 手性噬唑啉锌( i ij 催化丙酮酸甲酯与硝基甲烷不对称 h e n r y 反应的机理。在b 3 l y p 6 3 1 g 永平上优化了反应中间体和过渡态的结构：并在 b 3 l y f 6 3 1 g ( d ) 水平上，对室温下的反应体系进行了单点能计算。结果表明该反庶是 放热的，主要经历了催佗剂丙酮酚甲酯硼合物、催化剂丙酮酸甲酯一硝甲基加合物、催化 剂( 3 - 羟基3 甲氧基- - 4 - - 硝基一2 丁酮阴离子) 加合物和催化剂一( 2 - 甲基- 2 羟基- 3 - 硝基 丙酸甲酯阴离子) 加合物的生成等过程。催化剂( 3 羟基3 珥3 氧基一4 一硝基一2 - 丁酮阴离 子) 加合物和催化剂( 2 甲基一2 羟基一3 ，硝基丙酸甲酯阴离子) 加合物的生成是反应产物的 手性决定步骤。理论预测的主要产物是与实验吻合的，r 型2 甲基2 羟基3 硝基丙酮酸甲酯。 关键词：手性二嗯唑啉密度泛函理论( d f t ) 手性催化剂 d f t s t u d yo nm e c h a n i s m o fs e v e r a l t r a n s i t i o nm e t a l - c a t a l y z e da s y m m e t r i c r e a c t i o n p o s t g r a d u a t eo fp h y s i c a lc h e m i s t r yh u a n g h a o a d v i s o r ：p r o f l im i n g a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , t h e c h i r a l b i s o x a z o l i n e - c o p p e r ( 1 ) r c a t a l y z e da s y m m c l r i c a l l y l i c a c y l o x y l a t i o n ，t h e c h i r a l b i s o x a z o l i n e z i n c ( 1 ) c a t a l y z e e n a n t i o s e l e c t i v e h e n r yr e a c t i o n s ，r e s p e c t i v e l y , b ym e a n so ft h en o n l o c a ld e n s i t yf u n c t i o n a lm e t h o d ( d 兀) t h em e c h a n i s m so ft h e s ea s y m m e t r i cr e a c t i o n sa r ed i s c u s s e di nd e t a i l d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r ys t u d i e so i lc a t a l y t i ce n a n t i o s e l e c t i v e a l l y l i c a c y l o x y l a t i o no fo l e f i n sw i t hc h i r a lc o p p e r ( 1 ) c o m p l e x e sa n dt e r t - b u t y l p e r b e n z o a t e t h ec h i r a lb i s o x a z o l i n e - c o p p e r ( i ) c a t a l y z e da s y m m e t r i ca l l y l i ca c y l o x y l a t i o no f o l e f i n sa n d t e r t - b u t y lp e r b e n z o a t e w a s 。：t u d , ：e db yd e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d f t ) a l l t h ei n t e r m e d i a t e sa n dt h et r a n s i t i o ns t a t e sw e r e o p t i m i z e dc o m p l e t e l y a tt h e b 3 l y p 6 3 1 ga n db 3 l y p 6 3 1 g ( d ) l e v e l s a ss h o w n ，t h i sa s y m m e t r i ca l l y l i c o x i d a t i o ni se x o t h e r m i c t h et u r n o v e r - l i m i t i n gs t e pf o r t h ea s y m m e t r i ca l l y l i c o x i d a t i o ni st h ef o r m a t i o no fc h i r a l c a t a l y s t a l l y lp e r b e n z o a t ec o m p l e x e s t h e d o m i n a n tp r o d u c tp r e d i c t e dt h e o r e t i c a l l yi s s b u t 3 - e n - 2 - y lb e n z o a t e ，w h i c hi si n a g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t 2 d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d g r ) o nt h ec h i r a l b i s o x a z o l i n e - z i n c ( i ) 一c a t a l y z ee n a n t i o s e l e c t i v eh e n r yr e a c t i o n so fn i t r o m e t h a n e a n d - k e t oe s t e r 越lt h ei n t e r m e d i a t e sa n dt h et r a n s i t i o ns t a t e sw c f co p t i m i z e dc o m p l e t e l ya tt h e b 3 l y p 6 3 1 gl e v e l a ss h o w n ，t h i sa s y m m e t r i cr e a c t i o ni se x o t h e r m i c t h e t u r n o v e r - l i m i t i n gs t e pf o rt h ea s y m m e t r i ch e n r yr e a c t i o ni st h ef o r m a a o no fc h i m l c a t a l y s t 一( m e t h y l2 - h y d r o x y 一2 一m e t h y l 一3 - n i t r o p r o p a n o a t e 、c o m p l e x e so rt h ef o r m a t i o n o fc h i r a l c a t a l y s t 一( 3 - b y d r o x y 一3 - m e t h o x y 一4 一n i t r o b u t a n 一2 一o n e ) c o m p l e x e s t h e d o m i n a n t p r o d u c tp r e d i c t e d t h e o r e t i c a l l y i s r m e t h y l 2 - h y d r o x y 一2 - m e t h y i 一3 - n i t r o p r o p a n o a t c ，w h i c hj si na g r e e m e n tw i l ht h ee x p e r i m e n t k e yw o r d ：c h i r a lb i s o x a z o l i n e d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d f t ) c h i r a l c a t a l y s t 3 独创性声明 y9 0 167 3 学位论文题目：鲎哩丝! 丛煎燧丕煎整丝熟理豳缝盔筻 热硼爆 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得西南大学或其他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已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者：藏坊签字日期：2 0 0 6 年4 月9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段俅仔、汇编学位论义。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：日不保密， 口保密期限至年月止)。 学位论文作者签名：前括 签字日期：加多年4 月夕日 学位论文作者毕业后去r a ： 工作单位： 导师签名 签字日期 电话 静编 多日 i 4磊 第一节序言 不对称合成方法是获得光学纯化合物的一种重要手段，它包括底物诱导的不 对称合成和催化剂诱导的不对称合成，其中最具吸引力的就是手性催化剂诱导的 不对称合成川，现已成为当前国际化学家研究的热点。 不对称催化，一般指利用合理设计的催化量的手性金属配合物( 也有一些催 化剂体系中不含金属元素，如手性氨基醇、手性硼烷化合物等涞精确地区分左、 右手两种进攻方式，从而产生高度对映纯的化合物【1 。它仅用少量的手性催化剂 就可以得到大量特定的光学活性产物，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量不对称合成那样需要大量的手性物质，因此尤为引人 关注。 自从p f a l t z 把c 2 一对称性双嗯唑啉配体引入到金属催化的不对称合成中以 来，对啜唑啉单元被证盟在数种不对称反应中都是很好的手性配体。它可与 c u ，m g ，n i ，p d ，z n ，r h 等多种金属配位，作为l e w i s 酸催化剂，在催化不对称环丙 烷化反应【3 一，d i e l s a l d e r 反应【5 一，经醛缩合反应【7 】以及e n e 反应【8 】等，只需很少量 便能获得很高的e e 值。 1 手性双嚼唑啉一金属催化剂在不对称催化反应中的应用进展 双嗯唑啉配体是将两个嗯唑啉单元修饰在碳链或碳( 杂) 环上而形成的，也可 将两个嗯唑啉直接相连，一般在两个噫唑啉环的4 位或5 位引入各种取代基。碳 ( 杂) 环类型多样，常见的有苯环、1 ，3 一二嗯茂烷、吡啶和联芳烃类。手性双曝 唑啉配体具有结构多样性，不对称诱导性能好的优点，手性双嗯唑啉一金属催化 剂是迄今为止发现的在不对称反应中效果最好的一类催化剂，也是目前不对称合 成研究领域的热点问题。本文将近年来双嗯唑啉一金属催化剂在不对称催化反应 中的研究进展做一概述，包括小分子均相催化体系手性双囔唑啉一金属催化剂。 1 1 手性双嗯唑啉一金属小分子均相催化体系 1 1 1 环丙化反应 许多具有重要生理活性的化合物都含有手性环丙烷骨架，而且由于环丙烷具 有特殊的剐性结构和化学键的性质，也是有机合成的重要中间体。因此不对称环 丙烷化反应受到许多学者的关注，目前已成为不对称合成研究领域的热点问题。 2 0 0 3 年，c h a r e t t e t 9 】将双嗯唑啉手性配体1 与三氟甲磺酸亚铜组成的催化剂用于 肉桂酸酯2 与重氮甲烷的环丙烷反应，表现出很好的催化性能( y i e l d8 0 ) 和较 好的不对称诱导性能( 7 2 e e ) 。同年，r e i s e r 1 0 1 以2 , 2 一甲基一l ，3 丙二晴为起始原料 合成了新型配体4 ，并将其用于呋喃衍生物5 与重氮乙酸酯的不对称环丙烷化反 应，其中4 d 表现出很好的对映选择性( 9 l e e ) 。 卧办 | 1 + c i - 1 2 n 2 2c u o t f p h c h jc h 茹1 1 - 加c 呲o + 饵c q r 4 - c i 四 卧盯 3 m e o z c 0 r 最近，i l a g a k i “】与p a t t i “j 设计合成了新型双嗯恶唑啉手性配体7 与8 ，尤其 7 在2 , 5 二甲基一2 ，4 己二烯9 与重氮乙酸丁酯的环丙烷化反应中表现出很好的催 化活性( y i e l d8 3 ) ，非对映选择性( t r a n s ：c i s = 8 7 ：1 3 ) 干1 对映选择性( 9 6 e ef o r t r a n s ) ，由于该反应的产物是合成拟除虫菊酯类杀虫剂的重要中间体，i t a g a k i 的 研究具有很深远的现实意义。而配体8 则表现不尽人意，在环丙烷化的模型反应 即苯乙烯与重氮乙酸乙酯的反应中只得到了2 3 的e e 值。 尸芥。、 卜n “、 o j - o 、 精。 00、一 计合成了嗯唑琳环的4 位碳原子上带有空间位阻很大的金刚烷基的配体1 1 ，用 于环戊二烯1 2 与1 型亲双烯体丙烯酸酯1 3 的d i e l s a l d e r 反应，得到了光学纯度 很高的内型产物( ( r ) 一e n d o1 4 ( 9 8 e e ) 。路易斯酸配合物催化的不对称d i e l s a l d e r 反应一般得到动力学控制产物即内型产物，但是d e s i m o n i i 】研究发现了一种可 以高对映选择性的得到d i e l s a l d e r 外型产物的有效催化剂，他将配体1 5 与 m g ( c 1 0 4 ) 2 组成的催化剂用于环戊二烯1 2 与3 一丙烯酰基嗯唑啉酮1 3 的 d i e t s a i d e r 反应，主要得到了外型产物( s ) 一e x o l 4 ，并具有很高的对映选择性 ( 9 7 e e ) 。 ，* 。、 者- 5 西 l l + 姒6 1 2 1 3 r n 熟_ n 熟 嵩c h ，c 1 2 8 4 c 勃转 ! 些生理 - o 1 7 。、1 州文 ，一 n 、o 。 p ( r ) 一e a d o1 4 ( s ) 一i b 口1 1 o1 4 d i e l s a l d e r 反应的亲双烯体主要有三种类型：i 型丙烯酸酯类、型q ，b 不 饱和酮类和i i i 型丙烯酰胺类。y a m a u c h i 将双嗯唑啉类配体1 6 用于催化环戊 二烯与i i 型亲双烯体q ，b 不饱和酮1 7 的d i e l s - a l d e r 反应，主要得到的也是外 型产物e x o - 1 8 ( e x o ：e n d o = 9 7 ：3 ) ，并且具有较好的光学纯度( 8 1 e e ) 。 00 li f + p h 7 丫 1 2 1 7 c h c 1 1 9 0 1 1 ，2 2 杂原子d i e i s a i d e r 反应 o 卧麟 嚣d - 1 8 杂原子d i e l s a l d e r 反应是指含有杂原子的底物作为双烯体或亲双烯体而发 生的不对称环加成反应，是目前合成复杂杂环化合物的一个重要方法，主要包括 氮杂d i e l s a l d e r 反应与氧杂d i e l s a l d e r 反应以及氮硫杂d i e l s a l d e r 反应。2 0 0 1 年，n i s h i y a m a ”j 将手性双嗯唑啉配体1 9 与r u ( i i ) 生成的配合物催化d a n i s h e f k y 二烯2 2 ( s t = t b s ) 与乙醛酸酯2 3 ( r = h ，r 1 = n - b u ) 的不对称氧杂d i e l s a l d e r 反应， 产物2 4 具有较好的光学纯度( 8 0 e e ) 。而g h o s h ”手性配体2 0 与2 1 用于二烯 2 2 岱i = t m s ) 与丙酮酸酯2 3 ( r = m e ，r = e 1 ) 的氧杂d i e l s a l d e r r 反应，几乎得到了 单一对映异构体的产物2 4 ( 9 9 e e ) 。 9 8 0 r ，2 s ，4 s ) 42 8 b2 5 z n ( o t 0 2 - 8 58 39 5 ：5 9 8 ( i r ，2 s ，4 s ) 52 8 b2 7 c u ( o t 0 2 - 6 01 08 2 ：1 8 3 2 ( 1 r ，2 s ，4 s ) 62 8 a2 6 a c u ( o t 0 2 - 7 58 59 0 ：1 0 9 6 ( 1 r ，2 s ，4 s ) p 、。i l i c 6y i b l d o f e n d o _ 卸de x o - 1 0 16 d cc e 瑚j n c d b y l h n m r ( 4 0 0 h m z ) 。n i h cc 邢d cp r o d u d d c t c 皿i n c d6 y c h i f a l i - i p i 2 r+ n 、 2 8 a ：x j c h z2 9 2 8 b ：x = ts 2 6 a ：r ；p h 2 6 b ：r ；b n ! ! 兰竺翌! ， c h 2 c h p o s ，2 1 4 r ) - 3 0 1 r ，2 s ，4 s ) 一3 0 1 1 2 3 1 , 3 偶极加成反应 1 ，3 一偶强加成反应与d i e l s a i d e r 反应类似，反应涉及1 ，3 偶极分子的 1 + 2 协同反应。在该类反应中，硝酮与烯烃之间的l 、3 偶极加成反应研究的比较多。 例如，n i s h i y a m a 2 02 1 1 设计合成了新型吡啶类手性双嗯哗啉配体3 4 a 一3 4 d ，并研究 它们在嗯哗啉酮3l 与4 种苯环上带有不同取代基的硝酮3 2 的l ，3 偶极加成反应 l 】的催化性能，都表现出很好的非对映选择性( e n d o ：e x o 9 9 ：1 ) 与对映选择性( u p t o 9 7 e e 、。 o + r r = h ，m 日m e 0 ，b 3 4 a ：影= s i t - b u m 3 4 br k s i 0 - p 晚 3 4 c ：r = s i t - b u p 地 3 4 d ：础= h n l ( c l o o2 掣2 0 ) 6 ，4 am s ，c h 2 c 1 24 0 3 l3 2 1 1 3 烯丙基取代及相关反应 1 1 3 ，1 烯丙基取代反应 r 3 3 九 矿o 0 烯丙基取代反应是生成c c 键的一类重要的反应。在不对称催化领域通常 使用亲核试剂丙酸二甲酯或乙酰乙酸乙酯与外消旋3 乙酰氧基一l ，3 二苯基一1 一 丙烯3 9 反应评价手性配体在该类反应中的小对称诱导性能。2 0 0 1 年以来，应用 于把催化的不对称烯丙基取代反应的新型手性双嗯畔啉配体主要有3 5 ，3 6 ，3 7 与 3 8 1 2 2 - 2 5 ，它们与把组成的催化剂在外消旋3 一乙酰氧基一l ，3 一二苯基1 一丙烯3 9 与丙 二酸二甲酯的升i 对称烯丙基取代反应中均表现出很好的不对称诱导性能及催化 活性( t a b l ei 一2 ) ，并研究发现反应溶剂与碱也是影晌浚反应的两个重要因素。 3 5 ar f = c s f l ? 3 b br f = c i o f 2 l 3 9 螫： 审帝 备 3 7 + c h 。( c o o m 晚竺羔 m e 0 2 c , 、c 0 2 m e p h 乇v 人p h 4 0 峨 心 i n t 【 表i - 2 钯催化的外消旋3 一乙酰氧墓一i ，3 一苯星一i 一丙烯的烯勺基取代反、t ，i g a n d b a s es o l v e n t t e m p f cc o n v e r s i o n 8e e ( ) 、c n n n g )r e f j 5 a n a i l c h2 c 1 22 5 9 8 9 4 ( s 1 i8 ；5 ab s a k o a c c h2 c 1 22 58 9 9 4 ( s ) i8 j 5 bb s a k o a c c b c b 2 59 7 9 4 ( s 、 1 8 3 5 bn a i l c h 2 c b 2 51 0 0 9 4 ( s ) 1 8 3 6b s a l i o a c c h 2 c i2 2 58 0 9 4 ( r 1 i9 3 6b s a l i o a ct h f2 5 7 2 9 7 ( r 、 i9 ；6b s a l i o a ct o l u e n e2 5 7 4 9 4 ( r 、 i9 ；7 b s a k o a c c t l 2 c 1 2 4 0 0 0 7 7 ( r1 2 0 ；8 b s a k o a cc h2 c 1 22 5 1 0 0 8 9 ( r ) 2 i 1 1 ，3 。2 烯丙位醚化及氧化反应 烯内基醚不仅叮以作为c l a i s e n 重排反应的6 口体化合物，瓜且足合成一止! 具 有荤：要7 卜理活性天然物的关键中间体，近年来也逐渐受到学者的关注。b r u n e a u 研究丁各种丙二：酸酯类手性双噫哗啉配体对于钉催化的苯酚与肉桂基氯生成烯 丙纂醚4 2 与4 27 的反应研究结果表明配体4 3 对于陔反应表现出较好的i 对称 4 1 i r 、f 、， nn 、 。， 4 3巯 蹿p + r c 也c n ) 3 p f 6 玉 k 2 c 0 a c e t e ，o p h ，o b a r + r h ，v 飞 4 2 4 2 1 诱导性能( 7 7 ( 2 e f o r 4 2 ，但反应的区域选拌性小好( 4 2 ：4 2 。2 ：1 ) 。 烯丙位氧化反f 、e 也是有机合成反应中的类很重要的反应。2 0 0 2 年， a n d r u s i ：”1 研究了8 种丙二酸酯类手性双嚼唑啉配体对于铜催化的对硝基苯甲酸 酯4 4 与环己烯的不对称烯丙位氧化反应，其中配体2 6 表现出最好的不对称诱导 r 能( 9 6 e e ) ，但催化活性不好( ( 4 4 y i e l d ) 。 0 ：。：矽啪“ 0 n 0 2 3 4 5 6 7 s 9 一 。 1 1 4m i c h a e i 加成反应 m i c h a e l 加成是指亲核试剂对o ，p 不饱和底物的共轭加成反应，其产物p 一 取代碳基化合物是有机合成的重要中间体，因此不对称m i c h a e l 加成反应是目前 不对称催化领域最受瞩目的反应之一。2 0 0 1 年，c a r d i l l o 圳将丙二酸酯类手性双 嘻唑啉配体2 6 b 用于o ，b 不饱和丙二酸酯与n ，0 双三甲基硅烷羟胺的m i c h a e l 加成反应，得到了较好的对映选择性( 8 0 e e ) 。两年后j c r g e n s e n ”1 研究了一系列 环状的1 ，3 二羰基化合物以及环状烯胺对d ，b 不饱和酮酸酯的m i c h a e l 加成反 应，研究表明双囔唑啉配体2 1 与c u ( o t f ) 2 组成的催化剂用于环状烯胺4 6 与n ， b 不饱和酮酸酯4 7 的不对称m i c h a e l 加成反应，得到了最好的结果，加成产物 4 8 接近光学纯f 9 8 e e ) 。 h n - p h 。+ 。 o c 4 8 目前，对于合成b 炔基化的环酮很难由炔基化合物直接对n ，b 不饱和环酮 进行共轭加成实现，这是由于铜和炔基化合物很强的配位能力很大程度的降低了 反应活性。但是最近c o r e y 3 0 1 首次实现了由炔基化合物对n ，b 不饱和环酮进行 直接共轭加成得到b 炔基化的环酮。他将双嗯唑啉配体与n i ( a c a c ) ：在甲醇中反 应生成的配合物4 9 用于a ，b 不饱和环酮5 0 与二甲基铝一三甲基硅烷炔化物5 1 的共轭加成反应，研究表明催化剂4 9 对于该反应具有较好的催化活性( 8 6 y i e l d ) 和较高的对映选择。i i ( u pt o8 8 e e ) 。 c n 0 0 + 5 0 m e 型凸j 兰三一_ t m s 5 1 1 1 5 羟醛缩和及相关反应 1 1 5 1 a i d o i 缩和反应 t , - b u o m e ，o c o a r y 7 m s 5 2 羟醛缩和反应又称醛醇缩和反应( a l d o l 缩和反应) ，是羰基化合物的最重要 ，亍 c 的反应之一。因此设计合成新型手性配体并应用于该类反应的研究，目前仍然是 有机化学领域研究的热点问题。最近，p a g e n k o p f l 3x 】设计合成了新型取代芳基的 双嗯唑啉配体5 3 ，并将其用于c u ( i i ) 催化的各种烷基酮酸酯和芳香酮酸酯的 羟醛缩和反应，研究表明配体5 3 在辛酮酸乙酯5 4 和1 3 酮酸酯的硅醚化合物5 5 的a l d o l 缩和反应中具有很高的不对称诱导性h e , ( 9 6 e e ) 。 0 八 o h 3 ( o q t 3 0 2 e l 5 4 。x + 。恤足飞h i 5 5 o ( 厂耻b u t i 一 m e me 5 3 c u c bt h f ，一2 0 v 。夏及嚣洲3 5 6 目前，研究在含水介质中进行的不对称a l d o l 缩和反应是不对称合成研究领 域的又一热点问题。2 0 0 3 年，范青华1 3 2 1 将树状结构引入经典的双嗯唑啉手性配 体，合成了一系列树状催化剂5 8 a 5 8 d ，并用于苯乙醛与硅基烯醇醚在含水介质 ( h 2 0 ：e t o h ：t h f = 2 ：9 ：9 ) 中的羟醛缩和反应，得到了中等的对映选择性( u pt o6 4 e f o rs y n ) 。 。唿警融。， 2 1 a ：r = g 1 n = 1 u n = 一。一 1 1 5 2h e n r y 反应 硝基烷烃对羰基的亲核加成反应称为h e n r y 反应，其产物2 硝基烷醇是合成 硝基烯烃与2 硝酮的重要中间体。目前，关于不对称h e n r y 反应的研究，最为出 色的是j c r g e n s e n1 3 3 , 3 4 1 与e v a n s ( 3 5 1 的工作。2 0 0 1 年，j c r g e n s e n 将配体2 5 ，2 1 与 5 9 用于c u ( i i ) 催化的一系列a 一酮酸酯与硝基甲烷的不对称h e n r y 反应，成功地 合成了一系列光学纯度很高的b 一硝基一o 羟基酯( u pt o9 3 e e ) 。最近，j c r g e n s e n 还研究了这些双嚏唑啉配体在硅烷硝酸酯与各种醛的h e n r y 反应中的不对称诱 导性能，得到了中等程度的对映选择性结果( ( u pt o6 5 e e ) 。 。义o p h 一1 j i l 、 一i p h ，n “ 5 9 2 0 0 3 年，e v a n s 将嗯唑啉环上具有茚基的配体6 0 用于c u ( i i ) 催化的各种 醛与硝基甲烷的不对称h e n r y 反应，研究结果表明，配体6 0 在硝基甲烷与邻甲 氧基苯甲醛6 1 的亲核加成的反应中表现出很好的催化活性f 9 1 y i e l d ) 与不对称 诱导性f l g ( 9 3 e e ) 。 6 1 0 1 1 6 其它反应 + h 3 c - n o 。掣筹l o h 6 2 n 0 2 由于双嗯唑啉配体可以和多种金属离子配位形成金属配合物，并且在许多不 对称催化反应中具有很好的催化性能近年来，人们尝试将它们用于更多的不对称 催化反应，主要包括酮的氢化硅烷化【圳，芳香酮的不对称氢转移【3 7 】，二乙基锌 与1 3 羰基膦酸酯对亚胺的加成1 3 8 , 3 9 】，n 锂化的二硫缩醛对醛酮的加成i 删，钯催 化的1 , 6 一烯炔的环化【4 1 】，丙二烯酰胺的【4 + 3 1 环加成【4 2 】，二烯酮的n a z a r o v 环化 4 3 j ，芳香烃与杂环芳香烃的f r i e d e l c r a f t s 反应【4 4 , 4 5 】等多种反应，限于篇幅，此 处不作赘述。 2 研究内容的确定 近年来，手性双嗯唑啉配体在不对称催化反应中的研究已有了很大的进展。 关于小分子均相催化体系，已在环丙烷化，d i e l s a l d e r ，杂原子d i e l s a l d e r 1 , 3 一偶极加成，烯丙基取代，烯丙位醚化及氧化，m i c h a e l d 口成，a l d o l 缩和，酮的 氢化硅烷化等多种反应中都有了许多成功的实例。目前，设计合成不对称诱导性 能更好的手性双咏唑啉配体以及开发该类配体在新反应中的应用仍然是不对称 催化领域研究的热点问题。但是在理论研究方面，由于不对称催化反应的体系都 比较大，很少运用从头算( a bi n i t i o ，如：h f 、m p n 、g n 等) 和密度泛函方法( d f t 如：m p w i p w 9 1 、b 3 p w 9 1 、b 1 l y p 、b 3 l y p 等) 。因此，本文试图通过对几个 以手性二嗯唑啉为配体含过渡金属的催化不对称反应的体系进行量予化学理论 计算，进一步了解重要金属中间体的结构特征，深入研究过渡金属不对称催化反 应的机理，以对实验提出的机理进一步完善： a 手性二唔唑啉铜不对称催化烯丙基氧化酰化反应 b 手性二嗯唑啉铜不对称催化剂催化。一酮醚的不对称h e n r y 反应 所有反应都在b 3 l y p 6 3 1 g ( d ) 水平上计算，对催化剂配体经过适当模型化。 9 参考文献 1 o j i m a lc l o sn ，b a s t o sc ，r e c e n t a d v a n c e si nc a t a l y t i c a s y m m e t r i cr e a c t i o n sp r o m o t e d b yt r a n s i t i o nm e t a lc o mp l e x e s 【j 1 t e t r a h e d r o n ，1 9 8 9 ，4 5 ( 2 2 ) ：6 9 0 1 6 9 3 9 2 刘全杰等手性与不对称催化进展【j 南都学坛，1 9 9 9 ，1 9 ( 3 ) ：4 7 5 6 3 e v a n s d a ，w o e r p e l k a ，h i m m a n m m ，e ta 1 ，a m c h e m s o c ，1 9 9 1 ，1 1 3 ( 2 ) ：7 2 6 4 e v a n s d a ，f a u l m m ，b i l o d e a n mt ，e ta 1 j a m c h e m s o c ，1 9 9 3 ，1 1 5 ( 1 2 ) ：5 3 2 8 5 e v a n s d a ，m t i l e rsj ，l e c k l a 工j a m c h e m s a c 1 9 9 3 ，1 1 5 ( 1 4 ) ：6 4 6 0 6 d a v i e slw ：g e r e n al ，c a s t o n g u a yle ta 1 j c h e ms o c ，c h e m c o m m u n ，1 9 9 6 ， i 5 ) ：1 7 5 3 7 e v a n sda ，m u r r yja ，k o z l o w s k im c i ，a m c h e m s o c ，1 9 9 6 ，1 1 8 ( 2 4 ) ：5 8 1 4 8 e v a n sd a ，b u r g e ycs ，p a r a sna ，e ta 1 j a mc h e m s o c ，1 9 9 8 ，1 2 0 ( 2 3 ) ：5 2 8 4 9 c h a r e t t ea b ，j a n e sm k ，l e b e lh b i s ( o x a z o l i n e ) c o p p e r ( 1 ) 一c a t a l y z e d e n a n t i o s e l e c t i v ec y c l o p r o p a n a t i o no fc i n n a m a t ee s t e r sw i t hd i a z o m e t h a n e t e w a h e d r o n ： a s y m m e t r y2 0 0 3 ，1 4 ，8 6 7 - 8 7 2 1 0 s c h i n n e r lm b o h mc ，s e i t zm ，r e i s e ro n e wb i s ( o x a z o l i n e ) l i g a n d sw i t hs e c o n d a r y b i n d i n gs i t e s f o rt h ea s y m m e t r i cc y c l o p r a p a a t i o no ff u r a n s t e t r a h e d r o n ：a s y m m e t r y 2 0 0 3 ，1 4 ，7 6 5 7 7 1 1 1 i t a g a k i m m a s u m o t ok y a m a m o t oya s y m m e t r i c c y c l o p r o n a n a t i o n o f 2 ，5 一d i m e t h v l 一2 ，4 一h e x a d i e n eb yc o p p e rc a t a l y s t sb e a r i n gn e wb i s o x a z o l i n el i g a n d s j o r g c h e m 2 0 0 5 ，7 0 ( 8 ) ，3 2 9 2 - 3 2 9 5 1 2 p a t t ia ，p e d o t t is p r e p a r a t i o no fac h i r a lf e r r o c e n y ld e r i v a t i v ec o n t a i n i n gab i p h e n y l u n i tv i an i c k e l - m e d i a t e dh o m o c o u p l i n g c h i r a l i t y2 0 0 5 ，1 7 ，2 3 3 2 3 6 1 3 c l a r i n aj ，c o m e l l e sj ，m o r e n o m a n a sm ，v a l l r i b e r aa 2 , 2 - l s o p r o p y l i d e n e b i s 【( 4 r ) 一( 1 一a d a m a n t l y ) 一2 - o x a z o l i n e ( a d a m - b o x ) an e we n a n t i o p u r ec 2 s y m m e t r i c a l l i g a n d ：e n a n t i o s e l e c t i v ec y c l o p r o p a n a t i o n s ，d i e l s a l d e rr e a c t i o n s ，a n da l l y l i co x i d a t i o n s t e t r a h e d r o n ：a s y m m e t r y2 0 0 2 ，1 3 ，1 5 5 1 1 5 5 4 1 4 d e s i m o n i c ，f a i t ag g u a l a m ，p r a t e l l ic a ne f f i c i e n tc a t a l y s tf o rh i g h l y e n a n t i o s e i e c t i v ee x od i e l s - a 1 d e rr e a c t i o nb e t w e e na l k e n o y l 1 3 - - o x a z o l i d i n 一2 - o n e sa n d c y c l o p e n l a d i e n e t e t r a h e d r o n2 0 0 2 ，5 8 ，2 9 2 9 - 2 9 3 5 1 5 y a m a u c h im ，a o k it ，l im z ，h o n d ayr e a c t i v i t yo f2 - m e t h y l e n e - 1 ，3 - d i c a m o n y l c o m p o u n d s ：c a t a l y t i ce n a n t i o s e l e c t i v ed i e l s a l d e rr e a c t i o n ，t e t r a h e d r o n ：a s y m m e t r y 2 0 0 1 ，1 2 ，3 1 1 3 3 1 1 8 1 6 m o t o y a m ay ，k o g ay ，n i s h i y a m ah a s y m m e t r i ch e t e r od i e l s - a l d e rr e a c t i o n o f d a n i s h e f s t y sd i e n e s a n dg l y o x y l a t e sw i t hc h r i a l b i s ( o x a z o l i n y l ) p h e n y l r h o d i u m ( 1 1 1 ) a q u ac o m p l e x e sa n di t sm e c h a n i s t i cs t u d i e s t e t r a h e d r o n2 0 0 1 ，5 7 ，8 5 3 8 5 6 1 7 g h o s ha ，k s h i r a im a s y m m e t r i ch e t e r od i e l s - a t d e rr o u t et oq u a n t e m a r yc a r b o n c e n t e r s ：s y n t h e s i so f ( 一) - m a l y n g o l i d e t e t r a h e d r o nl e t t 2 0 0 1 ，4 2 ，6 2 3 1 6 2 3 3 1 8 b a y e ra ，g a u t u nr h i g h l ye n a