（化学专业论文）水滑石修饰氨基酸配体促进不对称环氧化选择性.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t q 4 2 6 9 2 学科分类号1 5 0 3 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l l1 0 5 6 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名王玖钊学号 2 0 0 8 0 0 1 0 5 6 获学位专业名称 化学 获学位专业代码 0 7 0 3 0 4 课题来源国家自然课学基金研究方向多相不对称催化 论文题目水滑石修饰氨基酸配体促进不对称环氧化选择性 关键词配体设计，不对称催化，环氧化，水滑石，类均相 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月1 7 日木论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名 职称 工作单位学科专长 指导教师何静教授北京化工大学物理化学 评阅人1宋宇飞教授北京化工大学物理化学 评阅人2 王连英副教授北京化工大学物理化学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 徽员蝴 杨文胜教授北京化工大学 应用化学 答辩委员l 孙晓明教授北京化工大学 应用化学 答辩委员2周云山教授北京化工大学应用化学 答辩委员3 陈旭副教授北京化工大学应用化学 答辩委员4 刘军枫副教授北京化工大学应用化学 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) ( ( 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 水滑石修饰氨基酸配体促进不对称环氧化宝嘲 摘要 不对称催化追求的目标是高效高选择性的合成单一对映异构体，其 中手性配体的设计合成是实现这一目标有效途径之一。利用载体的空间 结构或者表面性质修饰手性配体，提高催化剂不对称选择性成为近年来 研究热点之一，使用介孔材料、蒙脱土，纳米碳管等修饰的手性配体己 取得了良好手性诱导效果。本论文针对如何利用层状载体的刚性有序结 构及可剥离得到纳米片层的特点提高催化剂不对称选择性及活性问题， 展开较为系统的研究旦论文主要工作如下： 本论提出以阴离子层状材料水滑石层板作为手性氨基酸配体取代基 的设想，设计合成水滑石层板修饰的l 谷氨酸、l 丙氨酸及l 丝氨酸手 性配体。水滑石修饰的氨基酸与钒配位后，在催化双取代2 甲基3 苯基一 烯丙醇不对称环氧化反应中，产物e e 值可由均相时的5 0 提高到9 7 ， 并扩展应用于其他较难氧化的单取代及长链烯丙醇，环氧化产物的不对 称选择性均明显提高。说明层板刚性巨型的空间结构有效地限制或引导 反应物进攻方向，增强配体的手性诱导能力，促进催化剂不对称选择性 的提高。 为了更高效地利用层间的催化中心，基于水滑石层内空间可以扩大 的性质，进一步将氨基酸插层水滑石剥离。与氨基酸插层水滑石作为手 性配体相比，剥离后，催化不对称环氧化反应在更短的时间内即可获得 高于插层体系时的收率，并在相同的时间内达到接近均相体系的活性， t 北京化丁人学硕l ：学位论文 说明剥离后的水滑石修饰的氨基酸作为手性配体与钒络合催化反应实现 了类均相化。如使用l 一丙氨酸插层水滑石作为配体，在1 0 5 0m i n 内，产 物收率为7 1 ，将l 丙氨酸插层水滑石剥离后作为手性配体，在5 2 0m i n 内即可获得8 9 收率，接近均相丙氨酸做配体时9 3 的收率。 氨基酸插层水滑石与钒络合的催化剂，可通过简单的过滤方法实现 回收。使用水作溶剂，剥离的水滑石层板修饰的氨基酸手性配体与钒络 合的催化剂可以实现与产物直接的液液分离。催化剂重复使用三次后， 其在催化2 甲基3 苯基一烯丙醇环氧化中，催化活性及不对称选择性几乎 没有下降。此外，我们进一步研究了水滑石层板与氨基酸阴离子的主客 体作用及钒与配体的配位结构与催化剂重复使用性的关系。 关键词：配体设计，不对称催化，对映体选择性，环氧化，类均相催化 水滑石，氨基酸 摘要 h i g h i ye n a n t i o s e l e c t i v ea n de f 6 c i e n ta s y m m e t r i ce p o x i d a t i o n c a t a l y s t sb a s e do ni n o r g a n i cn a n o s h e e tm o d i 6 e d0 【- a m i n o a c i d sa sl i g a n d s a b s t r a c t h i g h l ye n a n t i o s e l e c t i v ea n de 衢c i e n ts y i l t h e s i so fe n a n t i o p u r i t yi st h e a i mo fa s 徊m e t r i cc a t a l y s i s t h ee l a b o r a t e l yd e s i g no fc h i r a l l i g a n d si so n eo f t h em o s te f f e c t i v ew a y st oo b t a i ns i g l ei s o m e r s t e r i cs t r u c t l l r eo rs 0 1 i ds u r f a c e o f i n o 玛a n i cm a t e r i a l sh a sb e e nu s e dt om o d i f i e dc h i r a ll i g a n d st oe n h a n c et h e c a t a l y t i ca s y m m e t r i cs e l e c t i v e ，w h i c hi sah o t s p o ti nr e c e n ty e a r s m e s o p o r o u s m a t e r i a l s ，m o n t m o r i l l o n i t ea n dc a r b o nn a n o t u b e s ，e t c ，i m m o b i l i z e dw i t hm e t a l c o n t a i n i n gc h i i a 1l i g a n d sh a v eb e e nr e p o r t e dw i t hs u c c e s st op r e s e n te x c e l l e n t e n a n t i o s e l e c t i v i t y t h ef o c u so fo u rw o r ki st ou t i l i z et h er i g i da n do r d e r e d s t r u c t u r eo fl a y e r e dd o u b l eh y d r o x i d e s ( l d h s ) a n dt h ep r o p e r t yt h a tt h e l d h sc a nb ed e l a m i n a t e di n t on a n ol a m e l l at o i m p r o v ea s y m m e t r i c s e l e c t i v i t ya n dc a t a l y t i ca c t i v i 妙t h em a i nr e s u l t si no u rw o r ka r el i s t e da s f 0 1 l o w s ： l d h sm o d i f i e dl a l a n i n e ( a l a ) ，l s e r i n e ( s e r ) a n dl g l u t a m a t e ( g l u ) l i g a n d s a r e p r e p a r e db a s e do nt h ea s s u m p t i o n t h a tt h ea n i o n i c l a y e r e d m a t e r i a l s ，l a y e r so fl d h s ，c a ns e ea ss u b s t i t u e n t so fc h i r a l 仅一a m i n oa c i d s l i g a n d s i n t h ev a n a d i u m c a t a l y z e da s y m m e t r i ce p o x i d a t i o n o f i l i 北京化t 人学硕i j 学位论义 2 一m e t h y l - 3 一p h e n y l - a 1 1 y la l c o h o l ，ad i s u b s t i m t e da l l y l i ca l c o h o l ，e ev a l u et o 9 7 f o rt h el a y e rm o d m e da m i n oa c i da sl i g a n df r o m5 0 f o rh o m o g e n e o u s c o u n t e 叩a r t m e a n w h i l e ，s i g n i f i c a n te n h a n c e m e n to fe n a n t i o s e l e c t i v i t yi sa l s o o b t a i n e di nt h ea s y i n m e t r i ce p o x i d a t i o no fm o n o s u b s t i m t e da l l y l i ca l c o h o l a n dh o m o a l l y l i ca l c o h 0 1 t h e h u g e a n d r i g i d b i - i j c i t e - l i k el a y e ri ss u p p o s e d t op r o v i d et h en e c e s s a i 。yr i g i d i t ya n dm o r ee f j f e c t i v es t e r i ce f r e c t st od i r e c tt h e a p p r o a c ht 脚e c t o 拶a n dr e s t r i c tt h ec o o r d i n a t i o no fa 1 1 y l i ca l c o h o lm o l e c u l e s t ot h ea c t i v a t e dv a n a d i u mc e n t r e s ，w h i c he n h a n c e st h ec h i r a li n d u c t i o no f l i g a n da n dp r o m o t ea s y m m e t r i cs e l e c t i v i t y 1 om a k ee f j i c i e mu s eo ft h ec a t a l y t i cc e n t e ri nt h e1 a y e r ，t h el a y e r e d c o m p o u n d sc o m a i n i n g0 c 一锄i n oa c i dc a nb em r t h e rd e l a m i n a t e dd u et ot h e i n t e r l a y e rs p a c e c a nb ee x p a n d e d h i g h e ry i e l dc a nb ea c h i e v e db yt h e p s e u d o - h o m o g e n e o u sc a t a l y s t i nas h o r t e rt i m et h a ni m e r c a l a t e ds y s t e m ， w h i l et h ey i e l da l m o s tr e a c h e st h eh o m o g e n e i t yl e v e ld u r i n gt h es a m et i m e u s i n gt h ed e l a m i n a t e d0 c - a m i n oa c i d l d h s ，i tm a k e st h ec a t a l y t i cr e a c t i o n st o b ec a m e do u tu n d e r a p s e u d o h o m o g e n e o u s c o n d i t i o n t h e p s e u d o h o m o g e n e o u sc a t a l y s i su s i n gd e l a m i n a t e dl - a l a n i n e - l d h si n c r e a s e d t h ey i e l dt o8 9 i n o n l yh a l f t h et i m e5 2 0m i n f r o m7 l i n1 0 5 0m i n ，w h i l e t h e 如e l da l m o s tr e a c h e st h eh o m o g e n e i t yl e v e l ( 9 3 ) d u r i n gt h es a m et i m e ( 5 2 0m i n ) t h es 0 1 i dc a t a l y s t s ( t h ei n t e r c a l a t e dl d hm a t e r i a l sw h i c hc o n t a i nc h i r a l 0 c - a m i n oa c i d sa r eu s e di ns 0 1 i dt o g e t h e rw i t hv a n a d i u mc e n t e r ) c o u l db e i v 摘要 r e a d i l yr e c o v e r e d 仔o mt h e r e a c t i o nm e d i u mb ys i m p l ef i l t r a t i o n u s i n g e n v i r o n m e n t a l l y 衔e n d l yw a t e ra ss o l v e n t ，t h ec o l l o i d a lc a t a l y s tc o u l db e d i r e c t l ys e p a r a t e db ys i m p l el i q u i d l i q u i ds e p a r a t i o n t h ec a t a l y s t sc o u l db e r e c y c l e da l m o s tw i t h o u tl o s so fc a t a l 舛i ca 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 yi n t h r e er u n si nt h ea s y m m e t r i ce p o x i d a t i o no f2 - m e t h y l - 3 一p h e n y l a l l y la l c o h 0 1 f u t h e r t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e c y c l ep e 南n n a n c ea n dt h eh o s t g u e s t i n t e r a c t i o no rt h ec o o r d i n a t i o ns t m c t u r eo fv a n a d i u mw i t hl i g a n di ss t u d i e d k e yw o r d s ：l i g a n dd e s i g n ，a s y m m e t r i cc a t a l y s i s ，e n a n t i o s e l e c t i v i 咄 e p o x i d a t i o n ，p s e u d o - h o m o g e n e o u sc a t a l y s i s ，l a y e r e dc o m p o u n d s ，c - a m i n o a c i d v 北京化工人学硕l ：学位论义 目录 第一章绪论l 1 1 不对称催化1 1 2 手性金属配合物催化剂2 1 3 通用型手性配体的特点3 1 4 多相手性金属配合物催化剂5 1 4 1 多相手性会属配合物催化剂的不对称选择性5 1 4 1 1 介孔材料负载手性金属配合物催化剂5 1 4 1 2 层状材料负载手性金属配合物催化剂7 1 4 1 3 有机聚合物负载手性金属配合物催化剂8 1 4 2 多相手性金属配合物催化剂的活性。9 1 4 2 1 纳米颗粒负载手性金属配合物催化剂9 1 4 2 2 可溶性聚合物负载手性金属配合物催化剂1 0 1 5 手性l 氨基酸作为配体研究现状l o 1 5 1 天然手性l 氨基酸作为配体1 2 1 5 1 1 不饱和双键的氧化反应1 2 1 5 1 2 不饱和双键的还原反应1 3 1 5 1 3 不对称c c 键形成反应1 3 1 5 2 手性l 一氨基酸衍生物作为配体1 4 1 5 2 1c 骨架衍生化氨基酸的不对称选择性1 4 1 5 2 2 羧基衍生化氨基酸的不对称选择性15 1 5 2 3 氨基衍生化氨基酸的不对称选择性。1 6 1 5 3 多相化金属氨基酸配合物1 7 1 6 类水滑石层状材料的结构及特点1 9 1 7 论文选题目的和意义2 0 1 8 论文研究思路及研究内容2 l 第二章实验部分2 3 2 1 药品2 3 2 2 制备2 4 2 2 1 氨基酸插层及剥离水滑石配体的制备2 4 2 2 1 2 离子交换法制备谷氨酸插层水滑石2 4 v i 日录 2 2 1 1 共沉淀法制备丙氨酸及丝氨酸插层水滑石( 2 b 和3 b ) 2 5 2 2 2 氨基酸插层水滑石剥离体系的制备2 6 2 2 2 1 甲酰胺剥离2 6 2 2 2 2 水介质中剥离2 6 2 3 表：i 正2 6 2 4 催化2 8 2 4 1 外消旋体的制备2 8 2 4 2 不对称催化反应2 9 2 4 3 产物的检测与鉴定2 9 第三章结果与讨论3 1 3 1 水滑石修饰谷氨酸配体的取代基效应3 1 3 1 1 谷氨酸插层水滑石的结构3 1 3 1 2 水滑石修饰谷氨酸配体促进不对称选择性3 5 3 1 3 水滑石作为取代基效应的证据4 3 3 2 水滑石取代基效应对氨基酸配体的普适性4 7 3 2 1 水滑石修饰丙氨酸及丝氨酸配体的结构4 7 3 2 2 水滑石修饰丙氨酸及丝氨酸配体的取代基效应5 1 3 3 水滑石修饰氨基酸体系的类均相化5 6 3 3 1 水滑石修饰氨基酸胶体的丁达尔现象5 7 3 3 2 类均相体系的不对称环氧化活性5 8 3 4 主客体作用与重复使用性6 7 3 4 1 氨基酸与水滑石层板主客体作用6 7 3 4 2 水滑石修饰氨基酸与钒的配位6 8 3 4 3 水滑石修饰氨基酸配体与钒配位催化剂重复使用性7 3 第四章结论8 l 参考文献8 2 致谢8 9 攻读学位期间研究成果及专利9 0 v i l 北京化r t 人学硕i ：学位论文 作者和导师简介9 l 附录 日录 c o n t e n t s c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 1 1 1a s ”i l i l l e t n cc a t a l y s l s 1 1 2m e t a lc o m p l e xc o n t a i n i n gc h i r a ll i g a n d 2 1 3p r i v i l e g e dl i g a n d s 3 1 4c h i r a lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do ns u p p o r t s 5 1 4 1e n a n t i o s e l e c t i v i t yo f c h i r a l i m m o b i l i z e dm e t a lc o m p l e x e s c a t a l y s t s 5 1 4 1 1c h i r a lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do nm e s o p o r o u sm a t e r i a l s 5 1 4 1 2c h i m lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do nl a y e r e dm a t e f i a l s 7 1 4 1 3c h i r a lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do no r g a n i cp o l 舯e r s 8 1 4 2t h ec a t a l ) t i cp e f f b 瑚a c eo f 幽r a lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t s 9 1 4 2 1c h i r a lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do nn a n o p a n i c l e s 9 1 4 2 2c h i m lm e t a lc o m p l e x e sc a t a l y s t si m m o b i l i z e do ns o l u b l ep o l y m e r s 1o 1 5c u r r e i l tr e s e a r c ho nc h i r a l 仅一锄i n oa c i d sa sl i g a n d s 1o 1 5 1p s t i n e0 c a m i n oa c i d sa sl i g a n d s 1 2 1 5 1 1t h eo x i d a t i o nr e a c t i o no f u n s a t l l r a t e dd o u b l e b o n d 1 2 1 5 1 2t h er e d u c t i o nr e a c t i o no fu n s a t u r a t e dd o u b l eb o n d l3 1 5 1 3a s y m m e t r i cc - cf o r m i n gr e a c t i o n s 13 1 5 2c h i r a l 仪- a m i n oa c i dd e r i v a t i v e sa sl i g a n d 1 4 1 5 2 1 e n a n t i o s e l e c t i v i t yo fc s k e l e t o nd e r i v a t i v eo fc h i r a l0 【一a m i n oa c i d s1 4 1 5 2 2e n a n t i o s e l e c t i v i t yo f c a r b o x y l i cd e r i v a t i v eo f c h i r a la a m i n oa c i d s 1 5 1 5 2 3e n a n t i o s e l e c t i v 时o f a m i n og r o u pd 嘶v a t i v eo f c h i r a l0 【一锄i n oa c i d s 1 6 1 5 3i m m o b i l i z e dm e t a lc o m p l e x e sc o n t a i l l i n gc h i r a l0 c 一锄i n oa c i d s 。17 1 6i i l t r o d u c t i o no f l d h s 1 9 1 7o b j e c t i v ea n ds i g n i 6 c a n c eo f m er e s e a r c h 2 0 1 8t l l o u 曲ta n dc o n t e n to f t h ed i s s e n a t i o n 2 l c h a p t e r2e x p e r i m e n t a ls e c t i o n 2 3 2 1c h e m i c a l s 2 3 2 2s y n t h e t i ce x p e r i m e n t 2 4 i x 北京化t 人学硕l ：学位论文 2 2 1t h ei n t e r c a l a t i o na n dd e l 锄i n a t i o no fl d h sm o d i f i e d 仅锄m oa c i d s 2 4 2 2 1 2t h el 一哲u t 锄a t ei n t e r c a l a t i o no fl d h sm o d i f i e du s i n gi o n e x c h a i l g em e t h o d 2 4 2 2 1 1t h ei n t e r c a l a t i o no fl d h sm o d i 6 e dl - g l u t 锄a t eu s i n gi o n e x c h a n g em e t h o “2 5 2 2 2t h ed e l 锄i n a t i o no f0 c 锄i n oa c i d s l d h s 2 6 2 2 2 1i i lf o 门m a m i d e 2 6 2 2 2 2i i lw a t e r 2 6 2 3c h a r a c t e r i z a t i o n 2 6 2 4c a t a l v s i s 2 8 2 4 1t h ep r 印a r a t i o no f r a c e m a t e s 2 8 2 4 2a s n m e m cc a t a l y s i s 2 9 2 4 3t h ed e t e c t i o na n di d e n t i f i c a t i o no f p r o d u c t 2 9 c h a p t e r 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 3l 3 1s u b s t i t u e n te 仃e c to fl d h sm o d i f i e d9 1 u t 锄a t e 3 l 3 1 1t h es t u c t u r eo f l g l u l d h s i n t e r c a l a t i o n 3 l 3 1 2l d h sm o d i f i e d 西u t 锄a t el i g a l l dt oe n h a l l c et h eo fe n a n t i o s e l e c t i v i t y 3 5 3 1 3e v i d e n c e sf o rs u b s t i t u e n te 仃e c to fl d h s 4 3 3 2t h eu l l i v e r s a l i t vo fs u b s t i t u e n te f f e c to fl d h s 4 7 3 2 1t h es t u c t u r eo fl s e r - l d h s i n t e r c a l a t i o na i l dl a l a l d h s i m e r c a l a t i o n 4 7 3 2 2s u b s t i t u e n te 虢c to fl d h sm o d i f i e dl s 耐n ea 1 1 dl a l a i n e 5l 3 3s e m i - h e t e r o g e n i z a t i o no fl d h sm o d i f i e d 仪a i n i n oa c i d s 5 6 3 3 1t v l l d a ue f r e c tf o rl d h sm o d i f i e d 仅锄i n oa c i d sc o l l o i d a ls 0 1 u t i o n 5 7 3 3 2t 1 1 ea c t i v i t yo fp s e u d o - h o m o g e n e o u sc h i r a lc a t a l y s t sa s y m m e t r i c 印o x i d a t i o n5 8 3 4h o s t g u e s ti n t e r a c t i o na n dr 印e a tu s e s 6 7 3 4 1h o s t g u e s ti n t e r a c t i o no f 仪一锄i n oa c i di n t e r c a l a t e dl d h s 6 7 3 4 2c o o r d i n a t e ds t m c t u r eo fl d h sm o d i f i e d 伐a m i n oa c i d sw i t hv a n a d a t e 6 8 3 4 3r e c y c l eu s e so f v a n a d a t ec o m p l e x e sc a t a l y s t s 7 3 c h a p t e r 4c o n c l u s i o n s 8 1 r e f e r e n c e s 8 2 a c k n o w l e d g e m e n t 8 9 x 目录 a c h i e v e m e n t 9 0 i n t r o d u c t i o no fa u t h o ra n ds u p e r v i s o r 9 l a d p e n d i x -i 第一章绪论 1 1 不对称催化 第一章绪论 不对称催化在过去的几十年罩取得了令人瞩目的成就，因此2 0 0 1 年的诺贝尔化 学奖表彰了在这一领域的做出杰出贡献三位科学家s h a r p l e s s ，k n o w l e s 和、野依良治。 现在，人们越来越意识到不同的单一对映体在医药、农药及其它生物功能材料等众多 领域具有截然不同的作用【i 】。众所周知的反应停悲剧案例，其r 构型可使孕妇保持镇 静，但s 构型可强烈诱使胎儿发生畸变；又如具有r 构型的天冬酞胺是甜的，但是， 其s 构型天冬酞胺是苦的；巴比妥酸盐这种药物，其s 构型能够起到催眠镇痛的疗效， 其r 构型可使人产生严重的痉挛；具有( s 芦) 构型的乙胺丁醇( e t h 锄b u t 0 1 ) 单一对应体， 可有效治疗肺结核病，但( 尺，尺) 构型的乙胺丁醇可对眼睛造成严重的损害，更甚者导 致失明；具有( r ，r ) 构型的氯霉素是良好的抗菌消炎药物，具有( s 芦) 氯霉素并无活 性；l 四咪哇是驱虫剂，d 一咪哇有毒且不能驱虫【2 j 。那么通过手性合成的方法便可得到 单一对映体物质，手性合成( c h i r a ls y n t h e s i s ) 就是要选择一个良好而又稳定的手性诱导 剂，使无手性或潜手性( p r o c h i r a l ) 的物质转变成手性物质，并使一种对映异构体大为过 量，甚至得到高纯度的单一对映异构体。由于立体结构不对称的有机物质都具有手性， 因此手性合成又称为不对称合成。单一对应异构体合成有以下途型3 】：a ，手性底物 的诱导，b 手性拆分，c ，手性辅助剂的诱导，d ，手性试剂化学计量，e ，手性环境 的影响，f ，手性催化剂的控制。在合成手性化合物的若干方法中，不对称催化以其高 效性，仅需少量的手性催化剂，通过手性放大和手性增殖，就可合成出大量的单一构 型化合物，成为近年来有机化学界合成手性化合物的研究热点，特别是不对称催化在 不对称加氢、不对称环氧化、不对称环丙烷化以及不对称氢氰化等反应中已取得了重 要成剁4 1 ，这其中包括左旋多巴、( s ) 萘普生、薄荷醇和拟除虫菊酯等不对称催化合 成反应已经实现工业化。 1 2 手性金属配合物催化剂 手性催化剂研究热点主要集中在有机小分子及金属配合物两大领域( 图1 1 ) ，有 机小分子主要包括金鸡钠碱类【5 - 7 】，氨基酸及其衍生物【啪】，吡咯烷衍生物，手性咪唑 琳酮及其衍生物，硫脲衍生物，糖的衍生物等；金属配合物主要包括金属卟啉【n 1 ， 金属s a l e n 【1 2 】，金属氨基酸及其衍生物等，金属配合物类催化剂以其高活性，金属与 l 北京化t 人学硕一l ：学位论文 配体的有效协同作用而具有高选择性等特点，研究的最早，最为充分。而手性配体的 设计是获得高活性，高选择性的金属络合物催化剂的行之有效的途径之一。手性金属 络合物催化剂由包含有活性金属中心和手性配体构成( 图1 2 ) 。金属络合物催化不对称 反应中【l3 1 ，虽然只有少量的手性催化剂，但可以单一并大量地催化产生手性化合物。 活性中心发挥催化作用，不同的反应物分别与金属活性中心发生作用，如静电作用或 发生加成消除反应，形成配位键，从而活化了反应物，使反应速度增加。而对产物的 不对称选择性则有手性配体控制。手性配体空间构型的差异性，影响a 与b 作用方 向，从而控制反应过渡态的空间立体构型的形成，使反应具有立体选择性。反应不对 称选择性的高低，是手性催化剂与反应物综合作用的结果，高手性诱导催化过程要求 催化体系有理想的的三维结构及与之适应的反应动力学特征，包括对催化剂( 中心金 属和配体) 、底物分子和反应条件的合适选择，这样才能达到反应产物的比例从5 0 ：5 0 ( 无选择性) 到1 0 0 ：o ( 单一对映体) 的实现。一般来说，两种对映体过渡态的能量 差接近于1 0l ( j m o l 。【1 4 1 ，当手性催化剂能达到或加大此能量差时，理论上可以实现对 映选择性的提高。因此，在不对称催化中，的是获得高不对称选择性重要途径之一【1 3 】， 精心设计合成的配体应具有合适的功能、构型及配体结构的刚性与柔韧性。在手性配 体与金属络合作为催化剂催化过程中，催化剂要能够起到巧妙的控制反应物基态和过 渡态结构的稳定性及反应活性作用，即对反应物分子及其过渡态之间进攻方向和反应 发生通道进行精确控制，从而达到提高立体选择性并有足够活性的目的。 第一个利用金属与手性配体络合作为催化剂进行不对称催化反应报道于1 9 6 6 年， 是r 本野依良治的研究小组发现的。他们利用二价铜离子与手性席弗( s h i f f ) 碱形成 的络合物作为催化剂催化环丙烷化反应，但是二价铜离子与手性席弗( s h i f f ) 碱形成的 络合物作为催化剂对产物的不对称选择性非常低，仅实现了约l o e e 值 1 5 】。但是，令 人欣慰的是，k n o w l e s ( 来自美国孟山都公司) 以及h o m e r ( 来自德国) 于1 9 6 8 分别 设计合成手性铑膦配合物作为催化剂，进行均相烯烃的不对称氢化反应，其催化烯烃 的不对称氢化产物的不对称选择性高达9 0 以上。这是不对称催化反应中的第一个高 对映选择性的实例，开拓了不对称催化反应的新领域【l6 】。目前不对称催化反应研究集 中在发现或者设计高催化活性的手性配体和催化剂，拓展新的不对称催化反应，以 及开发具有经济价值的工业规模工艺。但是迄今为止，所研究的不对称催化反应仍绝 大多数为均相金属络合物催化剂催化反应