手性金属络合物的合成及应用.doc

化学进展手性金属络合物的合成及应用摘要 手性金属络合物因其独有的性质，越来越受到人们的关注，本文就手性金属络合物的定义、几种手性金属络合物的合成、手性金属络合物催化剂的制备及其在不对称加氢反应、不对称碳一碳键形成反应、不对称氧化反应、烯烃的异构化反应、氢硅化反应、C, N- 二苯基硝酮立体选择性环加成反应、不对称Baeyer-Villiger反应等方面的应用进行简单的综述。关键词 手性salenMn 络合物 手性氮杂卡宾金属络合物 手性pybox-金属络合物 合成 不对称催化反应 应用Synthesis and Application of Chiral Metal ComplexesZhangFangQin Chemistry 2009296077(Chemistry and Chemical Engineering, Taiyuan 030006)Abstract Because of their unique nature of chiral metal complexes, more and more people pay attention on them.This article is the simple overview on the definition of the chiral metal complexes, the synthesis of several chiral metal complexes, preparation of chiral metal complex catalysts in asymmetric hydrogenation, asymmetric carbon-carbon bond formation reactions, asymmetric oxidation reaction, olefin isomerization, hydrosilylation reaction of N-diphenyl nitrone stereoselective cycloaddition reactions, asymmetric Baeyer-Villiger reaction and the application of other aspects.Key words chiral salen - Mn complex; chiral aza-carbene metal complexes; Chiral Metal Complexes of Pyridine-2 ,6-bis( oxazolines); synthesis; asymmetric catalytic reactions； application- 7 -Contents1 Introduction2 The definition of the chiral metal complexes3 The synthesis of the chiral metal complexes 3.1 Synthesis of N-heterocyclic carbene metal complexes 3.2 The synthesis of chiral pybox-metal complexes4 The application of the chiral metal complexes4.1 Asymmetric Hydrogenation reaction4.2 Asymmetric cyclopropanation reaction4.3 The application of the chiral metal complexes in other reaction types4.4 The study of chiral metal complexes as drugs5 Outlook1 引言近年来, 随着化学化工的发展,手性金属络合物也备受人们的关注，由于其独有的性质，引起很多的学者进入手性金属络合物的研究领域。手性金属络合物被广泛用作催化剂，在不对称合成中的用途很大，手性pybox-金属络合物成功地应用到许多不对称催化反应中,如环丙烷化反应、Diels-Alder 反应、1 ,3-偶极环加成反应、不对称aldol 反应和偶联反应等22。金属络合物手性的发现和认识对早期配位化学理论的建立起了积极的作用，它在生物无机化学、不对称催化、超分子化学等化学分支学科中都具有重要的应用。已知在一些重要体系中精确的分子识别和严格的结构匹配都与手性密切相关。不对称合成是当前有机合成中热门研究领域, 利用手性金属络合物催化剂催化不对称硅氢化、烷基化, 以烯烃、酮、亚胺、醛等合成手性醇、手性胺、手性酮等具有很好的工业应用前景。2、手性金属络合物的定义所谓手性(C h ir a lity )即立体异构形式, 具有手性的两个分子的结构彼此间的关系如同镜像和实物或左手和右手间的关系, 相似但不叠合5。金属络合物，为一类具有特征化学结构的化合物，由中心金属原子或离子（统称中心原子）和围绕它的称为配位体（简称配体）的分子或离子，完全或部分由配位键结合形成。手性金属络合物是由手性配体与金属原子或离子形成的金属络合物，具有光学活性。3 手性金属络合物的合成目前，除了利用色谱分离、非对映异构体盐分步结晶等常用的拆分方法外还可类似于有机化学中的不对称合成方法立体选择地制备手性金属络合物7，此外，还合成了新型手性金属-有机配位聚合物 12。下面简单介绍两种金属络合物的合成。3.1 N-杂环卡宾金属络合物的合成 金属N-杂环卡宾络合物的合成方法包括: (a) 游离卡宾与金属化合物直接络合; (b) 咪唑盐与金属化合物在强碱作用下络合; (c) 利用Ag-NHC 通过卡宾配体转移方法制备新的金属络合物。合成NHC-金属络合物的方法一般取决于NHC的稳定性。常用的金属有Ru ( ) 、Rh ( ) 、Pd(0) 、Pd ( ) 、Cu ( ) 、Cu ( ) 、Ir ( ) 等6。合成此类络合物包括对其前体NHC的合成和络合物的合成两步。Arduengo 等首次利用强碱对咪唑盐去质子化合成并分离得到稳定的 NHC 3（图式1）。 图式1 NHC3 Scheme1 NHC3除上述Arduengo 方法之外,还可以用其它方法1619 来合成NHC（图式2） 图式2 合成NHC的其它方法16-19Scheme2 Other synthetic methods for NHC16-19 2004 年,Nolan20 等将咪唑盐10 与 CuCl 和 NaOt2Bu 相作用,以THF 为溶剂,在室温下反应20 h ,得到了NHC-Cu 络合物。Burgess 等21 以邻环己二胺、氯乙酰氯、取代咪唑等为原料合成了咪唑盐,在室温下以CH2Cl2 为溶剂,与Ag2O 络合后,经过滤得到Ag-卡宾化合物。3.2 手性pybox-金属络合物的合成3.2.1 手性配体pybox 的合成 配体pybox 的合成方法主要有两种：方法1 是用DPA 为原料11, 方法2 是以2 ,6-二氰基吡啶为原料14。可把2 ,6-二氰基吡啶与光学活性-氨基醇在ZnCl2 催化下回流,或将2 ,6-二氰基吡啶先生成亚胺甲酯再与氨基醇在CH2Cl2 中回流。Nishiyama 等在吡啶环的4 位引入取代基,制得了4-X-pybox 配体（图式3）。 3.2.2 pybox-金属络合物 配体pybox 与金属特别是过渡金属生成的手性络合物催化剂具有良好的不对称诱导性能,常用的过渡金属有铜、镍、钌、铑、钪、锌等。通常这些络合物催化剂是现制现用,即将金属无机盐与手性pybox配体按一定摩尔比混合析出固体或晶体,所得的固体一般不需要提纯,可直接用于催化反应1。 4、手性金属络合物的应用 手性金属络合物最广泛的用途是用作催化剂，虽然手性催化剂种类繁多,但广泛应用于实际的仅限两类: 一类是酶, 另一类是手性金属催化剂中的均相金属络合物催化剂圈5。手性催化在保留了均相催化活性中心结构清楚便于修饰的优点的同时, 大大发扬了其立体选择性, 使之可与酶催化相媲美。4.1 不对称加氢反应 以金属络合物为手性催化剂的不对称加氢反应是已取得良好成果的领域，最引人注目的是在R h / 麟络合物催化条件下, 从a 酰基氨基丙烯酸出发合成光学活性氨基酸。目前，某些R h / 麟络合物催化剂已用于合成酪氨酸、色氨酸、亮氨酸等多种氨基酸, 有的还用于合成脱水二肤2。4.2 不对称环丙烷化反应 在手性Cu 、Co、Rh催化剂作用下,烯烃与重氮醋酸酚反应脱氮可得到手性环丙烷类化合物。它是一些天然产物的基本结构,大多数拟除虫菊酷都有此类结构。应用手性铜催剂(S)- 7644 催化下进行分子内的卡宾不对称加成环化,简便易行地得到高光学收率的双环内酯11。手性 Schiff 碱金属络合物24催化剂是不对称环丙烷化反应中最早也是研究最为广泛的一类催化剂。 目前, 主要从两个方面对手性Schiff 碱金属催化剂进行结构改造: (1)水杨醛上引入取代基; (2)手性胺的选择。手性金属SalenMn 络合物在不对称环氧化反应中的应用极大3, 1998 年，Katsuki 提出，氧合salen 络合物的配体不是平面的，而是折叠的，并且这种折叠的手性结构增强了Mn()-salen 络合物的不对称诱导作用。图式4 salen-Mn 配合物的结构 Scheme 4 The structure of salen-Mn complex 在近几年，包括席夫碱、噁唑啉、卟啉、联吡啶及四吡啶、羧酸酯等类型的手性化合物作为配体的金属催化剂对不对称环丙烷化反应的研究已经取得了很大的进步，从2000年开始Katsuki等人已经在此领域中做了很多研究10。4.3 还可用于其它反应类型中 手性金属络合物催化剂反应收率较高,只要保证高的立体选择性, 就能获得理想的催化剂，且金属能催化的反应较多, 将不同的金属与配体相互组合, 可得到种类繁多的络合物催化剂, 适用范围广，金属络合催化剂在不影响催化能力的前提下, 可固定于高聚物载体上, 为其回收和利用提供了方便。 正是因为其这些优点，手性金属络合物催化剂还可用于不对称Baeyer-Villiger反应、烯烃的异构化反应、氢硅化反应、不对称环氧化反应1,3,5,6、催化C, N- 二苯基硝酮环加成反应4，部分金属如Al、Ti 等还以L 碱的形式催化Di e ls 一A ld e r 反应、氢氰化反应等中。此外金属配合物作为D N A 结构和构象的探针一直以来也是比较活跃的研究领域13。4.4 手性金属络合物作为药物的研究 铂类配合物药物已应用于临床化疗23，手性因素对此类药物活性具有重要影响。有人曾研究手性金属配合物与人红细胞作用, 发现某些手性金属配合物表现出跨膜摄入速率的手性选择性差异，但目前对手性金属配合物与细胞选择性作用的研究仍很少, 尚未见涉及手性金属配合物经小肠吸收的相关报道。牟永平等人以Caco-2细胞单层为研究模型, 研究手性金属配合物d-Co ( EDTA) - 和 l-Co ( EDTA) - 在跨Caco22细胞单层转运和吸收是否存在手性选择性, 以考察手性金属配合物药物经小肠的转运吸收情况15。5、展望手性金属络合物作为催化剂应用广泛，加之其促使反应收率较高, 能催化的反应较多, 将不同的金属与配体相互组合, 可得到种类繁多的络合物催化剂, 适用范围广，可固定于高聚物载体上，使回收和利用方便的优点，未来在这片领域中仍然有开阔的前景，只要保证高的立体选择性, 就能获得理想的催化剂。Reference1 姜岚,李争宁,赵德峰 . 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