不对称氢化手性配体的发展研究.doc

不对称氢化手性配体的发展研究


学院:化学科学与工程学院
专业: 有机化学


不对称氢化手性配体的发展研究
最早人们是利用物理、化学或生物等方法拆分外消旋体来得到单一的手性异构体的。随着科学技术的发展,特别是化学合成手段的成熟化和多样化,人们获取单一手性异构体的手段和方法也逐渐趋于多元化。其中利用不对称催化剂对潜手性底物进行不对称催化加氢已经成为获取单一手性异构体的重要手段之一。
不对称氢化反应是一类重要的化学反应。不对称氢化反应的关键是设计和合成具有的高效化活性和高对映选择性的手性催化剂,其中手性配体是手性催化剂的关键。自1968年,Knowles和Horner分别报道了用手性膦-铑催化剂进行的均相不对称催化的结果以来,不对称氢化反应得到了迅速的发展,许多已经成熟的反应应用于工业生产,例如左旋多巴(L-Dopa)、萘普生(Naproxen)(图1)等的生产。不对称氢化的催化剂是手性配体和过渡金属的配合物。迄今为止,过渡金属的选择限于铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)3中金属。因此,催化剂的开发主要围绕着手性配体的开发,配体的类型分为手性膦配体、手性***配体。
图1
1、手性膦配体
上世纪六十年代,Mislow和Horner首次合成出了手性有机磷化合物,磷和碳一样,它的空间构型也是四面体结构,如果磷的周围也连接了四个不同的取代基,也可以用R和S来标识。他们还发现,在室温下这些磷配体是稳定的,如果温度升高到115℃时,只有几个小时的半衰期。
1968年,Knowles和Horner独立报道了手性单齿磷配体,在均相不对称催化中,首次将这些配体代替PPh3,实现了不对称均相催化。将这类配体与过渡金属配位后,用于烯烃的不对称氢化反应,ee值仅为3%-5%。虽然ee值不高,在当时没有任何用途,当是为均相不对称催化氢化开辟了新途径。
1971年,Kagan等合成了第一个手性双齿膦配体(R,R)-DIOP,实现了手性膦配体设计的真正突破。DIOP的制备相当简单,起始原料(+)-酒石酸也比较便宜。使用DIOP对脱氢氨基酸进行催化氢化,反应可以在极短的时间内实现定量转化,而且ee值可以达到72%。DIOP的上述优势促进了当时磷配体的研究方向从单齿磷配体转向双齿磷配体。1975年,Knowles等发展了双膦DIPAMP配体,ee值达到95%,并用于左旋多巴的工业化生产,这进一步凸显了手性双齿膦配体的重要性。Knowles最早实现了催化不对称氢化反应又能使不对称氢化的工业化,这是他获得Noble奖的主要原因。直到上世纪九十年代,Burk合成了一个新型手性磷配体DuPHOS,与铑配位后用于催化氢化烯***反应,得到99%ee。从此以后,人们将注意力转移到手性双齿膦配体的设计和合成,特别是具有C2对称性的双膦配体,许多催化剂体系都能高效和高对映选择性地催化不对称氢化反应。
图2 代表性的手性双齿膦配体
在上述双齿膦配体中,DIOP含有两个sp3不对称碳原子,DIPAMP拥有两个手性磷原子,完全芳香性的BINAP不含手性原子,是轴手性分子,这些配体与金属络合形成从四元环到八元环的络合环。1980年Noyori等发展的BINAP配体,不仅具有轴手性的结构特征,而且在不对称氢化之外,还适用于多个不对称反应过程,如不对称异构化反应用于光学