不对称催化氢化反应中配体研究进展Ξ乔 振,王 敏(中国农业大学应用化学系,北京 100094)摘要:较系统地总结了用于不对称催化氢化反应的各类配体的特点及性能,对于每类配体的最新研究成果进行了较详细的评述。
参考文献81篇。
关 键 词:不对称;催化氢化;配体;综述中图分类号:O463.38,O621.3文献标识码:A文章编号:100521511(2002)012008209 Progress of L igands i n A sy mm etr ic Catalytic HydrogenationQ I AO Zhen, W AN G M in(D epartm en t of A pp lied Chem istry,Ch ina A gricu ltu ral U n iversity,Beijing100094,Ch ina)Abstract:T he featu res and developm en t of every k ind of ligands in asymm etric catalytic hy2 drogenati on are syo tem atically discu ssed w ith81references.Keywords:asymm etric;catalytic hydrogenati on;ligand;developm en t;review 对潜手性不饱和底物(烯、酮、亚胺等)的不对称催化氢化是合成各种手性物质的重要途径。
在过渡金属催化的不对称氢化反应中,手性配体作为手性诱导试剂对产物的光学纯度起着关键性的作用。
在过去的30多年中,人们对不对称催化反应的研究取得了巨大的成就(如产物的对映体过量可达100%e.e.),并应用于许多重要药物(如左旋多巴、萘普生、布洛芬)及天然产物(如橙花醇等)的工业合成。
但仍有不少具体反应的反应活性及对应选择性不太理想。
因此设计及开发新的手性配体一直是不对称合成研究的一个重要和活跃的领域[1]。
本文就近几年来出现的用于不对称催化氢化反应的新配体及其相关应用作一概述。
1 阻转异构体配体(A trop is m er ic L igands)1.1 联萘系列配体阻转异构体配体的手性由于其分子上基团的位阻作用使分子旋转受阻而产生(ax ial ch irality)。
早在1977年,T am ao等[2]利用联萘酚(1,1′2b is222nap h tho l)合成了第一个用于不对称催化氢化的阻转异构体配体N ap ho s(1),与R h ( )形成的络合物催化氢化乙酰肉桂酸得到54%e.e.的氢化产物,随后Grubb s[3]又合成了(-)21,1′2联萘22,2′2双二苯基膦酸酯(2),在R h ( )催化的脱氢氨基酸的不对称氢化反应中得到76%e.e.的产物;1980年,M iyano[4]合成了1,1′2联萘22,2′2双二苯基膦酰胺(3);接着N oyo ri[5]合成了1,1′2联萘22,2′2双二苯基膦(B I NA P,4) (Chart1),R h-B I NA P在催化氢化苯甲酰基肉桂酸时得到了100%e.e.的产物(Schem e1)。
随后人们[6]对B I NA P的应用展开了广泛而深入的研究,证明B I NA P与R h( ),R u( )等过渡金属的络合物对不饱和键(C=C,C=O)的催化氢化具有高度的反应活性及对映选择性,并应用于其它催化领域(如氢硅烷化、烯胺异构化等)。
B I2 NA P还成功地用于医药(如萘普生、布洛芬等)及天然产物(如香叶醇)的工业合成,大大降低了工业成本。
B I NA P的开发成功并广泛应用,使人们对阻转异构体的的研究异常活跃起来。
—8— 合成化学 Ch inese Jou rnal of Syn thetic Chem istry Ξ收稿日期:2000212224作者简介:乔振,男,汉族,山东省农药研究所高级工程师,现为中国农业大学农药学专业博士。
通讯联系人:王敏,男,回族,教授,博士生导师,主要从事不对称合成研究。
E2m ail:w angm in@m 为了研究配体的电子效应及立体效应对催化反应的影响,T akaya 等[8]合成了H 82B I NA P (5)[7]及苯环被多种取代的B I NA P (6)(Chart 2)。
使用[R u (OA c )2(H 82B I NA P )]对丙烯酸类底物进行不对称催化氢化,效果明显好于B I NA P (Schem e 2)[9]。
在酮的还原中,使用[N H 2E t 2]+{[R uC l (L 3)]2(Λ2C l )3}-做催化剂,因具有供电子基团的配体,其反应活性明显优于B I NA P (Schem e 3)[8]。
1.2 联苯系列配体联苯系列配体由Schm id 等[10]自1988年陆续合成,其通式可由7表示,其中几个著名的配体(8～10)(Chart 3)用于R h ( )催化的烯丙胺的异构化[11],R u ( )催化的烯丙醇、Β2羰基酯[12]及衣康酸[13]的不对称氢化,都表现出很好的对映选择性及反应活性(如对羰基酯的还原>99%ee )。
当联苯带有强吸电性基团(如CF 3)时,其R u ( )络合物对酮的催化活性很差(但对映选择性影响不大)[14]。
该类配体(11～13)(Chart 3)的过渡金属络合物已用于许多医药中间体的合成(Schem e 4～Schem e 6)[15]。
—9—第1期乔振等:不对称催化氢化反应中配体研究进展 1.3 噻吩类、双甾类膦配体及二苯并呋喃类配体 1995年,Sann ico lo 等[16]首次合成苯并噻吩类配体(15～17)(Chart 4),在R u ( )催化的烯烃底物(丙烯酸类、烯丙醇类等)和Α2及Β2羰基酯的不对称氢化中表现出与B I NA P 相近的对映选择性,其优点是合成较为简便,配体稳定性高[如B IT I AN P (16)在100℃以上仍稳定]。
最近,T iet 2ze[17]将此类配体用于Pd (0)催化的H eck 反应来合成四氢异喹啉,得到>90%e .e .的产物。
1995年,L aue [18]合成B I B FU P (18),但无相应的应用报道,1999年,H iem stra [19]合成B IFA P (19)及B IFA PS (20),其R u ( )络合物催化氢化乙酰肉桂酸(82%e .e .)及乙酰乙酸酯(100%e .e .),表现出与B I NA P 同样优越的对映选择性。
其中B I 2FA PS 可在水相中使用,但需加入少许酸(1%H 2SO 4或HC l )作共催化剂。
1997年,M oh r [20]以马萘雌酮(equ ilen ine )为原料,合成了(R ,S )221(Chart 5),总收率58%。
此配体的R u ( )络合物催化氢化Α2乙酰氨基肉桂酸及惕各酸时表现出比B I NA P 更高的活性及选择性(85.7%e .e .vs 77%e .e .),催化氢化Β2羰酯(M ethyl acetoacetate )时,与B I NA P 性能相同(99%e .e .)。
目前该类配体还没有更多的应用数据。
2 具有C 2-对称的手性膦配体以上所列阻转异构体配体绝大部分具有C 22对称结构和轴向手性(ax ial ch iral ),为便于叙述而单独列出。
本节讨论具有C 22对称结构和中心手性()的配体分子。
—01— 合成化学V o l.10,2002具有C22对称的手性配体在不对称反应中可最大限度地减少非对映异构过渡态的数量,因而在立体化学的控制方面起着决定性的作用[21]。
1972年,Kagan[22]合成了第一个C22对称的手性膦配体D I O P(22),在R h( )催化的肉桂酸的氢化中得到85%e.e.的产物,且R h( )2(-)2D I O P对C=O,C=N双键的催化氢化也有了一定的对映选择性(8%e.e.～22%e.e.)[23],随后,各种各样的D I O P类似物被合成出来(Chart6),它们在不对称反应中大多表现出较好的对映选择性[24]。
1975年,Know les[30]合成D IPAM P(29),在氨基酸的合成中表现出很高的立体选择性(94% e.e.～95%e.e.),并成功地用于药物L2DO PA 的工业化生产。
1977年,Bo sn ich[31]合成Ch i2 raPHO S(30),其R h( )络合物催化氢化乙酰肉桂酸得99%e.e.的肉桂酸。
之后人们[1,21,24,32,33]陆续合成了一系列高效配体(如Skew PHO S31等)。
关于催化氢化的机制,已由H alp ern等[34,35]详细阐述。
近10年来新开发的高效配体(29～47)见Chart7。
1987年,B runner[37]以酒石酸为原料开发富电子的膦配体(32),但由于手性中心离P原子较远,对映选择性较差。
B u rk用手性1,42二醇为原料合成的D uDHO S(33)及B PE(34)表现出极好的反应活性及对映选择性,尤其在氨基酸的合成中对大批底物均可得>99%e.e.的结果[38,52],在C=O[53],C=N[54]的催化氢化中也表现出很好的性能。
其它各配体的性能简要总结于表1。
各配体的合成方法请参阅相应参考文献。
表1 部分配体催化氢化性能简介配体M催化氢化性能简述配体M催化氢化性能简述35[39]R h环状烯酰胺>99%e.e.36[40]R hΑ2芳基烯酰胺(Z,E)95.0%e.e.～99.6%e.e.42[46,56]R h脱氢氨基酸90.0%e.e.～99.9%e.e.功能团化的酮98%e.e.43[47]R h脱氢氨基酸>99.9%e.e.37[41]R uΒ2羰基酯86%e.e.～90%e.e.38[42]R h 脱氢氨基(磷)酸98.8%e.e.惕各酸99.1%e.e.39[43]R h脱氢氨基酸>99%e.e.40[44]R h 肉桂酸(PR2=2P(M e)Cy2C8H17)77%e.e.44[48,55,57]R h脱氢氨基酸94.2%～99.9%e.e.Α2芳基烯胺98%e.e.45[49,58,59]R hR u脱氢氨基酸99%e.e.Α2芳基烯胺90%e.e.～98%e.e.芳基烷基酮73%e.e.～83%e.e.46[50]R h脱氢氨基酸94.8%e.e.41[45]R h卤代烷→苯丙氨酸90.0%e.e.47[51]R h脱氢氨基酸99.6%e.e.—11—第1期乔振等:不对称催化氢化反应中配体研究进展 3 二茂铁类配体配体—21— 合成化学V o l.10,2002 手性二茂铁类配体是不对称催化中的重要配体,此类配体同时具备三种手性成分:中心手性、平面手性、轴向手性,已得到越来越广泛的应用[60]。