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1、多相手性催化剂的制备王可(西北大学化材学院，西安，710100) 摘要：不对称催化合成在20世纪90年代迅速发展，不论在基础研究还是开发手性技术方面都取得 了很大的成功, 它已成为现代有机化学发展中最重要的研究领域之一。目前主要有均相手性催化 剂和多相手性催化剂两大类。均相手性催化剂作为定义明确的分子催化体系，在不对称催化反应 中能够展现出高的活性和选择性，并且实验结果有很好的再现性；而多相手性催化剂较均相手性 催化剂具有易于分离、可循环使用等优点，为大规模的工业生产提供了可能。本文旨在就多相手 性催化剂合成和应用进行介绍。关键词：手性催化剂；不对称合成；Synthesis of multip
2、hase chiral catalystWang ke(Northwestern University)Abstract: Asymmetric catalytic synthesis was rapidly developed in the 1990 s. whether in the development of basic research or chiral technology; it has achieved great success and become the most important one in development of modern organic chemis
3、try in the research field. Now, there are homogeneous chiral catalysts and multiphase chiral catalysts. As a clearly defined molecular catalytic system, homogeneous chiral catalysts can show a high activity and selectivity in the asymmetric catalytic reactions, and results of the experimental have v
4、ery good reproducibility; multiphase chiral catalysts are easy to separation and recycling, etc, which make mass industrial production possible.This thesis aims at introducing the Synthesis and application of multiphase chiral catalyst.Keywords: Chiral catalysts; Asymmetric synthesis不对称催化合成则是对映选择性创造
5、光学活性产物的有效手段，它是一个手性增值的过程。一般只需要催化量的手性催化剂就可以获得大量的手性产物，因而不对称催化反应己越来越受到 人们的关注已成为有机合成化学的热点。多相不对称催化反应已取得了巨大进展，多种催化剂不 断涌现并成功地用于不对称还原、二烷基锌对醛的不对称加成、不对称氢化、不对称氢氰化等反 应，其中许多己在医药、农药、香料和日用化学品工业生产中发挥作用。而且多相手性催化剂具有易于分离、可循环使用等优点而引起研究人员的极大兴趣。然而它 的活性和选择性不高也是科研人员必须解决的一大难题。下来就对多相手性催化剂在几类重要反 应取得的进展进行介绍和总结。1 有机锌对醛的不对称加成反应1.
6、1 乙基锌对醛的不对称加成反应有机锌对醛的不对称加成反应是制备光学活性醇的有效手段。Itsuno研究小组通过两种方法制得系列手性氨基醇聚合物催化剂：（1）将手性配体键连在聚苯乙烯上；（2）由手性单体与苯乙烯和交联剂共聚制得三元聚合物如。不仅将其应用于催化乙基锌对醛的不对称加成反应其中4的e值高达99%。反应机理：催化反应过程首先是实验条件下手性氨基醇的伯氨基与醛反应生成席夫碱，然后席夫碱与烷基锌形成双金属双环过渡态,从而导致光学活性醇的生成，如图2。figure 2该类催化剂对芳香醛有较好的催化活性和一定的对映选择性。但是此类聚合物催化对脂肪醛催化 活性相对较低。1.2 通过手性金属络合物促进
7、的二烷基锌对醛的不对称烷基化日本化学家Oguni9在1983年首次以钻（II）和钯（II）的络合物催化二乙基锌对芳香醛的 烷基化反应，对映选择性高达58%。Reetz等曾以（1R, 2S） 新麻黄碱的N对甲基苯磺酞胺衍生物，制备的手性甲基钛试剂（1）,如图3,等量地与苯甲醛反应得到了85% e.e的1 一苯基乙醇。Figure 3Soai等11曾以（1R, 2S） 新麻黄碱的N磷酰化，仅以5% （物质的量分数）的N硫代磷 酰酞胺衍生物L在1.2倍量的Ti （O-iPr）4存在下催化二烷基锌对芳香醛的烷基化，其对映选择 性高达97% e.e。研究还表明， 新麻黄碱的苯基与甲基同时存在是获得高对映
8、选择性所必需的。1994 年, Koten 等以 N，S 一鳌合的手性二苯基硫基锌络合物催化二乙基锌对醛的烷基化,反 应如下：Figure 4在2% （物质的量分数）的N,S鳌合的手性二苯基硫基锌络合物的对映选择性达69%-99%e.e；对 于苯甲醛及其衍生物对映选择性高达94%-99% e.e。2 不对称双羟基化反应自Sharpless 1211988年发现烯烃的双羟基化反应以来，此种反应一度成为有机化学研究的热 点。但Sharpless的双羟基化反应存在固有的缺点，需使用昂贵的催化剂及氧化剂OsO4,不易于大 规模工业化生产,因此能够找到一种使氧化剂和催化剂重复使用的方法显得尤为重要。Sh
9、arpless不对称双羟基化反应反应机理：由锇酸钾原位生成的四氧化锇与配体结合为络合 物，该络合物对烯烃发生对映选择性的 3+2 环加成反应（锇氧化反应）。生成的锇酸酯，经 水解得到二醇和被还原的锇酸盐。后者被计量的再氧化剂氧化为四氧化锇而重复使用。RBi02R2 2 H20HO 丫 X OH尺厂*，22 Fe(CN$82 Fe(CN)6 37Liga nd2 HO-OsO2(OH)4-2 + LigandFigure 5目前有几种比较好的方法：2.1 Shrpless 本人曾在这方面做了早期的尝试，制备出手性聚合物催化剂如图 6，以 OsO4，NMO（N 甲基吗啉氧化物）为氧化剂，催化反式1
10、, 2 一二苯乙烯的不对称双羟基化反应，e. e 值高达 93。2.21994年意大利的Salvadorj等对此工作作了进一步深入地研究，报道了三元聚合物25的合成，并将其应用于催化反式二苯乙烯的双羟基化，e. e值高达99%，如图7。2.3 Song等1411997年报道了聚合物支载的(QN)2PHAL聚合物催化剂5,以5作催化剂，对所试Figure 8大多数烯烃在上述条件下，能都以高产率、高e.e值生成光学活性的邻二醇，而且反应条件 温和，无需低温、无水、无氧等条件,经济价值较高。不对称双羟基化反应制备光学二元醇意义：光学二元醇具有光、热和化学稳定性 ,它们不仅 是液晶中不可缺少的手性添加
11、剂,而且已成为制备具有光学活性的医药、农药和功能材料的重要 中间体,因此光学活性二元醇的制备具有重要的现实意义。3 Diels-alder 反应3.1 手性金属 Saien 配合物催化剂由手性Saien配体制备的催化剂，在不对称环氧化、Strecker反应、不对称环氧化物开环、 环氧化合物水解动力学拆分、醇动力学拆分等反应中的应用广泛，其显著优点是催化剂制备简单， 较易通过改变配体的取代基及电子效应，设计中心金属离子的配位数，从而控制Saien配合物的 催化活性和不对称诱导效应。Jacobsen】15】16等报道的一系列的Saien-Cr (III)配合物(cataiyst 1 4)催化杂Di
12、eis-Aider 反 应，如图9。在考察催化剂1时，他们发现，以Et2O和TBME等非配位的醚类作溶剂，可提高 产物选择性，加入0. 4 nm 分子筛，选择低温条件，可使转化率和选择性大大提高，而且催化剂 的反离子效应也是影响产物对映选择性的一个,关键因素. Jacobsen 还通过实验证明了反应是通 过4 + 2环加成机理进行的。而Jacobsen用新型的手性三齿配位的Saien-Cr(III)催化剂(cataiyst 4)，在杂Dieis-Aider反 应中也取得了较好的效果：当R1 = 4-NO2 -Ph，R2 = Ph时，生成环加成产物最好为90%产率， 98%e.e, 95%以上的
13、e.e。通过选择适当的亲二烯体和催化剂，最多可选择性的获得四个手性中心， 从而达到对产物构型进行催化调控的目的。Paterson等人还用此类催化剂(cataiyst 4d)合成了 治疗癌症药物的有效成分之一四氢吡喃酮，如图10。HR2.H (catI .catI ysl 1(2mol%)higuie 9catalyst la:Y-Bu-tcsalslyflt lb:Y=OMcFigure 103.2 手性二酚类配合物催化剂这类催化剂由于结构中存在四个苯环形成的刚性结构，体积庞大而产生较好的立体选择性。自从Maruoka17使用具有C2对称的手性联萘二酚有机铝(cataiyst &a)催化杂Di
14、eis-Aider反应后, 大量的手性二酚与金属形成的配合物被应用于杂Dieis-Aider反应。化学计量的BINOL-硼手性Lewis酸(cataiyst&b)活化芳族亚胺与Danishefsky二烯的反 应,以 70% 90% e.e 生成环加成产物,如图 11.OTMSRR175-8% 70-M4cx-Icq alaJyst SbCH2CI2-7BCOMeR=flryl,Bzl；R1 =arylJc-Hex;R2=HCH3Figure 11Nli:M=lR1=l l,R2=)Ph 品:M=T1R1=H,R?=(O-L-Pr)4Kobayashi等发展了用手性BINOL-Zr配合物(cat
15、aiyst 9)催化不对称杂Dieis-Aider反应,并成功应用于合成生物医学上非常重要的天然吡喃酮衍生物,。Figure I2使用联萘二酚与铝制备的催化剂BINOL-AlMe,在苯(R)-lUcsyn.anh=S/92Figure J3甲醛与 Danishefsky 二烯的反应中显示了优良的催化效果，其中最好情况是在使用（ R）-10c 为配体时，可得到97%的产率和99. 4%e.e，如图13。由于狄尔斯 -阿尔德反应一次生成两个碳碳键和最多四个相邻的手性中心，所以在合 成中很受重视。如果一个合成设计上使用了狄尔斯-阿尔德反应，则可以大大减少反应步骤，提高了合成的效率，而该类的催化剂的存在可以更好提高反应效率，为工业生产创 造更大利益。4 多相手性催化剂的优点和展望多相手性催化剂较均相手性催化剂具有易于分离、可循环使用等优点，而且它的活性和选择 性较高，为大规模的工业生产提供了可能。随着不对称合成和光活性药物的发展，手性聚合物催 化剂一定可为大规模工业化生产奠定良好的基础，特别是可溶性手性聚合物既可缩短反应时间， 又不影响催化活性而具有广阔的发展前景。5 总结综上所述，多相手性催化剂用在如上例举的不对称烷基化，
