催化原理与设计

湖南师范大学研究生课程论文

（供博士生、全日制科学学位硕士使用）

论文题目金属有机化合物在催化不对称合成中的应用

课程名称催化原理与设计

姓名李利锋学号 201102121112

专业应用化学年级 2011级

学院化学化工学院日期（年月日） 2011.12.23

研究生课程论文评价标准

湖南师范大学研究生处制

金属有机化合物在催化不对称合成中的应用

摘要：不对称合成是当前有机化学研究的热点和前沿,催化不对称合成是制备光学活性化合物的有效方法，金属有机化合物作为试剂或催化剂在这一领域得到了广泛的应用。本文简要综述了金属有机化合物在不对称合成中的应用与进展。关键词：金属有机化合物; 催化剂; 不对称; 手性合成

2005年2月16日，《京都议定书》正式开始生效，这反映了人类解决环境问题的决心。减少排放物对环境污染的首要问题就是在生产过程中要尽量减少有害物质的使用，从而从源头上消除污染。催化不对称合成是最有效的方法之一，它是有机合成化学研究的热点和前沿。催化不对称合成是制备光学活性化合物的有效方法，通过不对称催化不但可以提供医药、农药、精细化工所需的关键中间体，而且可以提供环境友好的绿色合成方法。不对称催化合成反应的研究开始于20世纪60年代。1966年，野依良治设计了以希夫碱与铜合成的配合物催化剂，进行均相不对称催化环丙烷化反应，开创了首例均相不对称催化反应的先河。1968年，化学家Knowles和Homer几乎同时将手性膦配体引入Wilkinson催化剂，成功地实现了不对称催化氢化反应[1]，1980年Sharpless首次报道了用手性钛酸酯及过氧叔丁醇对烯丙醇进行不对称环氧化[2-3]。而不对称催化合成反应真正得到迅速发展的阶段是起始于20世纪90年代，无论是在基础研究还是在开发应用上都取得了很大的成功。为了获得高对映选择性、高反应活性的催化剂，人们不断开发出新的金属试剂。

1 有机铑催化的不对称合成

1.1 加氢

Renat等[4]最近发现了一类新颖的铑的磷配体催化剂，在α,β－不饱和氨基酸不对称氢化中得到了较好的应用，ee 值可达到99.6%，如：

具有环内酯结构的α—酮酸酯的氢化产物是合成维生素B3的中间体，铑催化剂[Rh(BCPM)Cl]2作为加氢催化剂可得到92%ee[5]。

1.2 氢甲酰化

Huang等[6]以Rh(CO)2(acac)/TangPhos催化剂，在二环[2.2.1]-2-庚烯不对称氢甲酰化反应中取得了很好的结果，具有高对应选择性，反应条较温和。如下所示：

1.3 氢硅烷化

Diéguez等[7]将呋喃糖苷硫醚磷配体－铑催化剂应用在不对称芳香酮的氢硅烷化反应，其ee值可达90%。

2 有机钌催化的不对称合成

钌催化剂可应用于脱氢氨基酸、C=C，C=O，C=N等的不对称氢化，其优良性能使钌的手性催化剂成为合成高选择性手性化合物的最有效催化剂。另外，钌的价格相对铑低廉，工业应用更具有成本优势。

2.1 加氢

Monsanto公司开发的手性催化生成萘普生(Naproxen)的新流程中，最后一步应用Ru(BINAP)(OAc)2催化剂不对称加氢得到(S)-Naproxen，光学选择性达97％ee。Berthod等[8]以BINAP为底物经过多步反应合成了如下两个配体，它们与钌的配合物在β－酮酯的不对称催化氢化反应中效果明显好于BINAP，对映选择性都是99%ee，转化率100%。

2.2 环氧化

2002年Pezet等[9]以双手性中心的Ru的联吡啶配合物为催化剂开展了烯烃不对称催化环氧化研究，获得了迄今为止类似于手性钌催化体系的最好转化率(>99％)和ee值(94％)。Anilkumar等[10]设计并合成了一系列新的易于调制的嘧啶二咪唑啉配体，这些配体容易转换成Ru(pybim)(pydic)配合物，在苯乙烯等的不对称催化环氧化中有较好的反应性和对映选择性，典型配体如下：

2.3 氢硅烷化

Song等[11]开发了新的手性二对环芳烷N-杂环卡宾(NHC)钌催化剂配体22～24，这些配体合成的钌催化剂应用在酮的氢硅烷化反应中，在室温下有高的反应性和选择性，转化率可达96%，ee可达97%。

3 有机钯催化的不对称合成

3.1 羰基合成

Boots公司利用钯催化剂应用于布洛芬的工业合成上[12]：

在氢羧基化方面，较为成功的例子是[13]：

3.2 芳基化

在手性配体(R)-BINAP作用下，碳碳双键可实现不对称芳基化反应[14]，如：

3.3 烯丙基化

在手性配体(R)-DPPD存在下，可以高选择性地进行钯催化烯丙基化，光学选择性达99％ee[15]。

4 有机钛催化的不对称合成

4.1 不对称Diels—Alder反应

Corey等制得了手性钛催化剂25，并把它应用到Diels—Aider反应中，产物的内型ee大于91%。

他认为能得这么高的对映选择产物，主要是催化剂起了决定性的作用。催化剂和反应物能形成六元和七元螯合环，因而具有极好的对映选择性。

4.2 不对称亲核加成反应

应用有机钛试剂a对手性化合物b发生加成，其中钛与羰基上的氧以及β—位的氧烷基上的氧形成螯合环，使羰基的加成基本定向进行，其产物c的对映立体选择性大于90%。

4.3 催化不对称环氧化反应

1980年，Sharpless[16]发现以烯丙醇为反应底物，与过氧化叔丁醇、四异丙氧基钛和手性酒石酸酯进行反应时，产物环氧醇的ee值可达90％以上，这就著名的Sharpless环氧化。

选择不同的手性DET，可以得到特定构型的环氧醇。对于Sharpless环氧化，若反应底物是γ－烯醇，反应同样能进行，但ee值要低得多。如：

5 有机铬催化的不对称合成

手性羰基（η6－芳烃）铬配合物是一类新型的手性配合物，其中的铬本身并不参与催化时的配位作用，但是它的电子及空间效应却对催化剂的催化性能产生了极其重要的影响。

5.1 不对称氢化反应

Salzer等[17]于2000年设计并合成了配体L*，并将其用于取代烯烃的氢化反应(R1= R2=Me)。使用配体26得到了最佳的结果，产率高达100%,ee达到了95%。