手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃不对称环氧化反应

收稿:2006年6月,收修改稿:2006年8月
　3河北省自然科学基金项目(N o.299158)和河北农业大学科研发展基金项目(N o.2005018)资助33通讯联系人　e 2mail :wangc69@
手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃
不对称环氧化反应
3
高勇军　马晶军　吴秋华　臧晓欢　王　春
33
(河北农业大学理学院　保定071001)
摘　要　缺电子烯烃的不对称环氧化反应是有机合成领域最具挑战性的课题之一。

手性联萘酚配体所
修饰的催化剂是一种很优异的C 2轴对称手性诱导源,可以催化各种α,β2不饱和羰基化合物例如α,β2不饱和酮、α,β2不饱和酰胺,α,β2不饱和羧酸酯等的不对称环氧化反应,具有良好的催化活性和对映选择性。

本文对由手性联萘酚类配体所修饰的小分子催化剂、聚合物负载的催化剂和自负载催化剂在不饱和羰基化合物的催化不对称环氧化反应中的应用进行了综述,探讨了催化剂结构、配位金属原子、添加物、氧化剂、溶剂和反应温度等因素对手性联萘酚催化剂催化效能和对映选择性的影响。

关键词　手性联萘酚　不对称环氧化　对映选择性
中图分类号:O62113;O623142+
5　文献标识码:A 文章编号:10052281X (2007)0520796209
Asymmetric Epoxidation of E lectron 2Deficient Olefins C atalyzed by Coordination
Compound Derived from Chiral Binaphthol and Its Derivatives
Gao Yongjun Ma Jingjun Wu Qiuhua Zang Xiaohuan Wang Chun
33
(C ollege of Sciences ,Agricultural University of Hebei ,Baoding 071001,China )
Abstract The asymmetric epoxidation of electron 2deficient olefins ,especially α,β2unsaturated carbonyl com pounds ,is one of the m ost challenging fields in m ordern organic synthesis in recent years.The catalysts m odified by chiral 1,1′2bi 222naphthol and its derivatives are excellent chiral C 22symmetric inducers which can catalyze the asymmetric epoxidation reaction of electron 2deficient olefins with high catalytic activity and excellent enantioselectivity.The substrates inv olves α,β2unsaturated ketones ,α,β2unsaturated carboxylic acid amides ,α,β2unsaturated esters and s o on.The applications of small m olecular catalysts generated from optically active 1,1′2bi 222naphthol and its derivatives,polymer 2supported catalysts and self 2supported catalysts in the asymmetric epoxidation reaction of α,β2unsaturated carbonyl com pounds are reviewed in this paper.In addition ,the catalytic activity and enantioselectivity in fluenced by the structures of the catalysts derived from chiral binaphthol derivatives ,coordinative metal atoms ,additives ,oxidants ,s olvents and reaction tem perature are als o discussed.
K ey w ords chiral binaphthol ;asymmetric epoxidation ;enantioselectivity
1　引言
近年来对于单一手性的医药、农药、香料、香精和食品添加剂等精细化学品以及电子工业对手性液
晶和功能高分子材料的需求,无论在数量上还是种
类上都越来越多,因此手性技术日益兴起。

在有机合成领域,由于催化不对称合成反应很容易实现不对称增值,从而成为以化学手段获得光学活性物质
第19卷第5期2007年5月
化　学　进　展
PROG RESS I N CHE MISTRY
Vol.19No.5
　May ,2007
的最有效方法,因此开发高效率、高选择性的手性催化剂成为实现不对称合成的关键[1]。

目前,已有许多新型的手性催化剂被用于催化不对称合成反应。

其中一类具有C
2对称轴的手性催化剂,因其有利于提高光活性产物的选择性且对称轴可以适当旋转以满足不同底物与双齿配体之间的立体化学要求,因而特别受到不对称合成化学家们的青睐[2]。

此类催化剂最具代表性的配体是光学活性的1,1′2联222萘酚(BI NO L)。

它是不对称催化反应中应用最为广泛的手性配体之一,由联萘酚衍生物与亲氧金属离子形成的手性Lewis酸催化剂已经成功应用于不对称烷基化、Friedel2Crafts、Diels2Alder、Ene、Michael加成、烯烃环氧化等反应中。

烯烃的不对称环氧化反应是合成光学活性环氧化物的一条重要途径。

光学活性的环氧化物通过选择性开环和官能团转化等反应可以合成许多有价值的手性化合物和天然产物。

目前报道的能催化烯烃不对称环氧化反应的手性催化体系有sharpless体系[3,4]、手性卟啉体系[5]、手性salen金属配合物体系[6]、手性酮[7—11]、手性亚胺盐体系[12—15]、手性联萘酚配合物体系[16,17]等。

其中手性联萘酚配体所修饰的催化剂可以催化各种不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应,并有较高的产率和对映选择性,而且所生成的相应的光学活性环氧化物是合成许多天然产物和药物分子的重要中间体[18—20]。

本文就近年来国内外报道的手性联萘酚配体修饰的催化剂对不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应的研究进展,手性催化剂的结构与催化效能和立体选择性的关系及其影响因素等做一简要综述。

2　手性联萘酚配体所修饰的催化剂
211　由手性联萘酚类配体所修饰的小分子催化剂1996
年,Berkessel小组[16]利用POCl3与手性联萘酚R21a反应制备了对H
2
O2具有不对称诱导作用的化合物2
,实现了以H2O2为氧化剂对烯酮类缺电子烯烃的催化不对称环氧化反应。

虽然化合物2的催化效能和立体选择性都不很理想,对于多数底物的环氧化反应只得到中等的产率和对映体过量(yield<60%,ee<30%),但终归是将联萘酚类配体用于烯烃环氧化反应的开创性实验,为以后环氧化反应的研究奠定了一定的基础。

Shibasaki等[17]报道了手性联萘酚类配体与金属
所形成的手性双金属催化剂,例如LnM
3(BI NO L)
3
、
图1　手性联萘酚类催化剂的制备[22]
Fig.1　Preparation of chiral BI NO L catalysts[22]
AlM(BI NO L)2、G aM(BI NO L)2(Ln为镧系元素,M为
碱金属)。

此类催化剂含有两种金属元素,具有
Br nsted碱性和Lewis酸性的位点,从而有利于底物
与试剂在不对称环境中定向发生反应。

实验发现,
以叔丁基氢过氧化物(T BHP)为氧化剂对二苯基查
耳酮的不对称环氧化反应中,双金属催化剂LaNa
3 (R2BI NO L)3表现出极好的催化效能和立体选择性
(yield:92%,ee:83%),但是此类催化剂对其他的
缺电子烯烃不适用[21]。

研究中还发现,具有碱性的
金属化合物对某些Michael加成反应是有效的催化
剂[22,23]。

在此启发下,Shibasaki等[22]利用等量的
La(O2i Pr)3与R21a在4!分子筛存在下制备了对E
式烯酮的不对称环氧化反应均有效的催化剂La2R2
1(图1)。

实验发现催化剂La2R21a在以异丙基苯
氢过氧化物(C MHP)为氧化剂对烯酮的不对称环氧
化反应中,在室温时便有极好的催化效能和立体选
择性,例如使二苯基查耳酮的不对称环氧化产率达
93%,ee值达83%。

用La2R21b催化此反应时立体
选择性更高(ee值达91%)。

经过对各种缺电子烯
烃的实验得知Ln2R21的催化效能与立体选择性取
决于烯酮本身的结构。

La2R21b2C MHP体系对芳香
取代的烯酮的环氧化催化效能和立体选择性极高,
而Y b2R21b2T BHP体系则对脂肪烃基取代的烯酮的
催化不对称环氧化反应更为有效(表1,entry1—8),
这很可能是由于La与Y b金属离子半径不同及
Lewis酸性不同所致。

Shibasaki[21]认为在催化不对
称环氧化反应中催化剂Ln2R21的低聚结构可能具
・
7
9
7
・
第5期高勇军等　手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃不对称环氧化反应
有重要的作用:在反应过程中一部分Ln 2R 21作为
Br nsted 碱使氢过氧化物脱去质子使其活化;而另一部分Ln 2R 21则作为Lewis 酸使底物活化并控制其反应方向。

Shibasaki 等[21]
还发现,Y b 2R 21b 对脂肪族顺式烯酮的不对称环氧化反应也有较高的催化效能和立体选择性(表1,entry 9—11),而对于芳香族的顺式烯酮则表现出相对低的立体选择性(图2)(表1,entry 12、13),这是由于在环氧化过程中会形成相当数量(高达32%)的反式环氧化物。

利用Y b 2R 21b 对顺式烯酮进行催化不对称环氧化反应所得的环氧化物中β位的碳为S 构型,即形成(αS ,βS )构型的环氧化物,而对于反式烯酮所得的环氧化物为(αS ,βS )构型。

另外Y b 2R 21b 对于三取代烯酮的催化不对称环氧化反应同样具有较高催化效能和立体选择性。

例如对(CH 3)2C CHC OPh 的催化不对称环氧化反应产率为78%,ee 值达87%。

催化剂Y b
2R 21b 中两性的Y b 原子能够控制顺式烯酮和由氢过氧化物所形成的过氧负离子的方向,从而形成顺式环氧
化物,避免了形成反式产物的副反应[24,25]。

图2　顺式烯酮环氧化反应机理[21]
Fig.2　Proposed mechanism for the epoxidation of cis 2enone
[21]
Qian 等
[26,27]
等手性联萘酚配合物对缺电子烯烃
的催化不对称环氧化反应这一领域也作了大量的研究。

他们研究了Ln 2S 21催化剂中萘环上的不同取代基对催化剂本身的催化效能和立体选择性的影响。

研究发现,萘环的3,3′2位的取代基会降低催化剂的立体选择性,而萘环的6,6′2位引入Br 或Ph 取代基后,催化剂会表现出较高的对映选择性(表1,entry 14—17)。

可以认为处于萘环6,6′2位的吸电子基团的诱导效应使配体S 21与Ln 之间产生了一个较为合适的配位环境,从而可以提高不对称诱导效应。

实验证明,6,6′2位的取代基若为甲基,则所形成的催化剂La 2S 21g 的催化效能和立体选择性均下降(表1,entry 18)。

另外还发现芳环取代的烯酮要
比脂肪烃基取代的烯酮不对称环氧化反应的对映体
过量值高[28]
(表1,entry 7)。

为了寻找合成更为理想
的催化剂,Qian 等[26]
还利用其它镧系元素与S 21d 制备了相应的手性联萘酚配合物用于烯酮的催化不对称环氧化反应,结果发现,由Sm 和G d 与1d 所形成的催化剂的催化效能和立体选择性最好(表1,entry 19—21)。

值得注意的是S 21d 配体经回收后与G d 配位后可以再次使用,其催化效能和立体选择性
均保持不变。

Inanaga 小组[29]
在研究不对称Diels 2Alder 反应时发现,向手性钇配合物[Y b 2(R )2(BNP )3]的催化体系中加入一些其他配体,不仅可以增加催化剂的溶解度,而且可以大大增加反应的立体选择性。

这促使该小组向手性联萘酚配合物所催化的烯酮类化合物的不对称环氧化反应体系中加入某些物质,以改善催化剂的催化效能和立体选择性的研究。

他们
考察了Ph 3P O 、(Me 2N )3P O 、(o 2tolyl )3P O 等化合物,结果表明,Ph 3P
O 对于改善手性联萘酚
类催化剂的催化效能和立体选择性具有最佳的效
果。

例如,仅需加入15m ol %Ph 3P O ,反应015h 便可以使La 2R 21a 催化的二苯基查耳酮的不对称环氧化产率达99%,ee 值达96%。

此外,此催化体系还适用于其他各种烯酮底物(表1,entry 22—26),均可得到较高的ee 值
[30]。

Inanaga 等认为Ph 3P O 与
金属原子的配位作用将会产生一种非聚合的催化剂,从而使得环氧化反应发生在La 原子的配位区域。

由于体积庞大的Ph 3P O 配体的空间位阻作
用,使此反应位点十分靠近手性萘环,从而增加了催
化剂的不对称诱导活性。

除了含磷化合物1外,Shibasaki 小组在研究中发现Ph 3As O 也可以起到与Ph 3P
O 相同的作用,并且有的情况下效果更
好。

例如在10m ol %Ph 3As
O 存在下仅需3min 便
可使La 2R 21a 催化的二苯基查耳酮的不对称环氧化
产率达95%,ee 值达97%。

但是增加Ph 3As O 的用量,则会使反应的产率和ee 值都下降,而Ph 3P O 则不出现此种现象,这可能是由于Ph 3As
O 的
碱性比Ph 3P =O 的碱性强的缘故。

研究结果表明,将Ln (O 2i
Pr )3、R 21、Ph 3As
O 按1∶1∶1的比例混合
得到的化合物是对E 式烯酮的环氧化反应最有效
的不对称催化剂[31]
(表1,entry 27—30)。

此催化剂不但可以催化烯酮化合物的不对称环氧化反应,而
且可以对N 2α,β2不饱和酰基咪唑、α,β2不饱和酰
胺、α,β2不饱和羧酸酯的不对称环氧化反应具有较
・
897・化　学　进　展
第19卷
高的催化效能和立体选择性[32]
(表1,entry 32—36)。

现在已经有研究者利用此反应合成了α,β2环氧化酯、α,β2环氧化酰胺、α,β2环氧化醛、γ,δ2环氧化β2酮酯[33—35]。

根据La 2BI NO L 2Ph 3P O (图3)或La 2
BI NO L 2Ph 3As O 的结构
[36]
,在催化反应中,分子中
的La 可以活化底物和氢过氧化物ROOH ,并控制环氧化反应的立体选择性。

另外需要指出的是Ph 3P O 或Ph 3As
O 对其他镧系金属如Sm 、G d 、Y b 、Dy
等与1所形成的催化剂的催化效能和立体选择性同样具有改善作用[31,37,38]。

另外催化剂Sm 2BI NO L 2Ph 3As O (1∶1∶1)对于α,β2不饱和吗啉酰胺的不对称环氧化反应具有极高的对映选择性(ee >
99%)[39]。

但是此类体系用于催化反应活性较低的底物时,由于所形成的催化剂的自分解反应的竞争,使得环氧化反应产率降低。

为解决
这一问题,
Inanaga 小组[40]
考察了Ph 3P O 中苯环上不同取代基对催化剂活性和稳定性的影响,结果发现La 2BI NO L 2(p 2F 2C 6H )3P O 2C MHP 体系具有最好的催化活性和稳定性,可以使二苯基查耳酮的不对称环氧化产率和对映体过量值均达98%,并且适用于其他烯酮。

图3　催化剂La 2BI NO L 2Ph 3P O 的结构
[36]
Fig.3　Proposed structure of La 2BI NO L 2Ph 3P O
[36]
Shibasaki 小组
[41]
在研究中发现,在4!分子筛
存在下,少量水的存在对催化剂Y b 21a 的催化效能和立体选择性也有较大改善,且Y b 与1a 为2∶3时可达最佳的效果(表1,entry 37,38),而La 21a 则不受水的影响。

水对催化剂Y b 21a 立体选择性的改善可以被解释为水分子与Y b 原子的配位作用控制了氢过氧化物的方向,从而形成不对称环氧化反应所需的合适的不对称环境,使催化剂的立体选择性增加,此作用与1b 中羟甲基所起的作用相同。

研究还发现,4!分子筛并非是仅仅作为干燥剂,若反应体系中无分子筛,则几乎无环氧化反应产生。

因此,分子筛被认为是环氧化过程中构成催化循环所必需的。

其所起的作用可看作是它可以从Ln 配合物中除去一部分水从而在金属周围形成不饱和的配位环
境,因此使烯酮与配合物中的金属原子更容易配位,
从而促进环氧化反应的进行。

为了进一步提高由手性联萘酚类化合物催化的
不对称环氧化反应的对映选择性,Qian 等[28]
还研究了反应温度和溶剂的影响。

研究发现,溶剂对反应的对映选择性有较大影响,
溶剂的供电子能力越强,反应的立体选择性越高,所以通过调节溶剂的供电子或吸电子能力可以调节催化剂的活性和对映选择性。

在室温时,四氢呋喃(THF )具有最好的效果,这是由于四氢呋喃(THF )与金属原子进行配位的结果。

当环氧化反应在THF 中进行时,由于THF 很易与镧系元素原子配位,分子状态的催化剂G d 2S 21d 被溶剂化,并因此控制氢过氧化物ROOH 的方向以形成环氧化反应所需的合适的不对称环境(图4)。

图4　在THF 中催化的二苯基查耳酮不对称环氧化反应的催化循环[28]
Fig.4　Proposed catalytic cycle of the catalyzed asymmetric epoxidation of chalcone in THF
[28]
随着对缺电子烯类化合物催化不对称环氧化反
应研究的深入,Shibasaki 小组[42]
提出了手性联萘酚类催化剂催化缺电子烯类不对称环氧化反应的催化过程(图5)。

在此催化过程中,通过质子转移过程(Ⅰ)生成金属过氧化物;然后该过氧化物作为Lewis
酸通过单齿配位作用(Ⅱ
)使底物活化;再通过金属过氧化物的1,42加成反应(Ⅲ
)生成产物;最后该加成产物生成最终的环氧化物,并重新产生催化剂
(Ⅳ)。

・
997・第5期高勇军等　手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃不对称环氧化反应
图5　由Ln 2BI NO L 催化的缺电子烯烃的不对称环氧化反应循环[42]
Fig.5　Proposed catalytic cycle of the catalyzed asymmetric epoxidation of electron 2deficient olefin prom oted by lanthanide 2BI NO L
[42]
为了扩展手性联萘酚类催化剂所适用的底物范围,Shibasaki 小组研究了N 2酰基吡咯的催化不对称环氧化反应,并发展了一种新的催化体系,即Sm
(O 2i Pr )3ΠH 82BI NO L 体系,由Sm (O 2i
Pr )3与5所形成。

研究发现,此类催化剂的立体选择性及催化活性极高,在催化剂的量减为0102m ol %时,仍有极高的对映体过量(～99%)(表1,entry 39)。

实验表明,
以Sm (O 2i
Pr )3ΠH 82BI NO L (
5m ol %)为催化剂,在THF 与甲苯的混合溶剂中,以Ph 3P
O 为添加剂,可以
使3k 的不对称环氧化产率达91%,ee >9915%。

另
外实验还发现水的存在对催化剂Sm (O 2i
Pr )3ΠH 82BI NO L 的催化效能和立体选择性也有较大影响。

当
水的含量小于10ppm 时,可获得最高的产率(100%)和对映选择性(99%)。

由所得的环氧化产物经一系列操作可以使环氧化分子中的吡咯环转化为其他基团,从而形成各种含有羰基的环氧化物,在
合成上具有重要应用[42,43]。

在对手性联萘酚类催化剂的研究过程中,K umaraswamy 等
[44]
突破以往制备此类催化剂时都使
用镧系金属的惯例,首次使用廉价的CaCl 2与3d 的钾盐反应制得了催化剂6。

研究发现该催化剂对α,β2不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应也有一定
的催化效能和立体选择性,在环己烷Π甲苯(9∶1)溶
液中以T BHP 为氧化剂,-10°C 时反应48h 便可对二苯基查耳酮的不对称环氧化反应产率达85%,ee 值达70%。

虽然此催化剂的催化效能和立体选择性不及联萘酚类配体与镧系元素形成的催化剂,但由于制备时所用的CaCl 2廉价易得,且对环境无污染,所以有其应用价值。

例如K umaraswamy 等[45]
便将此类催化剂用于12苯基232邻苯氧基苯基222丙烯酮的不对称环氧化反应,开发出一条合成S 232邻苯氧基苯基丙酸的简单、经济、高效和高产率的合成路
线。

D tz 等[46]
在研究手性联萘酚催化缺电子烯烃环氧化反应时使用了手性联萘酚2二烷基锌催化体系。

实验表明此催化体系对于烯酮的环氧化反应具有较好的对映选择性,例如以乙醚为溶剂,以异丙基苯氢过氧化物(C MHP )为氧化剂,由R 2BI NO L 与E t 2Zn 组成的催化体系可使31的不对称环氧化产率达95%,对映体过量值达80%。

图6　用于制备自负载催化剂的多中心配体[47]
Fig.6　Multitopic ligands employed for the generatoin of self 2supported lanthanum catalysts
[47]
为解决均相催化中手性催化剂难以回收和循环使用,以及不溶性聚合物负载的催化剂活性降低等
问题,中科院上海有机所丁奎岭小组[47]
利用含有多个手性联萘酚单元的多中心配体与金属原子配位,通过自组装制得了单一手性的自负载金属有机聚合物,并将其作为非均相催化剂用于烯酮的不对称环氧化反应。

这些自组装催化剂不仅易于制备,而且
・
008・化　学　进　展
第19卷
表1　由手性联萘酚及其衍生物所产生的催化剂对缺电子烯烃的催化不对称环氧化反应T able 1　Asymmetric epoxidation of electron 2deficient olefins catalyzed by catalyst derived from chiral 1,1′2bi 2naphthol and its
derivatives
entry sub.　catalyst
(m ol %)oxidant additive
(m ol %)reaction time (h )yield (%)ee (%)ref.
　entry sub.　catalyst
(m ol %)oxidant additive (m ol %)reaction time (h )yield (%)ee (%)ref.　13a La 2R 21a (5)C MHP 693832123a La 2R 21b (5)
C MHP 793912133b La 2R 21a (5)C MHP 1293862143b La 2R 21b (5)C MHP 795942153c Y b 2R 21b (5)T BHP 9683942163d Y b 2R 21b (8)T BHP 159********e Y b 2R 21b (8)T BHP
11891882183f
Y b 2R 21b (10)T BHP
6771912194a Y b 2R 21b (10)T BHP 72749424104b Y b 2R 21b (10)T BHP 146789324114c Y b 2R 21b (10)T BHP 127809624124d Y b 2R 21b (10)T BHP 81608224134e Y b 2R 21b (10)T BHP 10518824143a La 2S 21c (5)C MHP 8939226153a La 2S 21d (5)C MHP 8918626163a La 2S 21e (5)C MHP 865826173a La 2S 21f (5)C MHP 8331426183a La 2S 21g (5)C MHP 8817526193a Sm 2S 21c (5)C MHP 8899026203a Sm 2S 21d (5)C MHP 8939026213a G d 2S 21d (5)C MHP 8
959526223a La 2R 21a (5)T BHP Ph 3P O 015999630233c La 2R 21a (5)T BHP Ph 3P O 6929330243d La 2R 21a (5)T BHP Ph 3P O 12679630253b La 2R 21a (5)T BHP Ph 3P O 1899330263e La 2R 21a (5)T BHP Ph 3P O
92
8730273a La 2R 21a 2
Ph 3P O (1)T BHP 012599961928
3c La 2R 21a 2
Ph 3P O (5)
T BHP
6
92
>99
31
293e La 2R 21a 2Ph 3P O (5)T BHP 115989231303f La 2R 21a 2Ph 3P O (5)
T BHP
115899531313g La 2S 21a 2Ph 3As O (20)T BHP
4859032323h La 2S 21a 2Ph 3As O (20)T BHP
4869132333i La 2S 21a 2Ph 3As O (20)T BHP
1919432343j La 2S 21a 2Ph 3As O (10)T BHP
489397
32
353j Sm 2S 21a 2Ph 3As O T BHP 897991432363j Dy 2S 21a 2Ph 3As O
T BHP
8
949832373a Y b 2R 21a (Y b ∶1a =2∶3)T BHP
H 2O 1998141383c Y b 2R 21a (Y b ∶1a =2∶3)T BHP H 2O 139********k Sm 2R 25T BHP Ph 3As O 115949942403a La 27C MHP Ph 3P O 20969854413a La 27T BHP Ph 3P O 20978354423c La 27T BHP Ph 3P O 188********c La 28T BHP Ph 3P O
22
698854443a R 29O 2　E t 2Zn 417160453a R 29O 2　E t 2Zn 995060463a R 210T BHP E t 2Zn 595746047
3b R 210
T BHP
E t 2Zn
315
94
81
60
结构稳定,催化活性单元的密度高,回收简单。

实验表明,此类催化剂的对映选择性与多中心配体中的连接臂的长度及空间伸展方向等几何特征有关。

减小两手性单元之间的连接臂的长度将使催化剂的对映选择性下降(例如图6中a 优于b ,c ,d ),而且连接手性单元的连接臂之间的夹角越小,催化剂的对
映选择性越差(例如图6中a 优于f ,g ;d 优于e )。

图6中h 和i 由于具有较长的连接臂而且连接臂之间有较大的夹角,相应的自负载催化剂表现有较高的对映选择性(9115%—95%ee )。

这可能是由于桥联基团的结构变化改变了配体的超分子结构,从而影响了催化剂的对映选择性。

・
108・第5期高勇军等　手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃不对称环氧化反应
212　手性联萘酚类大分子催化剂
手性试剂往往非常昂贵,而小分子试剂又常常
难于回收,会造成很大浪费。

近年来在有机合成领域中聚合物支载技术应用越来越广。

由于聚合物支载的催化剂可以通过简单的过滤便可以将催化剂回收,并可再生循环利用,所以不论从经济角度还是从环保角度考虑,聚合物支载技术在催化不对称合成
领域都应得到普遍推广[48]。

现在有许多研究小组
将手性联萘酚类配体支载到各种聚合物上[49—51]
,以及用手性联萘酚为单体通过一些聚合反应,制备高分子联萘酚类配体[52]。

2003年Jayaprakash 等[53]
报道了以聚合物支载的手性联萘酚7、8与La 、Y b 形成的催化剂对α,β2不饱和羰基化合物的催化不对称环氧化反应。

以Ph 3P O 为添加剂,T BHP 或C MHP 为氧化剂,对3a 和3c 的不对称环氧化产率和ee 值达90%以上,并且催化剂经回收后仍可以再次利用,但需要再补加Ph 3P
O ,这是由于Ph 3P
O 在回收催化剂过程中
被洗掉了,所以需补加。

Ph 3
P
O 和Ph 3As
O 之所以可以改善催化剂性能,是因为Ph 3P
O 或
Ph 3As
O 与镧系元素原子牢牢地成键,使得这种低聚物易解聚成为一种高催化活性的单体化合物,而
此单体化合物能够从立体空间上限制活性位点,因此会使反应的立体选择性增加(表1,entry 40—43)。

虽然由聚合物支载的高分子手性联萘酚类催化剂由于其难溶而易于从反应体系分离并被重新使用,但是人们也发现了这类催化剂的一些缺点,例如在固液相界面上反应速率较慢和难以有效利用聚合
物载体上的联萘酚单元等[54]。

因此,科学工作者又将注意力转到利用可溶性的大分子为载体,设计合
成用于“均相催化2两相分离”的支载型手性催化剂,因为这类催化剂同时兼备液相化学与固相化学的双重优点
[55,56]。

2005年,K umaraswamy 等
[57]
将手性联
萘酚配体上连上一可溶性的长链聚合物,然后与CaCl 2在碱性条件下制得了对烯酮类化合物的不对
称环氧化反应具有催化活性的9。

在0℃时以10m ol %的9为催化剂,反应24h 对二苯基查耳酮
的环氧化反应所得环氧化产物产率为92%,ee 值为45%,且循环使用3次后立体选择性及催化活性不
降低。

他们还对其他一些烯酮底物进行了实验,结
果表明,此催化剂的立体选择性均不太高(ee <50%),但由于此催化剂所采用的CaCl 2为廉价易得且对环境无污染的物质,故此类催化剂有其应用前景,研究者正在努力提高其对映选择性。

研究中人们还发现,聚合物支载的手性催化剂的催化点随机取向,不能系统地改变以得到预期的催化活性和立体选择性,不利于催化剂的设计和改进
[58]。

因此,又有研究小组利用手性联萘酚及其衍
生物合成了许多具有主链手性的共轭聚合物10、11、12、13
[59,60]。

1999年,Pu 小组
[60]
将10用于烯酮
的不对称环氧反应,最初的研究是利用O 2为氧化剂在Et 2Zn 存在下用10来催化烯酮的不对称环氧化反应(entry 44,45)。

但是此反应不能同时得到高的产率和对映体过量;增加Et 2Zn 的量,会使产率增加但是会导致ee 值下降。

为了改善催化体系,Pu 小组利用T BHP 为氧化剂来代替O 2,在5m ol %R 210和10m ol %Et 2Zn 存在下,在CH 2Cl 2溶剂中,0℃时,
・
208・化　学　进　展
第19卷
二苯基查耳酮的不对称环氧化产率达95%,但是所
得的对映体过量值ee仅为28%。

为了提高反应的对映选择性,Pu小组又合成了聚合物11,研究发现11与Et2Zn所形成的催化体系的催化效能和对映选择性均比10好(表1,entry46,47)。

为了研究化合物11可以取得高的产率和对映体过量的原因,Pu 小组对化合物12与11做了比较,并利用形成11的单体化合物14与11做比较。

结果发现单体化合物14及12的催化效能和对映选择性均不如11,原因是11在反应过程中可与Et
2
Zn生成15,化合物15中的共轭效应会改变催化链和聚合链的立体构成,相邻的催化活性点的相互作用大大增加了催化剂的活性和对映选择性,而12和14分子中则无此作用,催化活性点只能单独发挥作用。

这一发现对我们研究和设计新型高效的、对映选择性较高的聚合物催化剂有指导意义[60]。

最近,D tz等[61]又对此反应条
件进行了优化,即在Et
2
O溶剂中,0℃条件下,以C MHP为氧化剂,可使烯酮的不对称环氧化反应的ee值达96%。

另外Pu小组[59]还研究了在Shibasaki 小组所发展的烯酮催化不对称环氧化反应条件下,将10、11、12、13分别作为配体与La或Y b配位生成催化剂催化烯酮的环氧化反应,得到中等的产率和对映选择性。

3　结束语
综上所述,1,1′2联222萘酚及其衍生物,由于其特有的立体化学性质,是很优异的一种C
2
轴对称手性诱导源,在不饱和羰基化合物的催化不对称环氧化反应中显示出良好的催化活性和对映选择性,在不对称有机合成中发挥着重要作用。

另外通过对1,1′2联222萘酚及其衍生物的结构特点与不对称诱导活性的研究,为设计和制备新型、高效且对环境友好的不对称催化剂具有重要的指导意义。

参考文献
[1]吴毓林(Wu YL),麻生明(M a S M),戴立信(Dai L X).现
代有机合成化学进展(Advances in C ontem porary Organic
Synthesis).北京:化学工业出版社(Bejing:Chemical Industry
Press),2005.174
[2]李裕林(Li YL),李静(Li J).合成化学(Chin.J.Synth.
Chem.),1998,6:255—264
[3]K atsuki T,Sharpless K B.J.Am.Chem.S oc.,1980,102:
5974—5976
[4]G ao Y,K lunder J M,Hans on R M,M asamune H,K o S Y,
Sharpless K B.J.Am.Chem.S oc.,1987,109:5765—5780
[5]M eunier B.Chem.Rev.,1992,92:1411—1456
[6]M cG arrigle E M,G ilheany D G.Chem.Rev.,2005,105:
1563—1602
[7]王春(W ang C),吴秋华(Wu Q H),杨丽华(Y ang L H)等.有
机化学(.Chem.),2004,24(4):380—385 [8]Y ang D,Y ip Y C,T ang M W,W ong M K,Zheng J H,Cheung
K K.J.Am.Chem.S oc.,1996,118:491—492
[9]Shi Y.Acc.Chem.Res.,2004,37:488—496
[10]Y ang D.Acc.Chem.Res.,2004,37:497—505
[11]Wu X Y,She X G,Shi Y.J.Am.Chem.S oc.,2002,124:
8792—8793
[12]W ong M K,H o L M,Zheng Y S,H o C Y,Y ang .Lett.,
2001,3:2587—2590
[13]Page P C B,Rassias G A,Barros D,Bethell D,Schilling M B.
J.Chem.S oc.,Perkin T rans.1,2000,19:3325—3334
[14]Page P C B,Rassias G A,Barros D,Ardakani A,Buckley B,
Bethell D,Smith T A D,S lawin A M .Chem.,2001,
66:6926—6931
[15]Lacour J,M onchaud D,M ars ol C.T etrahedron Lett.,2002,43:
8257—8260
[16]Berkessel A,Frauenkron M.T etrahedron:Asymmetry,1996,7:
671—672
[17]Shibasaki M,Sasai H,Arai T.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,
1997,36:1236—1256
[18]Carde L,Davies D H,R oberts S M.J.Chem.S oc.,Perkin
T rans.1,2000,15:2455—2463
[19]Laurent C.T etrahedron:Asymmetry,2001,12:2359—2383
[20]P orter M J,Skidm ore J.Chem.C ommun.,2000,1215—1225
・
3
8
・
第5期高勇军等　手性联萘酚配合物催化的缺电子烯烃不对称环氧化反应。