过渡金属催化的不对称氢化反应的国内研究进展

手性过渡金属催化剂催化的不对称氢化反应是制备光学纯手性氨基酸、 手性醇、 手性胺和手性酸等手性化合物的重要手段和途径. 本文主要概括了近20年内中国科学家在手性膦配体及其过渡金属催化剂的设计合成及不对称催化氢化新反应两方面的研究进展, 并展望了该领域的发展前景.     

神奇的手性螺环配体

过渡金属参与的不对称催化反应是有机合成化学研究的前沿和热点. 寻找和发现新颖配体骨架并开展新型高效的手性配体及催化剂的设计合成是不对称催化反应研究的核心内容. 从20世纪90年代,特别是进入21世纪以来,螺环骨架手性配体受到了广泛的关注,并逐渐发展成为特色鲜明的手性配体类别. 手性螺环配体的骨架已由多手性的螺[4.4]壬烷骨架发展到只具有单一手性的螺二氢茚和螺[4.4]壬二烯等螺环骨架类型,形成了包括手性螺环单磷配体、双膦配体、膦氮配体、双氮配体等丰富的手性配体库. 这些手性螺环配体及其催化剂不仅在不对称催化氢化、不对称碳―碳键形成、不对称碳―杂原子键形成等多种类型的不对称催化反应中均表现出优异的催化活性和对映选择性,且使得许多原先难以控制对映选择性的不对称催化反应变得可能. 而今,手性螺环结构已成为“优势结构”,相应的手性螺环配体及其催化剂已被国内外同行广泛采用. 手性螺环配体的兴起为手性催化剂研究增加了活力,极大地促进了不对称合成化学的发展. 今后,手性螺环配体的研究除了将向新型、高效、高选择性手性配体及催化剂方向发展外,将其应用于新的不对称催化反应的对映选择性控制、以及应用于手性天然产物和药物的高效不对称合成将成为新的研究热点.     

手性二烯作为“配体”的无金属不对称氢化反应

不对称催化氢化反应通常需要过渡金属参与,直到最近几年"Frustrated Lewis Pairs(FLPs)"概念的提出及其能够实现氢气活化,为发展无金属参与的不对称氢化反应提供了机遇.但由于光学纯的FLP催化剂难以制备,目前其在不对称催化氢化反应中的应用非常少,发展高对映选择性的非金属催化的氢化反应仍十分具有挑战性.中国科学院化学研究所杜海峰等基于手性烯烃作为"酉己体"的新策略,利用烯烃的原位硼氢化反应,发展了新颖的手性FLP     

亚胺的不对称催化氢化研究进展

手性胺化合物是重要的有机合成中间体,在农药、医药及精细化学品合成中有着广泛的应用,而通过亚胺的不对称催化氢化是获得手性胺化合物最直接、最高效的方法之一.近二十年来,亚胺的不对称催化氢化取得了重大进展.各种高活性、高立体选择性的手性配体和催化剂被设计并合成出来,各种新的不对称催化方法和策略被发展并得到成功应用,各种特殊及挑战性亚胺底物的氢化取得重要突破.然而亚胺的不对称催化氢化反应依然存在着诸如反应活性低、底物范围窄、反应条件苛刻、催化剂不易回收等问题.因此,发展更加高效、高选择性、环境友好的不对称氢化方法,是未来亚胺的不对称催化氢化发展的方向.从亚胺的类型入手,就环状和非环状的亚胺的不对称催化氢化反应的研究进展进行综述.     

手性螺环配体及催化剂在不对称催化反应中的应用研究进展

金属参与的不对称催化反应是制备光学活性化合物的重要途径之一, 其中新型手性配体的设计合成一直是不对称催化领域中十分关键且富有挑战性的课题. 从20世纪90年代末开始, 化学家们尝试在手性配体中引入螺环结构, 创造性地发展了螺[4.4]壬烷骨架、 螺双二氢茚骨架、 螺[4.4]壬二烯骨架和螺二色满骨架等手性螺环单齿配体, 多齿配体及其催化剂, 并成功应用于不对称催化氢化、 不对称碳碳键形成或碳杂键形成等不对称转化反应中, 合成了众多富有价值的手性产品, 有力地推动了不对称催化反应的工业应用化进程. 本文综合评述了手性螺环配体的早期发现、 发展历程以及近期的研究成果, 介绍了螺环配体在药物及天然产物中的应用研究进展, 并对手性螺环结构的小分子催化剂的研究进展进行叙述和说明.     

碳水化合物含磷配体在不对称催化中的应用*

糖类化合物价廉易得,具有天然手性结构,糖环上的多个羟基经过修饰,可以连接多种官能团。近年来手性糖类化合物的合成与应用研究引起了人们的广泛关注,尤其是在不对称合成和催化中的应用研究已成为有机化学中非常活跃的领域。碳水化合物含磷手性配体在不对称催化反应中的应用研究进展十分迅速,本文综述了近年来碳水化合物含磷手性配体与金属形成络合物作为催化剂,在不对称催化氢化、不对称烯丙位取代和不对称氢甲酰化等反应中的研究进展。     

手性胺膦配体在不对称催化中的应用

利用邻二苯基膦苯甲醛分别与多种手性二胺的缩合反应,设计合成了一系列新型手性四齿胺膦配体.这类多齿胺膦配体含有两个软的磷原子和两个硬的氮原子,具有丰富的配位化学性能和优秀的不对称诱导能力.本文综述了手性胺膦金属络合物催化剂在不对称转移氢化反应、氧化动力学拆分反应、烯烃的不对称环氧化反应和不对称环丙烷化反应、不对称D-A反应中的应用.     

酯的均相催化氢化研究进展

酯的均相催化氢化是合成醇的重要方法,在精细化学品生产中有重要用途.用氢气还原酯是绿色、原子经济和可持续的化学转化方法.尽管仍然存在巨大的挑战,酯的均相催化氢化研究在过去十年里取得了令人瞩目的进展,出现了许多过渡金属催化剂,其中包括钌、锇、铱等贵金属催化剂,以及铁、钴和锰等丰产金属催化剂.金属催化剂中的配体也得到了极大的拓展,出现了包括二乙胺和吡啶等为骨架的系列三齿钳形配体,具有联吡啶和吡啶骨架的四齿配体,以及双胺、胺基膦、吡啶胺和胺卡宾等类型的双齿配体.酯均相催化氢化的效率也得到了显著的提高,催化氢化乙酸乙酯和苯甲酸乙酯等标准底物的转化数最高可达到90000.酯的不对称催化氢化合成手性伯醇也取得了突破,酮酸酯、消旋δ-羟基酯和α-芳基/烷基取代内酯的不对称催化氢化为光学活性手性二醇的合成提供了高效新方法.本论文主要从酯氢化中配体和催化剂的发展以及酯的不对称催化氢化两个方面综述酯的均相催化氢化近年来所取得的研究进展.     

铜催化α-重氮酮对硼氢键的不对称插入反应

手性有机硼化合物在有机合成、医药、材料等诸多领域中有广泛的应用,发展该类化合物的高效合成方法一直广受关注.此前,我们发展了过渡金属催化卡宾对硼氢键(B—H)的插入反应,并实现了α-重氮酯对B—H键的不对称插入反应.本文以手性螺环双噁唑啉配体和铜的络合物作为催化剂,首次实现了α-重氮酮对膦-硼烷加合物的B—H键不对称插入反应,获得了较高的收率和高达83%ee的对映选择性.该研究成果是为数不多的以α-重氮酮作为卡宾前体的不对称杂原子氢键插入反应,为手性α-硼取代酮化合物这类新的有机硼化合物的合成提供了有效方法.     

新型手性螺环双酚的合成及其拆分研究

含手性配体的过渡金属络合物是不对称催化反应中的一类重要催化剂,手性配体的设计合成是不对称催化研究的关键,我们实验室一直致力于新型手性配体骨架结构的设计合成.最近,我们报道了一类螺二氢茚手性骨架结构,发现含螺二氢茚骨架的手性单膦和双膦配体在不对称催化氢化等反应中具有极高的催化活性和对映选择性.为了研究另一类手性螺环骨架结构--螺二芴,我们设计合成了螺环双酚1.在螺环双酚化合物1的合成中,我们采用了连续关环的策略,这不仅克服了构筑螺二芴结构经典方法产率底的弊端[1],而且也使得合成路线大为缩短.接着,我们对螺环双酚1进行了拆分研究,发现酒石酸二酰胺可以选择性地与螺环双酚1的一个对映异构体形成包结络合物[2].通过包结络合物的单晶结构分析,我们还对拆分机制进行了初步探讨.对映体纯螺环双酚化合物1的合成为研究以螺二芴为骨架的手性配体奠定了的基础,有关这类配体的合成及其在不对称催化反应中的应用研究正在进行中.     

过渡金属/磷配体催化不对称氢化反应研究进展

正手性过渡金属配合物催化的不对称氢化是合成手性药物、农药和精细化工中间体的重要方法.到目前为止,已经有一些过渡金属/配体配合物催化的不对称氢化反应得到工业化应用,典型的实例如孟山都公司采用手性双齿膦配体DIPAMP生产L     

Synthesis of New Chiral Phosphine Ligands and Their Application in Asymmetric Hydrogenation of Ketones

The design of new chiral ligands is the key in the development of transition metal catalyzed asymmetric synthesis. Many chiral diphosphine ligands have been prepared and applied in asymmetric catalytic reactions with excellent enantioselectivities. Among the chiral diphosphine ligands that have been reported, the atropisomeric C2-symmetric phosphines with a biaryl scaffold initiated by Noyori and co-workers with BINAP were found to have the widest application in the transition metal catalyze…     

Spiro Skeletons: A Class of Privileged Structure for Chiral Ligand Design

This Focus Review highlights the exciting results obtained in the area of asymmetric catalysis using spirobiindane‐ or spirobifluorene‐based chiral ligands. The spiro, mono, and bidentate ligands have been successfully applied in a wide range of transition‐metal‐catalyzed asymmetric reactions, including hydrogenations, carbon–carbon and carbon–heteroatom coupling reactions, with superior or comparable enantioselectivities to those obtained by using the related ligands bearing other backbones, thus proving that the spiro skeleton is a type of privileged structure for chiral ligand design. It is expected that the spiro concept for chiral ligand design will stimulate the future efforts to understand the features that account for their broad applicability and to apply this understanding to seek new privileged chiral ligands and catalysts.     

手性胺-质子酸催化剂在有机催化不对称合成中的应用

手性胺-质子酸是近年来发展起来的新型高效、高对映选择性的有机催化体系, 已成功应用于催化不对称Aldol反应、Michael加成反应、Diels-Alder反应和Strecker反应等许多重要的有机合成反应. 价廉易得的质子酸的引入不仅可促进活性中间体烯胺的生成, 并可通过形成的氢键稳定反应的过渡态, 从而显著提高该催化体系的催化活性和立体选择性. 对各类手性胺-质子酸催化剂在有机催化不对称合成反应中的应用、不对称诱导反应的机理、手性胺和质子酸的分子结构对其催化活性和不对称诱导活性的影响进行了评述.     

手性羰基铁体系催化酮的不对称氢转移氢化

手性羰基铁络合物很少被用于芳香酮的不对称氢转移氢化.利用不同的羰基铁络合物与手性双胺双膦配体现场络合,形成手性胺膦铁催化体系.考察了它们对多种芳香酮的不对称氢转移催化氢化性能.结果表明,三核的手性胺膦铁簇合物是催化芳香酮不对称氢转移氢化的较好体系.当用三核的铁簇合物[Et₃NH]⁺[HFe₃(CO)₁₁]^-体系催化1,1-二苯基丙酮的氢化时,最高可获得98%的对映选择性.通过现场红外光谱测定,揣测羰基铁簇合物Fe₃(CO)₁₂在催化反应过程中保持三核的簇合物的簇骼不变.     

从碳中心到硅中心:手性螺环双膦配体研究的发展

手性螺环配体和催化剂已被公认是一类优势手性配体和催化剂。手性螺环配体的相关研究，促进了不对称催化领域的发展。根据螺环骨架类型进行分类，分别讨论具有螺[4.4]壬烷骨架、螺二氢茚骨架、螺[4.4]壬二烯骨架以及螺二色烷骨架的手性螺环双膦配体的合成及在不对称催化反应中的应用，为今后发展新的不对称催化体系提供了重要参考。     

Chiral phosphine-phosphoramidite ligands in asymmetric catalysis

Chiral phosphine-phosphoramidite ligands, featuring ready availability, easy modification, and stability towards air and moisture, have recently emerged as a new kind of robust ligands for asymmetric catalysis. They have been found to display wide utilities in various catalytic asymmetric reactions, giving excellent enantioselectivities in the Rh-, Ru-, and Ir-catalyzed asymmetric hydrogenation of C?C, C?O, and C?N double bonds; Rh-catalyzed asymmetric hydroformylation; Pd-catalyzed asymmetric hydrophosphorylation; Pd-catalyzed asymmetric allylic alkylation; Ag-catalyzed asymmetric [3 + 2] cycloaddition; and Cu-catalyzed conjugate addition and reduction. In this review, the progress on the development of chiral phosphine-phosphoramidite ligands in asymmetric catalysis has been summarized.     

Asymmetric Borohydride Reduction of Acetophenone Catalyzed by Chiral Salen-Co(Ⅱ) Complex Using Sodium Borohydride

Development of efficient catalytic asymmetric reactions is the most challenging task in current synthetic chemistry; much effort has been devoted to create the chiral metal complexes of asymmetric catalysis. In the last two decades' many brand-new ligands had been synthesized and their combination with various metal ions has been applied in asymmetric catalysis. However, most ligands have only narrow applications and their use is limited to some reactions. Exceptionally, a few ligands and their metal complexes such as binaphthol, semicollin,and binap show wide applicability. Chiral salen ligand is one of such ligands and their metal complexes are now used as the catalysts for a variety of asymmetric reactions such as epoxidation^[1], aziridination^[2], cyclopropanation^[3], Diels-Alder reaction^[4], asymmetric transfer hydrogenation of aromatic ketones^[5] and kinetic resolution of racemic epoxides^[6] and so on.     

手性二胺的合成及其在催化不对称反应中的应用

手性二胺作为具有良好催化活性和对映选择性的手性配体或手性辅助剂, 在多种催化不对称反应中已经得到广泛应用, 并取到了很好的研究成果. 目前, 手性二胺化学的研究已成为催化不对称化学领域中一个十分活跃和引人注目的研究热点. 综述了手性二胺化学近几年的研究进展.