光学活性环氧化物的酶催化合成

光学活性环氧化物的酶催化合成①夏仕文尉迟力沈润南李树本②（中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室，兰州７３００００）关键词光学活性环氧化物酶催化不对称合成动力学拆分１前言光学活性环氧化物含有两个手性碳，通过选择性开环和官能团转换...     

表面上和纳米孔道内以及乳液中的手性催化

多相手性催化是合成手性化合物的有效途径之一,开发高活性、高选择性的多相手性催化剂并应用于不对称催化反应是兼具基础科学和应用科学背景的重要研究方向. 本文综述了近年来具有代表性的固体表面上、纳米孔道内以及手性乳液体系中的多相手性催化研究进展,着重对本实验室近年来在该领域中的探索研究进行了介绍,涉及的重要手性催化反应包括氢化、氢转移、氢甲酰化、环氧化、环氧化物水解动力学拆分、Aldol反应和Diels-Alder反应等. 我们的研究表明,手性修饰纳米粒子催化剂上的手性氢化反应可以获得95% ee以上的手性选择性以及高达 20 000 h-1 的TOF, 手性氢甲酰化反应得到90% ee的手性选择性;在手性催化剂组装的乳液体系中,催化不对称Aldol反应获得高达99% ee的手性选择性,催化活性得到显著提升,乳液氢转移反应的TOF可达3×105 h-1;在纳米孔中多个手性环氧化反应的例子显示出孔道效应能够显著提高手性选择性,并发现在纳米反应器中的环氧化物水解动力学拆分反应显示出催化剂协同活化效应,使催化反应的活性大幅度提高. 本文还讨论了表面、界面上以及孔道中的催化剂组装、孔道限阈以及多中心协同效应等因素对多相手性催化反应性能的影响.     

手性Salen配合物水解拆分环氧氯丙烷的动力学

在立体控制合成有机化合物方面,环氧化合物是一类极有价值的中间体,其中以外消旋混合物形式存在的端基环氧化合物因其价廉易得更是备受关注. 在试图获得高光学纯形式环氧化物的研究中,Jacobsen等[1]对消旋的端基环氧化物的水解动力学拆分(HKR)反应,取得了令人鼓舞的结果,获得了高立体选择性和高产率的手性环氧化物(Y=44%,e.e.＞98%)和1,2-二醇化合物(Y=50%,e.e.=98%). 在该项研究中,水是唯一的试剂,手性Salen-CoⅢ显示出良好的催化性能,并得到反应速率与催化剂浓度的平方成正比的反应动力学结果. Jacobsen等[2]又将手性Salen-CoⅢ催化剂固载于聚苯乙烯树脂和硅胶上,用于催化HKR反应,产物的对映选择性又获得进一步提高(Y=41%,e.e.=99%);他们提出了与Salen-CrⅢ配合物催化TMSN3(三甲基叠氮基硅烷)开环环氧化物相似的双金属协同作用机理[3]. 近年来,Salen金属催化的HKR反应广泛地用于高光学纯药物中间体和天然产物的制备. 首先,Jacobsen等[4,5]成功地利用HKR反应高选择性地制备合成出多种β-肾上腺素的关键中间体,并完成了天然产物Muconin的首次全合成. 随后,Gurjar等[6]和Gandour等[7]也通过HKR反应合成了一些在天然产物及药物分子不对称合成中有广泛应用的中间体. 在国内,上海有机化学所的戴立信等[8]利用HKR反应成功地合成了三种β-肾上腺素的构建模块. 吴毓林等[9,10]则通过HKR反应完成了天然番茄枝内酯类化合物4-Deoxyannomontacin的全合成. 所有这些工作,或是重在提高产物的对映体过量及催化剂的活性,或是重在HKR反应在天然产物及药物化学合成中的应用. 由于对外消旋环氧化物的水解拆分反应机理缺乏详细的研究,从而限制了对新型催化剂的开发及对现有催化剂的改进. 本文以各类手性Salen金属配合物为催化剂,通过对水解拆分环氧氯丙烷反应动力学的研究,考察了浓度、温度、催化剂种类对HKR反应的影响,得到一些反应动力学规律;根据动力学实验数据,进一步证实了环氧氯丙烷的水解拆分反应属于双金属催化的过程.     

手性催化的环氧化物立体选择性开环反应

手性催化的环氧化物立体选择性开环反应可以用来制备多种具光学活性的化合物, 因而成为有机合成中极为重要的方法之一. 多种亲核试剂都已成功应用于此类反应. 综述了近十年来环氧化物的立体选择性开环反应方面的一些最新研究进展.     

手性（Salen)CO催化的末端环氧化合物水解动力学拆对反应在手性药物合成中的应用

用手性(Salen)Co催化剂催化的外消旋末端环氧化合物的水解动力学拆分反应 所得的手性末端环氧化合物和各种取代的胺和烷氧负离子反应，可得到光学纯的β -胺基醇和β-烷氧基醇类化合物，这两类化合物是重要的生物活性分子．此方法应 用到手性药物T-588(治疗老年痴呆症药)和盐酸左旋沙丁胺醇(治疗哮喘药)的全合 成．     

含α-氨基酸功能基的聚苯乙烯-二乙烯苯不对称树脂的合成

为了应用配位体离子交换树脂拆分外消旋混合物,由氯甲基化苯乙烯-二乙烯苯共聚物经苯胺树脂中间体或相转移催化剂与各种光学活性的α-氨基酸进行胺缩合反应,可以得到含有α-氨基酸功能基的不对称离子交换树脂。红外光谱分析证实了这类树脂的结构。这类胺缩合反应受到各种条件和因素的影响,例如溶剂的性质,催化剂的用量,反应温度和反应时间等。采用上述两种方法合成的含L-脯氨酸功能基的不对称树脂的Cu(Ⅱ)络合物对DL-脯氨酸进行了拆分。     

联苯二酚的手性拆分及相转移催化不对称烷基化研究

手性相转移催化剂在手性药物、天然产物核心结构、手性功能分子构建中起着极其重要的作用,因此近年来备受关注.以廉价易得的(R)-α-甲氧基苯乙酸为拆分剂与联苯衍生物进行酯化反应,成功地对联苯衍生物骨架进行了手性拆分,并基于拆分的光学纯C2轴手性联苯刚性骨架,构建了系列新型联苯类相转移催化剂.对该系列相转移催化剂进行不对称催化烷基化反应,产率高达97%,对映体选择性高达96%.对催化剂进行构效关系研究发现,对2位和2'位的羟基进行甲基化有利于催化反应的选择性,3位和3'位引入叔丁基不利于反应的选择性.催化剂经过结构优化后,在5位和5'位引入3,4,5-三氟苯基和3,5-双(三氟甲基)苯基都显示出较好的反应活性和选择性.     

手性Mn(Ⅲ)-Salen配合物催化的2-芳基环烷醇的高对映选择性氧化动力学拆分

本文发展了一种通过氧化动力学拆分获得光学活性2-芳基环烷醇的方法:该体系以N-溴代丁二酰亚胺为氧化剂,简单易得的手性Mn(Ⅲ)-salen配合物(0.5 mol%)为催化剂.该方法底物适用性广、具有高度的立体控制且易于进行克级规模的反应,为光学活性2-芳基环烷醇类化合物的合成提供了一种高效、实用的方法.     

胺类拆分剂从水溶液中拆分外消旋有机酸的研究

具有光学活性的化学物质目前已在药物、食品、饮料、农药等领域得到了广泛的应用,需求日益增长,但化学合成的产物多为无活性的外消旋体(混合物、化合物或固体溶液),要从中得到单一对映体必须进行拆分,非对映体盐结晶法是目前工业应用最广泛的一种拆分技术,其原理是采用一种光学活性物质与外消旋体反应生成一对非对映立体异构体,依据两者在特定溶剂中的溶解度差异实现拆分.该技术尤其适合于外消旋的有机酸、有机碱的拆分,有关这方面拆分实例的报道较多[1～3].但迄今为止,还没有该技术系统的规律性研究报道.本文以若干外消旋有机酸为对象,试图通过以水为溶剂的拆分实验研究,探讨有机酸拆分过程的特性,从而为非对映体盐结晶拆分技术规律性的研究及外消旋有机酸拆分过程工业化的实施创造条件.     

苯乙烯及其衍生物的生物氨羟化反应用于β-氨基醇的高效合成（英文）

氨基醇是非常重要的手性砌块,广泛用于药物、天然产物、氨基酸及其手性助剂的合成.迄今为止,超过300000种含有此类结构单元的化合物已被报道,其中包括2000多种天然产物、80多种已获批准的药物以及超过100种候选药物.鉴于β-氨基醇的重要作用,对映选择性高效合成β-氨基醇具有非常重大的意义.过去几十年,研究人员一直致力于β-氨基醇高效合成方法的开发.其中,通过利用过量的胺作为胺供体直接与环氧化物进行氨解反应,是合成β-氨基醇最为实用和认可的方法之一.此外,科学家也开发了使用各种路易斯酸或在不同有机溶剂中反应的化学法来提高环氧化物氨解反应的效率.然而,这些方法普遍存在反应温度高、催化剂用量大、催化剂对水敏感以及有机溶剂危害大等缺陷.为了解决这些问题,研究人员进一步开发出了水溶液体系中不依赖催化剂的环氧化物氨解反应,用于氨基醇高效合成.但该方法仍然需要以高反应活性的环氧化物作为起始原料,导致其在选择性控制和后期应用方面存在一定的问题.此外,环氧化物(尤其是手性环氧化物)难以制备,通常需要金属催化剂在苛刻的反应条件下进行.相比之下,以廉价易得的烯烃作为底物,通过Sharpless不对称胺羟化...     

Regio- and stereoselective synthesis of aziridino epoxides from cyclic dienes

Two different routes for the regio- and stereoselective synthesis of aziridino epoxides from cyclic dienes have been explored. The first strategy involves regiospecific aziridination of cyclic diene derivatives and subsequent epoxidation with m-CPBA to yield cis-aziridino epoxides as major products. The second strategy utilizes regiospecific epoxidation of cyclic diene derivatives followed by Sharpless aziridination to provide exclusively trans-aziridino epoxides. Synthesis of both enantiomers of cis-aziridino epoxides from (R)-(-)- and (S)-(+)-carvones are also reported.     

Conversion of epoxides to 1,3-dioxolanes catalyzed by tin(II) chloride

Anhydrous tin(II) chloride is an efficient catalyst for the reaction of epoxides with acetone to prepare 2,2-dimethyl-1,3-dioxolanes (acetonides) in good to excellent yields. Mono-, di-, and trisubstituted epoxides participate equally well in this diastereospecific reaction. The use of single enantiomer epoxides under the reported conditions results in significant erosion of optical activity.     

Investigation of the catalytic activity of an electron-deficient vanadium(IV) tetraphenylporphyrin: A new, highly efficient and reusable catalyst for ring-opening of epoxides

In this work, the catalytic activity of high-valent tetraphenylporphyrinatovanadium(IV) trifluoromethanesulfonate, [V^IV(TPP)(OTf)₂], in the nucleophilic ring-opening of epoxides is reported. This new V(IV) catalyst was used as an efficient catalyst for alcoholysis with primary (methanol, ethanol and n-propanol), secondary (iso-propanol) and tertiary alcohols (tert-butanol), hydrolysis and acetolysis of epoxides with acetic acid and also for the conversion of epoxides to 1,2-diacetates with acetic anhydride, conversion of epoxides to thiiranes with ammonium thiocyanate and thiourea, and for conversion of epoxides to acetonides with acetone. The catalyst was reused several times without loss of its activity.     

Asymmetric hydrolytic kinetic resolution with recyclable macrocyclic Co(III)-salen complexes: a practical strategy in the preparation of (R)-mexiletine and (S)-propranolol

A chiral cobalt(III) complex (1e) was synthesized by the interaction of cobalt(II) acetate and ferrocenium hexafluorophosphate with a chiral dinuclear macrocyclic salen ligand that was derived from 1R,2R-(-)-1,2-diaminocyclohexane with trigol bis-aldehyde. A variety of epoxides and glycidyl ethers were suitable substrates for the reaction with water in the presence of chiral macrocyclic salen complex 1e at room temperature to afford chiral epoxides and diols by hydrolytic kinetic resolution (HKR). Excellent yields (47% with respect to the epoxides, 53% with respect to the diols) and high enantioselectivity (ee>99% for the epoxides, up to 96% for the diols) were achieved in 2.5-16 h. The Co(III) macrocyclic salen complex (1e) maintained its performance on a multigram scale and was expediently recycled a number of times. We further extended our study of chiral epoxides that were synthesized by using HKR to the synthesis of chiral drug molecules (R)-mexiletine and (S)-propranolol.     

Synthesis of Cyclic Carbonates Catalysed by Chromium and Aluminium Salphen Complexes

Chromium and aluminium salphen complexes have been found to display remarkable catalytic activity in the synthesis of cyclic carbonates from a range of epoxides and carbon dioxide. The Al(salphen) complex is more reactive towards terminal epoxides at ambient temperature and pressure, whereas the Cr(salphen) complex exhibits higher catalytic activity towards more challenging internal epoxides at elevated temperature and pressure.     

Synthesis,Characterization, Polymerization of Optically Active Terminal Epoxides and Episulfides Bearing Bulky Groups

A simple and efficient protocol was developed for the syntheses of optically active epoxides(2a-2d) via the reactions of epichlorohydrin with organometallic reagents with steric hindrance at low temperature. On this basis, episulfides(3a-3d) were obtained with high e.e. values by the reaction of the corresponding epoxides with NH₄SCN. The configuration of thiiranes was opposite to that of the corresponding epoxides. Then, epoxides 2a-2d were anionically polymerized and the poly-R-2a(or poly-S-2a) was proved to keep a stable one-handed helical conformation in solution. The oligomers[degree of polymerization(DP)=2-5] were obtained when the thiiranes(3a, 3b and 3c) were used to polymerize.     

Highly reactive and enantioselective kinetic resolution of terminal epoxides with H2O and HCl catalyzed by new chiral (salen)Co complex linked with Al

The asymmetric hydrolytic kinetic resolution (HKR) of racemic terminal epoxides by new easily synthesized dimeric chiral (salen)Co bearing Al, provides a practical and straightforward method for the synthesis of enantiomerically enriched terminal epoxides (>99% ee) and diols. An inorganic acid, HCl is applied first time for the asymmetric ring opening reaction of terminal epoxides. Reactions are conveniently carried out at room temperature under an air atmosphere.     

Homologation of Furfural and Deriuatives to Furylacetaldehydes

The homologation of furfural 1a and methyl 3-(5-formyl-2-furyl) propenoate 1b or ethyl 3-(5-formyl-2-furyl) propenoate 1c to the corresponding furylacetaldehydes was carried out in two stages:

i) preparation of the furan epoxides from 1a, 1b, 1c

ii) cleavage and rearrangement of the epoxides on sepiolite. Sepiolite is a convenient catalyst for this last stage involving substrates as labile as the furan epoxides.     

Mild and Efficient Ring Opening of Epoxides Catalyzed by Potassium Dodecatungstocobaltate(III)

Summary. Efficient ring opening of epoxides under mild conditions is reported. Potassium dodecatungstocobaltate(III) trihydrate was used as an efficient catalyst for the alcoholysis and acetolysis of epoxides. Conversion of epoxides to thiiranes was also performed efficiently in the presence of this catalyst.