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。     

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.     

手性螺环单磷配体的电子效应研究

在手性配体及其催化剂设计中,立体效应是主要考虑因素,而电子效应研究得很少.最近我们设计合成了一类具有手性螺二氢茚骨架结构的单磷配体SIPHOS,该配体在铑催化的烯烃氢化反应中取得了很高的对映选择性.在此基础上,我们从光学的7,7'-二羟基-1,1'-螺二氢茚(SPINOL)出发,合成了系列4,4'-取代的螺环二酚及相应的单磷配体,并以铑催化的烯烃氢化反应为模型,系统地研究了骨架上的取代基电子效应对配体性能的影响.研究表明,由于取代基距离配位中心的磷原子较远,其电子效应对配体的催化性能影响不大.接下来,我们合成了磷原子上直接连有苯环的磷酸酯类配体,其取代基的电子效应通过苯环能够有效地传递到磷原子上,进而影响配体的催化性能.实验表明,该类配体在铑催化的α-和β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应中,表现出明显的电子效应,即配体苯环上有推电子基时,催化剂的活性和对映选择性有很大的提高.     

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.     

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.     

手性螺环单磷配体在不对称氢甲酰化反应中的应用

为了进一步拓展具有螺二氢茚骨架的亚磷酸酰胺酯、亚磷酸酯、亚膦酸酯等手性螺环单磷配体在不对称反应中的应用范围, 研究了手性螺环单磷配体在铑催化苯乙烯衍生物的氢甲酰化反应中的选择性.     

新型螺双二氢茚二酚衍生物的合成

螺双二氢茚二酚(SPINOL)与N-溴代丁二酰亚胺经溴代反应制得6,6'-二溴-螺双二氢茚二酚(1);1与叔丁基二甲基硅基三氟甲磺酸(TBSOTf)经醚化反应得6,6'-二溴-7-羟基-7'-叔丁基二甲硅氧基-1,1'-螺二氢茚(2);SPINOL经羟基保护后与碘甲烷经双甲基化反应制得6,6'-二甲基-7,7'-双(1-甲氧甲氧基)-1,1'-螺二氢茚(4);4经脱保护后再与TBSOTf经醚化反应合成了6,6'-二甲基-7-羟基-7'-叔丁基二甲硅氧基-1,1'-螺二氢茚(6)。2和6为新化合物,其结构经1H NMR,13C NMR和HR-ESI-MS表征。     

光学纯的cis,cis-2,2''''-螺二氢茚-1,1''''-二醇和2,2''''-螺二氢茚-1,1''''-二酮的合成

以丙二酸二乙酯和苄氯为起始原料,通过改进拆分方法,成功地合成了光学纯cis,cis-2,2'-螺二氢茚-1,1'-二醇(e.e.≥99%)和2,2'-螺二氢茚-1,1'-二酮(e.e.≥98%),收率较高.     

用硅胶担载三氯化铁催化氧化偶联2-萘酚制备(±)2,2'-二羟基-1,1'-联萘

2,2'-二羟基-1,1'-联萘,由于存在受阻C-C键轴,可通过拆分获得对映体纯手性双膦配体BINAP的前体[1],或经不对称氧化转化成催化剂前体[2],或用作手性试剂,近年来备受人们的重视.     

手性螺环配体的合成及其在不对称催化反应中的应用研究进展

手性螺环配体的合成及其在不对称催化反应中的应用是不对称合成和催化研究中重要的研究领域之一, 一些手性螺环配体被合成出来并成功地应用于不对称催化反应中. 综述了近十年来手性螺环配体的合成及在不对称催化反应中的应用研究进展.     

金属催化的不对称氢化反应研究进展与展望

手性过渡金属络合物催化的不对称氢化反应是合成光学活性化合物的重要方法. 本文从手性配体及手性催化剂、不对称催化新反应、新方法和新策略三个方面简要评述新世纪以来过渡金属催化的不对称氢化反应研究领域的新进展. 从新世纪初至今, 手性单磷配体得到了复兴, 出现了如MonoPhos、SiPhos、DpenPhos等高效单齿亚磷酰胺酯配体; 磷原子手性(P-手性)配体也得到了快速发展, 如BenzP*、ZhanPhos、TriFer等已成为新的高效手性双膦配体; 螺环骨架手性配体成为新世纪手性配体设计合成的亮点, 除了SiPhos、SIPHOX、SpinPHOX等高效手性螺环配体外, 手性螺环吡啶胺基磷配体SpiroPAP的铱催化剂成为目前最高效的分子催化剂. 不对称催化氢化新反应研究也取得了突破, 如非保护烯胺、杂芳环化合物及N-H亚胺的氢化等反应都实现了高对映选择性. 自组装手性催化剂、树枝状手性催化剂、铁磁性纳米负载的可回收手性催化剂, 以及“混合”配体手性催化剂等新方法和新策略也在不对称催化氢化反应中得到了应用. 然而, 手性过渡金属络合物催化的不对称氢化研究仍然充满挑战, 也期待新的突破.     

螺烯及其衍生物在不对称催化中的应用

螺烯是一类由多个芳(杂)环邻位稠合而成的具有螺旋手性的π共轭分子.与其他类型手性催化剂相比,螺烯类催化剂的研究起步晚、发展慢,但是由于螺烯分子具有刚性强、热稳定性好、易于衍生化、手性空间独特等特点,近年来螺烯作为手性催化剂在不对称合成中的应用研究引起了人们越来越多的关注与兴趣.根据螺烯在不对称催化反应中承担的角色不同,从螺烯作为手性诱导试剂、手性配体与有机小分子催化剂三方面综述螺烯类催化剂在不对称催化合成中的应用研究进展.     

聚合物负载的手性联二萘酚的合成及其在不对称催化中的应用进展

作为一种有机配体, 手性1,1'-联二萘酚(BINOL)被广泛应用于过渡金属催化的均相不对称有机反应. 为克服均相催化剂不易回收重复使用等缺陷, 人们深入研究了聚合物负载手性BINOL催化剂的方法. 总结了近年来聚合物负载手性BINOL催化剂的合成及其在不对称有机催化中的应用, 并对负载型BINOL催化剂进行了展望.     

手性螺环骨架硼烷催化酮的不对称硅氢化反应（英文）

受阻路易斯酸碱对(frustrated Lewis pairs, FLPs)是目前合成化学的前沿挑战性研究领域之一,为非金属催化的氢化和Piers-type硅氢化反应提供了非常有效的途径.近年来,相关研究取得了重要的研究进展,但是相应的不对称反应发展比较缓慢.缺乏高效、高选择性的手性催化剂仍然是制约这一领域快速发展的重要因素.手性螺环是配体设计中的优势骨架.基于前期所发展的联萘骨架手性FLP催化剂及其在不对称催化氢化和硅氢化反应的应用,设计并合成了基于手性螺环骨架的手性双烯,通过与HB(C_6F_5)_2的硼氢化反应原位制备了新型手性硼烷路易斯酸.利用其与三叔丁基膦形成的手性受阻路易斯酸碱对催化剂,成功地实现了简单酮的不对称Piers-type硅氢化反应,反应的对映选择性最高可达90%.     

光学纯的cis,cis-2,2′-螺二氢茚-1,1′-二醇和2,2′-螺二氢茚-1,1′-二酮的合成

以丙二酸二乙酯和苄氯为起始原料,通过改进拆分方法,成功地合成了光学纯cis,cis-2,2′-螺二氢茚-1,1′-二醇(e.e.≥99%)和2,2′-螺二氢茚-1,1′-二酮(e.e.≥98%),收率较高。     

分子氧诱导螺烯二酚跨环去芳构化反应:手性二酮的高效合成

正Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,4648~4651螺烯作为一类具有独特螺旋手性的多环芳烃,不仅在光电材料等领域显示广泛的用途,而且在不对称催化中也具有重要的应用前景.然而,受到螺烯合成方法的局限,尤其是光活性且具有特殊官能团螺烯分子的合成挑战,极大地限制了螺烯作为一类新型的手性骨架在不对称催化、手性识别等领域中的应用.此外,由于螺烯本身的螺距较     

新型螺环配体的合成及其在不对称催化氢化反应中的应用

以光学纯的S-2,2′-螺二氢茚-1,1′-二酮为原料,合成了新型螺环氧膦配体(1R,2S,1′S)-1,1′-双(二苯基膦氧)-2,2′-螺二氢茚烷(S-cis,trans-Sp iroB IP),考查了催化剂[Rh(COD)(R-cis,cis-Sp iroB IP)]BF4,[Rh(COD)(S-cis,trans-Sp iroB IP)]BF4和Ir(R-cis,cis-Sp iroB IP)(COD)C l在不对称催化氢化反应中的应用。     

多手性中心联萘-2-芳甲羟基-2'-醇(Ar-BINMOLs):一类可应用于不对称催化反应的新型手性配体

近年来,我们基于1,1'-联萘基-2,2'-二酚(BINOL)为手性源成功地发展了一类多手性中心化合物联萘-2-芳甲羟基-2'-醇(Ar-BINMOLs),它是BINOL的单苄醚化合物经过不对称[1,2]-Wittig重排合成得到的,涉及C—O键的断裂与新C—C的构建反应,由轴手性诱导产生新的碳手性中心,结构独特新颖,同时具有C2轴手性和sp3碳手性的光学纯醇酚类化合物.目前,Ar-BINMOLs作为新型手性配体应用于不对称催化反应已有不少的报道.基于BINOL衍生物以及近几年Ar-BINMOLs及其衍生物的研究进展,重点阐述了其作为新型手性配体或手性骨架在不对称催化反应中的应用研究进展.     

手性螺二氢茚双膦配体在钌催化酮的不对称氢化反应中的应用研究

羰基化合物的不对称催化氢化是获得光学活性醇类化合物的极为有效的方法之一.在对芳基烷基酮的不对称催化氢化反应的研究中,Noyori等开发出一种非常有效的不对称催化氢化体系,即手性双膦-钌-双胺催化体系.该催化体系是一个具有高转化数、高转化频率以及高对映选择性的催化体系,它能催化氢化烷基酮、芳基酮、杂环芳酮等多种含羰基的潜手性底物[1].我们研究小组合成了一类具有螺二氢茚骨架的手性螺环双膦配体SDP,当这类配体应用于该氢化反应时,不但获得了极高的对映选择性(最高达99.5?),而且转化数也很高(TON高达100000)[2].在研究RuCl2-[(S)-Xyl-SDP][R,R)-DPEN)]络合物催化氢化芳基烷基酮时,发现当用NaOBu-t作碱时,催化氢化反应的速度明显比用KOBu-t作碱时要快.这与Hartmann和Chen等[3]在RuCl2-[(S)-BINAP][(S,S)-DPEN]催化氢化苯乙酮反应中的结果正好相反.我们进一步采用动力学的方法,深入研究了碱金属阳离子对苯乙酮催化氢化反应速率的影响.研究结果表明:双膦配体中P-芳环上的取代基对碱金属阳离子影响氢化反应速率的顺序产生明显影响.     

手性联萘胺衍生物为配体的铜络合物催化下某些烯烃的不对称环丙烷化反应

以1,1'-联萘-2,2'-二胺为手性源合成了8对16种光活性铜络合物,考察了它们对1,1-二苯乙烯、苯乙烯和2,5-二甲基-2,4-己二烯等3种烯烃的不对称环丙烷化反应的光学诱导活性.结果表明,以旋光活性联萘胺同水杨醛及2-羟基萘甲醛缩合而得到的Schiff碱为配体的铜络合物的催化效果最佳.催化剂对2,5-二甲基-2,4-己二烯的催化效果优于其它两种烯烃.