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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

钯/Xu-Phos催化对映选择性多米诺Heck/远程C(sp~2)—H烷基化反应合成手性螺环化合物

<正>手性螺环是很多生物活性天然产物、手性配体和催化剂的重要骨架.由于其独特的立体结构,手性螺环常被应用于药物研发中^[1],开发一步构建螺环手性中心的高效方法具有非常重要的意义.近些年,国内外课题组报道了一些合成外消旋螺环的方法^[2-6](Scheme1,a).其中,利用多米诺Heck/分子内C—H烷基化反应构建螺环化合物的研究也取得了较大进展,     

1,1'-螺二氢茚-7,7'-二酚(SPINOL)及类似物中螺环骨架的构建方法

1,1'-螺二氢茚骨架是在21世纪初发展起来的一类新型手性配体或催化剂的骨架,具有C2对称性,以及刚性强、稳定性高、易于修饰等特点.周其林等将手性1,1'-螺二氢茚-7,7'-二酚(SPINOL)发展为一系列螺环配体及催化剂,在催化不对称合成领域获得了巨大的成功.1,1'-螺二氢茚骨架的配体及催化剂被认为是为数不多的"优势手性配体和催化剂".尽管催化的不对称合成已经出现,目前方法得到的SPINOL及类似物多为外消旋体,需要进行费力的手性拆分.合成和拆分步骤繁琐的局限性对其大规模生产形成了阻碍.因此,如何从廉价易得的原料出发,发展相应手性螺环骨架配体的高效、不对称催化合成新方法,是非常迫切而且具有挑战性的课题.总结了最近20年SPINOL及螺环骨架类似化合物的合成方法,包括含杂原子的螺环骨架,希望能对配体或催化剂用途的螺环骨架的构建有所启发.     

手性双噁唑啉配体在不对称合成中的应用

双噁唑啉手性配体已广泛用于不对称Henry反应、环丙烷化反应、Aldol反应、烷基化反应、环加成反应中,并表现出很高的对映选择性和催化活性,成为最有用的手性配体之一。文章综述了近10年来双噁唑啉手性配体及高分子受载手性双噁唑啉在不对称合成中的研究进展。     

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…     

Rhodium-catalyzed asymmetric hydrogenation of functionalized olefins using monodentate spiro phosphoramidite ligands

Novel chiral monodentate phosphorus ligands, SIPHOS, were conveniently synthesized from 1,1'-spirobiindane-7,7'-diol. The Rh complexes of SIPHOS can catalyze the hydrogenation of alpha-dehydroamino esters in mild conditions, providing alpha-amino acid derivatives in up to 99% ee. Enamides and beta-dehydroamino esters can also be hydrogenated in good to excellent enantioselectivities (up to 99% and 94% ee, respectively). The SIPHOS ligand with smaller alkyl groups on the N-atom afforded higher enantioselectivity. The X-ray analysis of single crystal showed that the structure of Rh/SIPHOS catalyst is [Rh(COD)((S)-SIPHOS-Me)(2)](+), which clarified the configuration of the catalyst with the monodentate chiral phosphorus ligand in Rh-catalyzed asymmetric hydrogenation. A positive nonlinear effect in the relationship of the optical purities of ligand and product was observed in the hydrogenation of dehydroamino acid derivatives. The kinetic study of hydrogenation showed that the reaction is zero order in the concentration of substrate and first order in the concentration of Rh catalyst and the hydrogenation pressure. The rate of hydrogenation decreased when the Rh/L ratio changed from 1:1 to 1:4.     

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.     

Well-defined binuclear chiral spiro copper catalysts for enantioselective N-H insertion

An asymmetric N-H insertion of α-diazoesters with anilines catalyzed by well-defined copper complexes of chiral spiro bisoxazoline ligands was studied in detail. The copper-catalyzed asymmetric N-H insertion of a wide range of α-alkyl-α-diazoacetates with anilines was accomplished with excellent enantioselectivity (up to 98% ee) and provided an efficient method for the preparation of optically active α-amino acid derivatives. A correlation study of the electronic properties of the substrates with the enantioselectivity of the N-H insertion reaction supports a stepwise insertion mechanism, and the significant first-order kinetic isotope effect proves that the proton transfer is most likely the rate-limiting step. A binuclear chiral spiro copper catalyst having 14-electron copper centers, a trans coordination model, a perfect C(2)-symmetric chiral pocket, and significant Cu-Cu interaction was isolated and extensively studied. The novel structure of the binuclear chiral spiro copper catalyst leads to unique reactivity as well as enantioselectivity in the N-H insertion reaction.     

镍催化硅基保护烯丙醇的烯氢化反应:一种合成含有手性季碳中心高烯丙醇的有效方法

报道了一例手性螺环亚磷酰胺配体和镍的络合物催化的硅基保护烯丙醇的不对称烯氢化反应,以较高的收率(最高达97%)和对映选择性(最高达95%ee)合成了一系列含有手性季碳中心的高烯丙醇.该反应为含有手性季碳中心的双官能团化合物的合成提供了新的有效方法.     

Nickel-catalyzed enantioselective hydrovinylation of silyl-protected allylic alcohols: An efficient access to homoallylic alcohols with a chiral quaternary center

Asymmetric hydrovinylation of silyl-protected allylic alcohols catalyzed by nickel complexes of chiral spiro phosphoramidite ligands was developed. A series of homoallylic alcohols with a chiral quaternary center were produced in high yields (up to 97%) and high enantioselectivities (up to 95% ee). The reaction provides an efficient method for preparing bifunctional compounds with a chiral quaternary carbon center.     

Enantioselective rhodium-catalyzed addition of arylboronic acids to aldehydes using chiral spiro monophosphite ligands

[reaction: see text] Highly efficient rhodium-catalyzed asymmetric addition of arylboronic acids to aldehydes has been realized by using chiral spiro monophosphite ligands, affording diarylmethanols in excellent yields and good enantiomeric excesses.     

Enantioselective copper-catalyzed intramolecular O-H insertion: an efficient approach to chiral 2-carboxy cyclic ethers

A copper-catalyzed asymmetric intramolecular O-H insertion of ω-hydroxy-α-diazoesters has been accomplished by using chiral spiro bisoxazoline ligands. This highly enantioselective intramolecular O-H insertion reaction provides an efficient approach to a variety of synthetically important chiral 2-carboxy cyclic ethers with different ring sizes as well as substitution patterns.