第六章不對稱催化氫化

1、第六章 不對稱催化氫化及其它還原反應(yīng)6.1 CC雙鍵的不對稱催化氫化雙鍵的不對稱催化氫化 上個世紀60年代以前，非均相催化在化學研究中具有無可爭辯的重要性。第一個不對稱反應(yīng)是1932年由Sckwab報道的將手性載體應(yīng)用于外消旋的2丁醇的催化脫氫反應(yīng)。在50年代，對依賴非均相催化劑的烯烴的氫化反應(yīng)曾作過努力，但僅得到10一15ee的手性產(chǎn)物。到了60年代中期，事實已清楚表明，在潛手性烯烴的氫化中用非均相催化劑無法提供滿意的結(jié)果。 在60年代后期出現(xiàn)了不對稱氫化的新途徑：含磷均相催化劑，手性膦的絡(luò)合物催化劑。6.1.1 用于均相不對稱催化氫化的手性膦配體 不對稱催化氫化反應(yīng)是制備各種對映體純化合物

2、最有效最方便的方法之一。如合成氨基酸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于不對稱氫化反應(yīng)的對映選擇性，具有C2對稱性的配體是關(guān)鍵。在大多數(shù)膦配體中，手性部分和膦部分間的鍵聯(lián)是CP鍵，也有COP或CNP聯(lián)鍵。有三種方法可用于設(shè)計手性膦配體；手性可置于P原子上，也可置于側(cè)鏈上，或可置于二者之上。下面列出已廣泛用于學術(shù)研究或工業(yè)生產(chǎn)中的不對稱催化氫化的手性膦配體：6.1.2 碳碳雙鍵的不對稱催化氫化1. 烯酰胺的不對稱氫化反應(yīng) 在過去幾十年中，利用手性催化劑，由潛手性烯類底物的不對稱氫化合成具有高光學純度的化合物，是令人印象最為深刻的成就之一，而由過渡金屬絡(luò)合物催化的烯酰胺的均相不對稱氫化是合成光學活性氨基酸類化合物的一

3、種最有力的方法。由銠絡(luò)合物催化的不對稱氫化在氨基酸及有關(guān)化合物的合成中已獲得高對映選擇性。由各種銠絡(luò)合物催化的(酰氨基)丙烯酸對映選擇性氫化為相應(yīng)氨基酸的反應(yīng)： 2. 由手性Rh二茂鐵基膦絡(luò)合物催化的丙烯酸的不對稱氫化手性(氨基)烷基二茂鐵基膦配體(其中引入了氨基)在三取代丙烯酸(四取代烯烴)的氫化中表現(xiàn)出高立體選擇性與高催化活性。3. 鈷絡(luò)合物催化的,不飽和酯的不對稱氫化 1989年，Pfaltz報道了具有7a-7c結(jié)構(gòu)特征的半咕啉型手性C2對稱螯合配體，用焦谷氨酸為原料很容易制得它們的對映純形態(tài)。通過改變這些化合物的二個手性中心上的取代基R，可以制備一系列手性配體。含有這類配體的鈷絡(luò)合物對

4、于硼氫化鈉參與的各種,不飽和羧酸酯的對映選擇性還原有十分理想的效果。4. 開鏈烯醇酯的不對稱氫化烯醇酯的不對稱氫化反應(yīng)一般只具有中等程度的對映選擇性。10對一些帶有不同取代基的烯醇酯進行氫化得到了高對映選擇性，但對于簡單的脂鏈醇衍生物，這些反應(yīng)一般無法得到高光學純度的產(chǎn)物。5. 烯酰胺不對稱氫化的新進展 除上述手性膦配體外，手性次膦酸酯和手性次膦酰胺對于各種底物的不對稱催化氫化也是有效的配體。Selke等發(fā)展出一系列由D-(+)-葡萄糖衍生的次膦酸酯。并發(fā)現(xiàn)它們是銠催化的脫氫氨基酸衍生物的不對稱氫化的有效配體。和相應(yīng)的膦配體比較，手性次膦酸酯配體的最重要的優(yōu)點是它們?nèi)菀字苽洹Ｖ灰獙⑾鄳?yīng)的手性醇

5、與氯代膦反應(yīng)即可得到。Chan發(fā)展了一類新穎的螺環(huán)配體15，用它進行催化反應(yīng)已顯示出很大的潛力。16效果也很好。雙氨基膦配體：6. 一些有用的實例香茅醇制備非甾體抗炎藥（S)-萘普生：S型活性比R型高35倍生產(chǎn)薄荷醇：Takasago公司月桂烯香茅醛薄荷醇合成維生素K和E的側(cè)鏈部分：6.2 羰基化合物的不對稱還原羰基化合物的不對稱還原反應(yīng)可通過直接的催化氫化也可通過金屬氫化物還原而實現(xiàn)。6.2.1 用BINAL-H還原潛手性羰基化合物的對映選擇性還原的一個途徑，是使用手性配體修飾的金屬氫化物試劑。在這些化合物中，將活潑氫的數(shù)目減至最少以獲得高度的化學選擇性。引入的手性配體則為對映面選擇性作出貢

6、獻。 LiAlH4(LAH)本身是極強的還原劑，因而和其它金屬氫化物相比，它的化學選擇性不高。但通過用烷氧基取代LiAlH4中的某些氫原子，可將這個反應(yīng)性極高的試劑改造成反應(yīng)性較低但選擇性較高的試劑。1979年Noyori發(fā)展了一種34類型的聯(lián)萘酚修飾的氫化鋁試劑(簡稱為BINAL-H)，顯示高對映選擇性，將反應(yīng)溫度降低到-78或-100還能進一步提高光學產(chǎn)率。炔基酮或烯基酮的還原： 這樣得到的光學活性炔丙醇和烯丙醇是昆蟲信息素、前列腺素、前列環(huán)素和其它許多生物活性化合物的對映選擇性合成的重要中間體。6.2.2 過渡金屬絡(luò)合物催化的羰基化合物的氫化酮的不對稱氫化是制備手性醇的另一個有效的方法B

7、INAPRu(II)催化劑對于官能化酮的不對稱氫化是極為有效的，可應(yīng)用于抗生素carbapenems和抗菌的左氟沙星的合成中間體的工業(yè)生產(chǎn)中。手性二醇是制備手性試劑、催化劑和其它手性配體的極有用的配體。3氧代丁酸甲酯的氫化：與官能化酮的不對稱氫化的成功相反，BINAPRu催化劑對于簡單酮卻不能得到滿意的結(jié)果，因為這些底物缺乏能與Ru 金屬穩(wěn)定配位的雜原子。關(guān)鍵中間體可能是五、六、七元絡(luò)合物。用PennPhos配位的銠絡(luò)合物為催化劑，成功地進行了芳基烷基酮和二烷基酮的高對映選擇性氫化。6.2.3 硼雜惡唑烷催化體系 硼烷在羰基化合物的不對稱還原中是極為成功的。1987年Corey報道，惡唑烷67a的二苯基衍生物在各種酮的不對稱催化還原中產(chǎn)生優(yōu)異的對映選擇性(95)。 Corey將這種類型的硼雜惡唑烷催化劑命名為CBS體系(由發(fā)明人名字Corey-Bakshi-Shibata的第1個字母組成)。B甲基硼雜惡唑烷67b更容易制備和操作，由67b催化的反應(yīng)的對映選擇性可與由67a催化的媲美。B甲基67b的催化機理：由廉價的光學活性蒎