新型有机催化剂的合成及其在不对称催化中的应用

新型有机催化剂的合成及其在不对称催化中的应用 【摘要】不对称有机催化作为催化中的一个具有活力的新领域，促 进了新型有机催化剂的设计及其合成等。新型催化剂的种类呈现多样性，其在不对称催化中也有着不同的作用。本文从手性二级胺――双酰胺催化剂在环己酮和各种醛的不对称AIdol反应中的催化功能入手来分析有机催化剂在不对称催化中的具体应用。 【关键词】新型有机催化剂 合成 不对称催化 【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)12-0178-02 一、手性不对称及其合成方法 手性不对称作为自然界的一种普遍的特征，多糖、核酸、蛋白质等生命活动基础大分子都是手性分子[1]。而手性在药物化学中也得到了广泛的应用，许多人工合成药物的分子具有手性的特征。而在不对称的合成反应中，手性化合物获取的有效方式是不对称催化，在这过程中通过少量的手性催化剂便可以得到大量新的光学活性物质。该种方式既可以避免一般合成方法中所产生的外消旋体的较为繁琐的拆分过程，也不需要化学计量不对称的方式要求大量手性试剂，正是这一特点使其得到了广泛的应用。 光学纯的化合物的获得途径主要有:外消旋体拆分，即底物通过与手性试剂的化学键或者是化学分子的作用将一对外消旋体分开;手性源的方式，也就是以天然手性化合物作为基础而衍生出新的手性分子，该种方式 简单却只能合成有限的化合物;不对称合成的方式，就是在手性化合物的手性中心影响下，在产物中形成新的手性中心，而该种方式又可以依据手性控制方式的不同而分为对底物的手性的控制、对手性的辅助剂的诱导、具有手性特性的试剂以及不对称的有机催化等方式[2]。通过对底物中已有的手性特性的中心进行诱导而使其衍生出一个新的具有手性特征的中心即为底物手性控制;将手性片段连接于非手性的底物上实现对反应的立体控制，而在得到催化反应的产物之后又将一些起辅助作用的具有手性特征的基团予以去除则是对手性化合物的一种使用辅助剂的诱导，常用的辅剂则是未经加工的氨基酸、存在于自然界中的糖还有一些生物碱等以及相对应的衍生物;具有手性特性的试剂和一些不具有手性特性的底物发生反应而得到手性产物的方式便是手性试剂的方法;用具有手性特征的催化剂来实现对不具有手性特性的底物的诱导使其直接转化为手性产物则是不对称催化的方式。在上述几种手性不对称的合成方式中，手性催化剂是最为经济也最适于工业化的方式，其在过去几十年中也得到了广泛的应用。 二、有机催化的不对称反应 1.有机催化的不对称性的Aldol反应 有机化合物的该种不对称反应是生物和化学综合系统中产生碳-碳单键的最为基础一个反应，并且也常被应在一些较为复杂的多羟基的重要部分的构建，在后者中的应用是建立在对用作催化反应的底物进行事先活化的基础上，就是将那些以羰基为构建基础的底物催化成为烯醇或者它的等价体，这一过程也被称为间接的Aldol催化反应，随着研究的进一步深入该种间接反应的过程相对的简化，羰基底物无需预先转化。 在对不对称Aldol反应的研究中，2000年，Barbas小组实现了L一脯氨酸催化的分子间的Aldol反应，它使得烯胺活化概念得到广泛关注;2003年，Reymond等人发现H.Pro.Glu.Leu―Phc.OH寡肽能有效催化丙酮和醛的Aldol反应，该实验中得到的e.e.值为66%，但是仍能 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 小分子肽也是具有潜在活性的催化剂;2004年，Gong小组发展了基于L-.脯氨酸 -苯丙氨酸的寡肽，这种催化剂能够高区域选择性和立体性的催化羟基和L 丙酮113和醛的Aldol反应，其产物的e.e.值为96%[3]。2009年Barbas小组利用氨基酸7l实现了羟基丙酮为给体的顺式选择性的Aldol反应，在该反应中具有较好的区域选择性，并且这种非对映和立体选择性分别达到了18:1d.r.和98%e.e.实验过程中，在氢键的作用下，乙烯氨作为反应的中间体占据优势二使得产物成顺式结构为主体的形式，而后面的研究者发展了轴手性氨基酸磺酰胺催化剂127，在5%的催化剂用量下便可以获得高选择性的顺式Aldol产物。上述诸种催化试验和研究成果都会存在一定底物的局限性，但都为顺式选择性Aldol反应的研究奠定了基础。 2.有机催化的不对称Mannich反应 Mannich反应是含氮分子构建的有效方法之一，在该反应中两分子的羰基化合物与一分子的胺(即三组分)缩合成β-氨基-羰基化合物，Mannich反应又分为直接与间接反应两种。从2001年第一例脯氨酸催化的具有较高选择性的一个三组分催化反应被报道以来该领域的研究不断被业界所关注，先后实现了一些羟基衍生物、丙氨酸的衍生物以及L-脯氨酸的衍生物等的该种催化反应，这些反应中的物质都变现出了其在催化作用中的较高的活性和选择性。 3.有机催化的不对称MichaeI加成反应 Michael加成反应是亲核试剂对α、β-不饱和以羟基为基础β-位共轭加成，它在有机催化合成实验中是构建碳-碳的有效方式之一。学术界对该种不对称但应有较多的研究并发展了许多以金属为实验基础的具有手性特性的有机催化剂，以及对一些较小分子的该种不对称反应也逐渐的受到关注。尤其是将烯胺的催化和活化作为基础概念的催化方式，成为该种不对称加成反应实现的重要方法[4]。 三、新型手性二级胺一双酰胺催化的不对称Aldol反应研究 对于新型手性二级胺-双酰胺进行有机催化作用中的不对称性研究，首先要进行催化反应实验条件的筛选，实现最优化，然后再将底物予以扩展，并且通过反应机理的探讨来得到相应的结论。 在该实验中，我们选取具有手性特性的二级胺――双酰胺化合物14位-19位(如下图所示)作为催化剂，将反应的模板确定为硝基苯甲醛20a和环己酮21两者间的不对称催化反应，在此基础上筛选实验的最优条件。一般而言，室温下条件下，以氯仿作为实验的溶剂，而将乙酸用作试验中催化剂的一种共轭的加强酸，并以该种条件来对催化剂的14位到19位予以最优筛选。然后我们选定15为最优催化剂进一步筛选条件。在溶剂的筛选过程中，我们发现，试验中的15位的催化剂有较广的溶剂适用范围。而对于催化底物的扩展我们选择以2位的丁酮23用作不对称催化反应的一个给体。在-40?时，由于发展后的15位的催化剂的作用，试验中两种试剂主要是位置的反应，在该反应中的产物产率和值都比较高，其中反式构型产物的e.e.值为99%[5]。从上述实验中我们可以看到新型催化剂引 起分子构建及其底物的选择等都会对其具有的活性特征和自身的选择特性产生影响，从而影响其在不对称催化中的作用。 参考文献: [1]董晓丽，张祯成，安庆大，张绍印，王少君.铁卟啉/钒取代杂多酸新型催化剂的合成、表征和性能研究[J].光谱学与光谱分析，2007(12) 新型手性双功能有 [2]宿亮，匡永清，杨昊宇，向顺，孟丽丽，谢斌. 机催化剂的合成及其催化不对称Henry反应合成(R)-aegeline[J].合成化学，2009(4) [3]何永光，李虎，刘浩，潘昭喜.3，3’-二取代BINOL手性有机催化剂在不对称催化中的应用[J].广州化工，2012(05) [4]李岩云，夏春谷，谢宝汉.手性膦配体合成及其在不对称催化中的应用[J].化学进展[J].2000(03) [5]郑吉富，李耀先，张锁秦，王小明，杨松涛，白杰，王芳，张广良，刘福安.新颖有机催化剂的合成及催化不对称直接Aldol反应研究[J].化学学报，2007(6)