（有机化学专业论文）新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及其应用.pdf

郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文摘要 摘要 本文以有机合成方法学为目标，从廉价的原料出发，合成出几个新的反应控 制的手性相转移催化剂，并且检验了他们在催化烯烃的不对称环氧化中的催化效 果。我们还研究了手性氨基醇配体，镍盐催化的a ，b 不饱和酮的不对称迈克尔加 成反应，以及酰腙的不对称烯丙基化反应。在研究过程中，发现了一个c = n 双 键烯丙基化的新方法，和苯甲酰肼的新的合成方法。研究工作主要分为三个部分： 第一部分：新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及其应用 我们从廉价易得的旋光乎性胺、二茂铁、辛克尼丁出发，经过一系列反应， 涮备窭了攘瘫转手骸拳铰盐，季铵蠢褥窝磷钨簸璧镳楚( n a s l - i p ￥0 3 4 + 1 9 h 2 0 ) 进行反应，合成了四种新的反应控制的手性相转移催化剂。并且对其中的催化剂 1 ) 【p h c * h ( c h 3 ) n ( c h 3 ) 3 1 9 p w 9 0 3 4 ，滋行7 兹辨、元素势辑表薤、溶簿性实验滋 及初步的环飘化反应实验探索。实验诋明该催化剂具有反应控制的特点，该催化 裁举仅霹绫豫异褪穰赣：裁一样疆牧，憨显麓够起銎| 薅稿镰纯静终莠l 。在秘步探谗 催化剂催化过氧化氯对查尔酮的环氧化实验中，虽然，环氯化反应的产率较高( 最 窝丈子9 9 ，蔻乎寇攫静产率) ，毽是，嚣氧纯凝痉豹对浚俸遥撵经不是缀遴想。 v _ ( , 、n h 2 潞1 ) h c h o h c o o h 水墼c h 3 0 h 3 涔姻琢譬l l 如 f c dmf，1c h c i 魄3 , 。譬 2 p o c l 3 ，5 5 二面 一 n ( c h 3 ) 3 + r 囝弋 2 【p h c h ( c h 3 ) n ( c h 3 ) 3 1 9 p w 9 0 3 4 1 9 h 2 0 i 9 7 i c h 3 銎 n ( c h 3 ) 2 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文摘要 8 0 r 9 n a s h p w 9 0 3 4 1 9 h 2 0 二 o h f c c h ( c h 3 ) n e t ( c h 3 ) 2 g p w 9 0 3 4 uo r 一p h c h 2 c iq + c 1 竺塑! 竺尘塾：! 竺鸳q ，p w 9 0 3 4 1 0 1 v 第二部分：催化不对称迈克尔加成反应研究 本章工作主要研究了一系列具有两个手性中心的氮杂环丙醇类手性配体催 化二乙基锌和a b 不饱和酮底物的不对称迈克尔加成反应，我们考察了反应温 度，催化剂的用量等因素对反应的影响，找到了比较优化的反应条件。从实验结 果来看，该催化剂的效果并不是太理想，虽然有中等到好的产率3 9 一9 6 ，但 是反应产物的e e 值却比较低，最高只有1 3 4 。 b 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文摘要 0 r - n i ( a c a c ) 2 ：l + 9 ：2 0 蛐面面商rc h 3 c n ，e t 2 z n ，- 2 0 一 r l = h ，d c h 3 0 ， p c h 3 0 ，p - n ( c h 3 ) 2 r ：h ，m e ，e t ，i - h 7 ，n - c 3 h 7 ， i - c 4 h 9 , i - h l l ，n c 5 h 1 1 ，p h 影啄r 凸r l 宰 n u 第三部分：烯丙基三氯硅烷对酰腙的加成反应研究 本章工作主要研究了烯丙基三氯硅烷和酰腙的加成反应。我们以( + ) d e t 和化合物v ( 1 s ，2 s ) ( 1 对硝基苯基) - ( 3 ，4 甲叉二氧基苯甲胺基) 1 ，3 丙二醇为手 性辅助剂，促进了烯丙基三氯硅烷和酰腙的烯丙基化加成反应的发生。在不加 ( 冉d 盯的情况下，反应在溶剂二氯甲烷中并不发生，加入手性二醇配体 ( + ) - d e t 后，反应发生了。从实验结果来看，尽管反应的对映体选择性和化学产 率都不是很好，但是毕竟反应发生了。我们找到了该反应的一类新的促进剂。 ( + ) - d e tc h 2 c 1 2 回流4 h v & c 1 3 + 、o ，ri ii v “”一2 h o 0 2 e t h o 、c 0 2 e t n ，n h b z 文h 哪舢8 2 ir 从 ( + ) - d e t v 关键词：手性，不对称，环氧化，烯丙基化，酰腙，共轭加成，迈克尔加成 塑塑查黧垫箜星璧圭堂燕釜兰望奎垒黧黧 a b s t r a c t i nt h i sl h e s i s ，s e v e r a ln o v e lr e a c t i o n - c o n t r o l l e dc h i r a ld h a s e t r a n s f e rc a t a l y s t sw c i e d e s i g n e da n ds y n t h e s i z e df r o mr e a d i l ya v a i l a b l em a t e r i a l s ，a n dw e r e , u s e di nt h e a s y m m e t r i ce p o x i d a t i o no fu n f u n c t i o n a l i z e do l e f i u sa n dc h a l c o n e w ea l s os t u d i e dt h e e n a n t i o s e l e c t i v ec o n j u g a t ea d d i t i o no fc h a l c o n ei nt h ep r e s e n t so fc h i r a ln i ( a c a e ) 2 a m i n o a l e o h o lc o m p l e x e s l a s t ，w es t u d i e dt h ea l l y l a t i o no fb e n z o y l h y d r a z o n e sw i t h a l l y l t r i c h l o r o s i l a n e 。t w on e wm e t h o d sw e r ed e v e l o p e df o rt h ea l l y l a f i o no fc = n d o u b l eb a n d sa n df o rt h es y n t h e s i so fb e n z o h y d r a z i d eb yb e n z o y lc h l o r i d ei no u r s t u d i e s t h i st h e s i sc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ： 1 t h es y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n so fs e v e r a ln e w r e a c t i o n - c o n t r o l l e dc h i r a lp h a s e - t r a n s f e rc a t a l y s t s f o u rh e wr e a c t i o n - c o n t r o l l e dc h k a lp h a s e - t r a n s f e rc a t a l y s t s ( h e t e m p o l y t u n g s t a t ei 一搭) w e r es y n t h e s i z e df r o mr e a d i l ya v a i l a b l em a t e r i a l s ：固1 - p h e n y l e t h a n a m i n e , f e r r o c e n e ，c i n c h o n i d i n ea n dn a s h p w 9 0 3 4 1 9 珏2 0v i as e v e r a ls t e p s ，o n eo ft h e c a t a l y s t sh e t e r o p o l y t u n g s t a t e ( i ) w a sc h a r a c t e r i z e db y1 ra n de l e m e n t a la n a l y s i s ， o t h e r sw e r ec h a r a c t e r i z e d b yi r 。h e t e r o p o l y t u n g s t a t e ( i ) c a t a l y z e dt h e e n a n t i o s e l e c t i v ee p o x i d a t i o no fc n o n e sw i t hi - 1 2 0 2a st h eo x i d a n t w i t hc h a l c o n ea s s u b s t r a t ea n d0 1r e e l o fc a t a l y s t , t h ey i e l du pt o9 9 w a sa c h i e v e d ，b u tt h e e n a n t i o s e l e c t i v ee x c e s sw a sl o w t h ee p o x i d a t o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wi t s r e a c t i o n - c o n t r o l l e dc h a r a c t e r i tc a l lb er e c o v e r e dl i k eh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s tb u ta l s o a c t sa sh o m o g e n o u sc a t a l y s t 一1 ) h c h o h c o o h 水黧c h 3 u h 眯掰r 。 3 鳓。酌双lv d 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文a b s h a c l 1 2 0 【p h c + h ( c h 3 ) n q ：c h 3 ) 3 9 p 、9 0 3 4 n a a h p w 9 0 3 4 1 9 h 2 0 i 懈n 封一d i m e t h y l - 1 - f e r r o c e n y l - e t h a n a m i n e 8o r9n a s h p w 9 0 _ 3 4 1 9 h 2 0 f c c + h ( c h 3 ) n e t ( c h 3 ) 2 】9 p w 9 0 3 4 i io r 一p h c h 2 c iq + c 1 竺! ! 竺竺塾：! ! 呈粤q g p w 9 0 3 。 1 0 i v 2 t h es t u d yo fc a t a l y t i ce n a n t l o s e l e c t i v em i c h a e la d d i t i o n s i nt h i s p a r t ，w es t u d i e dt h ea p p l i c a t i o n s o fc h i r a lf e r r o c e n y la z i r i d i n oa l c o h o l l i g a n d sw i t ht w os t e r e o g e n i cc a r b o n s i nt h ec a t a l y t i ce n a n t i o s e l e c t i v em i c h a e la d d i t i o n o fd i e t h y l z i n cr e a g e n t st oa , b - u n s a t u r a t e dk e t o n e s w ei n v e s t i g a t e dt h ef a c t o r st h a t 拳旱 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文 a b s t r a c t a f f e c t e dt h er e a c t i o n ，s u c ha st e m p e r a t u r e i th a sb e e nf o u n dt h a tt h ec h i r a lc a t a l y s t s l i nc o n j u n c t i o nw i t hn i ( a c a c hg i v eg o o dt oh i g hy i e l d s ( 3 6 - 9 6 ) i nt h e e n a n t i o s e l e c t i v ec o n j u g a t ea d d i t i o n o fa , b - u n s a t u r a t e dk e t o n e sw i t hd i e t h y l z i n c r e a g e n t s ，b u tt h ee n a n t i o s e l e c t i v ee x c e s sw a sl o w ( u pt o1 3 4 ) r n i ( a c a c ) 2 ：l + 9 ：2 0 孙c h 3 c n , e t 2 z n , - 2 0 毛r r i = h ，o - c h 3 0 ， p - c h 3 0 ，p - n ( c h 3 ) 2 r ：h ，m e ，e t ，i - c 3 h 7 , 玎一c 3 h 7 ， f - c 4 h 9 ，f - c 5 h t t ，以一c 5 h n ，p h影啄7 - r f e 、j 。，。r l n u 3 t h es t u d yo f a s y m m e t r i ca l l y l a t i o no fb e n z o y l h y d r a z o n e sw i t h a l l y l t r i c h l o r o s i l a n ev i aac h i r a lp e n t a c o o r d i n a t es i l i c a t e i n t h i sp a r t ，o u rw o r k sf o c u s e do nt h ea s y m m e t r i ca l l y l a t i o no fc = nd o u b l eb o n d s c o e n z o y l h y d r a z o n e s ) w i t ha l l y l t r i c h l o r o s i l a n e u n d e rt h es t o i c h i o m e t r i ca m o u n t so f ( + ) d e t o rc o m p o u n d ( v ) ( i s ，z s 3 - 2 一c o c n z o d 1 ，3 d i o x o l - 5 - y l m e t h y l a m i n o ) 。1 - h n i t r o p h e n y l ) p r o p u n e - l ，3 - d i o l t oo u rs u r p r i s e ，t h ea l l y l a t i o no fb e n z o y l h y d r a z o n e s w i t h a l l y l t r i c h l o r o s i l a n e w a sc a r r i e d o u t t h o u g hb o t h t h e y i e l d s a n dt h e e n a n t i o s e l e e t i o no ft h er e a e t i o 璐w e r ep o o r , w ew e r es a t i s f i e dw i t ht h a tt h er e a c t i o n w a st r i g g e r e db y ( + ) - d e to rc o m p o u n d ( v ) i tm e a n st h a tw eh a v ef o u n dan e w c h i r a l a u x i l i a r y f o rt h e a s y m m e t r i ca l l y l a t i o n o f b e n z o y l h y d r a z o n e s w i t h a l l y l t r i c h l o r o s i l a n e ( + ) - d e tc h 2 c 1 2r e f l u x 4 h 矽v 盥c 1 3 + v o r 面 v “”一 一2 f 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文a b s t r a c t h h ( + ) - d e tv k e y w o r d s ：c h i r a l i t y , a s y m m e t r y , e p o x i d a t i o n ，a u y l a t i o n ，b e n z o y l h y d r a z o n e s ， c o n j u g a t ea d d i t i o n ，m i c h a e la d d i t i o n g 郑重声明 本人的学位论文是奁导颊糖导下独立撰写并完成的，学位涂文没 有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿 意承攫由此产生的一切法律赛任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ：霉远炼 2 0 0 5 年5 月2 2 日 郑髑夫学2 0 0 5 强硬士学位挚照论文 第一章警链综述 1 1 手性的意义 第一章乎性综述 众所周翔，当分子中不存在对称中心躐对称面霹，分子就存在对浚异梅体， 途些对映异构体称为“手性分子”。具有艇物活性的乎性分子用作药物时，由于 莼物以手性识别的方式与它的受体部位糖置棒用，因此，它们可熊袋现出强不相 隧的生物或生瑷现象。一个悲惨的铡予怒二十毽纪6 0 年代，有一静商品名为“反 _ 灏停”( t h a l i d o m i d e ) 的药物在欧洲出售，它是有力的镇静剂和止吐剂，尤其适 念在早期妊娠反应中使用。不幸毂是，裔一些骚翔这矛l l 药魏豹孕妇产下了跨形醵 臻几。由于一连串的壤人事件，科学家稍辩这个亿合豹溢行了深入的研究。其结 构如下图所永，“反应停”燎具有对映异构体的化合物的混合物，露的( r ) 构型 辩擒体是强力鹃镇静裁，璐国麴型异季勾髂却是强烈戆致跨剃“。 敏扣畴- p ( s ) - i h a l i d o m i d c r 致穗裁( t e r a t o g e n ) ( r ) - t h a l i d o m e d e r 镇静裁( s e d a t i v e ) 人类对手性物质的需求促成了手性化合物研究与开发的快速发腿，据统计， 农2 0 0 0 每瓣墩赛泰绣上，攀一对礁薅裁趱芬貔瓣蛰舞羧基运嚣1 2 3 0 兹美元掏。 2 0 0 3 年估计融超过1 4 0 0 亿荚元。而手性在香料、食黼添加剂、杀融剂、植物生 长调节剂等方丽的应用也越来越多。手性液晶、手性黼分子由于具谢特殊的理化 髓戆，嚣瑟簸秀特豫爨羚舞耱辩。今瑟兴妁瓷技零产堑一一手往鼓本 ( c h i r o t e c l m o l o g y ) 正在悄然兴起 3 1 。 1 2 获褥手毪物质的方法 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文 第一章手性综述 除天然手性产物外，目前，获得对映体纯的化合物的途径有四种【2 1 。 ( 1 ) 拆分法 ( 2 ) 转化法 ( 3 ) 分子内 h h 2 c - 0 r r a h 吣 n h 2 手性传递法 峻 ( 4 ) 分子间手性传递法 【h 】 铲型铲 【h 】 【h 】+ = 汨h k 么士么一o h h r 丫 o h i h h 魄 第一种途径是拆分。这个方法产生5 0 无m对映体，除非有办法将它再循 环。显然这不是一种好办法。第二种途径是转化，用不改变原有手性的反应把原 料转化为手性产物。第三种途径是分子内手性传递。原料( 底物) 是手性分子， 2 郑朔大学2 0 0 5 矮硬士学整毕簸论文第一章学往稼述 起到手性辅助剂的作用，反应后新产生的手性中心的浆一种构型会占多数。第二 秘第三秘方法巾产骢豹络梭秘弧辩葙议，褥且必须是纯擘 量鹣，凌予手蛙源寄 限，因此应用范围受到了限制。第四种途径称为分子问孚性传递，在手性催化荆 的作用下，从间一种原料化合物分子可以产生多种产物手性化合物分子，它们的 缝秘窝嚣辩缎会憋完垒不疑。这是嚣懿墩好熬方法，瓣为一令手性壤纯裁分子， 能像酶在生物体系中的作用样，导致上百万手性产物分子的生成。因此，第四 种途径又称为不对称催化。 1 3 不对称催化 不对称壤稳霹分受不对称生耱酶穰像耪纯学疆佬。嚣铯学穰弦又霹分是有撬 众属催化和有机小分子催化。其中有机众属催化因其艨应条件温和、反应效率高 等特点，受到人们的广泛关注。不对称念成的概念早张1 0 0 多年前都已经提出。 避一术语是1 8 9 4 年e 。f i s c h e r 营次镬稿豹。并在1 9 0 4 年装m a r c k w a l d 掰定义。 现在我们可以给不对称合成下这样一个定义：“一个不对称合成是这样的一个反 应，在其中反废物分子整体巾盼一个对称的结构单位被一个试剂转化成一个不对 稼的单使，聪产生不等_ 蠡静澎钵异稳体产耱。”迄藏麓程手毪环凌巾，怒j 手稳 的原料转变成乎性产物。邀是根据不对称合成的反威过程具有不对称性来定义 购。通过不对称反应得到的产物一般都怒# 对称的和非外滇旋的。假也有少数例 锌，可鼓褥翻夕 滂旋静产物。手蛙催话潮参与下静 l l i 繇不对稔台藏怒释重要耱 方法。实践 难明，不对称会成是极有价慎的。在进行不对称全合成时，不对称反 应这一步应放在早期并考虑会聚合成的暇理。因为如聚仅是一种光学对映体是有 箱酶或有兴怒鹣，合成产秘瓣男一半露鬻就会被丢骞，这是一释浪费的方法。鬻 使它能被转化为有用的光学活性形态，也需要做大量的工作。故成猩尽可能早的 除段排除非想要豹光学异构体。自1 9 6 6 年n o z a k i 等人用席夫碱铜舷合物首次实 现了均葙不对称徨往静环褥烷伍良来鞠，遗过有瓤金耩镤纯裁透孬瀚不霹称獾像 反应成为近三十年来化学研究中最活跃的领域之一，并取得了很大的成功，相继 肖一批优秀舱不对称催化体系应用于工业生产中。例如，t a k a s a g o 公司利用 b i n a p - r h 藩纯亚胺静不对称菇梅证反殿技术 5 1 ，1 9 8 3 1 9 9 6 年冀滋产近3 万蟪 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文第一章手性综述 薄荷醇及其中间体，而仅消耗掉手性配体2 5 0 公斤；利用b i n a p r u 催化酮的不 对称氢化反应是生产b 内酰胺类抗生素类药物中间体的关键技术之一，年产量超 过4 0 吨；n o v a r t i s 公司运用t o g n i 和s p i n d l e r 的不对称氢化技术1 6 1 ，从1 9 9 6 年 开始生产以单一对映体为主的除草剂，年产量超过一万吨，在除草效率不变的情 况下，除草剂用量减少4 0 ，既节约了原材料，又减少对环境的污染；c h i r e x 公司运用j a c o b s e n 等人的环氧化合物动力学技术生产手性环氧化物和手性邻二 醇化台物，使该公司的生产成本大大降低 7 1 等等。由此可见，不对称催化技术是 未来手性药物等精细化学品合成的关键技术，而这一技术的巨大应用又进一步带 动了整个化学学科的发展。2 0 0 1 年的n o b e l 化学奖授予了m o n s a n t o 公司的 k n o w l e s 博士、名古屋大学的n o y o r i 教授和s c r i p p s 研究所s h a r p l e s s 教授，以表 彰他们在不对称催化研究方面所作出的卓越贡献。 n 4 郑州大学2 0 0 5 漏硕士学位毕业论文第一章竽性综述 c h i r e x 扣b u 1 4 手性催纯裁 b u t a 、一一p v 王薹 手性缳纯帮胃 ；是来自予天然的酶，也可以是入工会成的努予。通过酶催纯 的反应，邋常具有很高的选择性而得到一种手性分子的单一对映体，其缺点是适 用范围小，而获得菊一种对漱体比较溺难。而入工合成的手往分子催纯裁嬲可以 党服酶催化剂的缺点，有时院够达至q 甚至超过酶催化的水平。 手性分子德纯帮是国活性的众属中心朔手性醮体构成。金属中心决定催纯剂鹃复 成活性。争性配体则控制立体化学，即对映选择性。因此手性催化刹的设计既是 一个结构工程，又怒一个功髓工程。 对于不对称催化丽言，缀然不乏成功的先例，但是圈前所面临的问蹶仍然是 倦纯剂的效率和催化帮的通用性。尽管已经有成酉上千种优秀的手性分予催化剂 被合成出来，但没脊任何一种手性催化剂是通用的，而且是一种平性催化剂往往 必对一类或凡类反搬有效，撼至只能对一类反斑中的菜魑底物脊效。产物的光学 活性主要取决于催化剂的手性环境，掰催化剂的手性环境在很大程度上取决于手 能配体的髓质。因此新型手徽配体和新型手性催优剂的设计、含成就成了研究催 他不对称反应的永憾主题。 我们栩信，二十一世纪怒手性的馓纪，手性化合物将更为广泛地进入我们的 生活中。等性催化测更是县旃广阔的研究发展前途。 1 5 结论 综上所述，催化不对称反应是实现手性增值的最为有效的手段之一，催化不 对称合成是现代有机化学中最为活跃的研究领域之一。不对称催化的核心问题是 手性催化剂的设计与合成，而绝大多数手性催化剂是由中心金属和手性配体组成 5 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文第一章手性综述 的，因此手性配体的设计与合成是实现不对称催化的关键。 新型手性配体和新型手性催化剂的设计所遵循的原则是：催化效率和选择性 高、适用范围广、结构简单、原料易得、合成方便、容易回收、不污染环境。 6 郑鲥大学2 s 瘸联士学位攀鼗论文第一章手牲综述 参考文献： 【1 】尤田耙。警性化合物的现代研究方法【m 】合肥：中国科学技术犬学出版社， 1 9 9 3 ，6 - 1 0 【2 l 舅依蹇渗。不对称疆纯辩学与瓠逶鼙】。碧掌鹾泼2 1 1 0 2 ，& 3 6 3 * 3 7 2 。 【3 】戴立信，陆熙炎，朱光荧。手性技术的兴起【j 】掰学遵援1 9 9 5 ，6 ：1 5 - 2 3 【4 】n o z a k i , l ；m o f i u f i ，s ；t a k a y a , h ；n o y o r i ，r a s y m m e t r i ci n d u c t i o n i n c a r b e n o i dr e a c t i o nb ym e a n so fad i s s y m m e t r i cc o p p e rc h e l a t e j 。t e t r a h e d r o n l e t t 1 9 6 6 ，7 ( 4 3 ) ：5 2 3 9 5 2 4 4 【s 】a k r t a g a w a , s m e c h a n i s t i ca p p r o a c hf o rt h ek i n e t i c so ft h ed e c o m p o s i t i o no f n i t r o u so x i d eo v e rca l c i n e dh y d r o t a l c i t e s j t o p c a t a l1 9 9 7 ，4 ：2 7 1 - 2 7 4 。 f 6 】b l a s e f ，h u ；s p i n d l e r , en e wd i n o s a u rs i t e sc o r r e l a t e dw i t hu p p e rm a a s t r i e h t i a n p e l a g i cd e p o s i t si nt h es p a n i s hp y r e n e e s j t o p c a t a l , 1 9 9 7 ，4 ：2 7 5 - 2 8 2 p 】t o k u n a g a , m ；l a l t o w , j 鬟；k a k i n c h i ，鼓；j a c o b s e n ，e n a s y m m e t r i cc a t a l y s i s w i t hw a t e r ：e f f i c i e n tk i n e t i cr e s o l u t i o no ft e r m i n a le p o x i d e sb ym e a n so f c a t a l y t i ch y d r o l y s i s j s c i e n c e1 9 9 z2 7 7 ：9 3 6 9 3 8 7 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文 第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及应用 第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及其应用 第一节序言 环氧化反应是在烯烃或芳烃分子中碳一碳双键位置上引进原子氧形成环氧 三员环的反应，如下图2 1 所示：应用这一反应在实验室合成了一系列的环氧化 合物，并且有许多工艺在化学工业中形成了大规模的生产装置。 il c 3 2 c 图2 , 1 烯烃环氧化反应 1 8 5 9 年法国化学家c h a r l e s a w u r t z 首先发现2 氯菇醇与氢飘化钾反_ 陂得到 环筑乙烷，1 8 6 0 年c h a r l e s 氏w u r t z 实验室又从氯丙醇利褥环戴露烧。1 8 7 0 年锻 国化学家w _ m a r k o v n i k o f f 从丙烯经次氯酸化崴接制得氯丙醇，使得烯烃经过次 氯簸让再环氧弛，成为裁簧强氧豫会物豹常鼹方法。最早熬爝照催化环氧纯是 1 9 3 0 年法圜l c f o r t 催化剂公司发现的栽体银催化剂和氯气氧化忍烯。以上的研 究为今嚣环氧化会物豹丈援摸位工生产芏艺奠定了基础。例如1 9 2 2 年，美灏u c c 公闭进行环氧乙烷的半工业性生产，就是利用c h a r l e s 八w u r t z 的发现1 1 1 。由于 环甄基丞魏掇性襄环氯坪的张龙，环襞他合兹缀活泼，爨这是一类十分有翅的合 成中间体，广泛应用于石油化工，精细化工和有机合成q b 2 1 。从它们出发可以 合戏出诲多化工产蘸秘纯学熬，絮表舔活性裁、合成纤维、粘合列、润滠裁、纯 妆品等。而手性环氧化物相对于非手性环氧化食物具有更高的实际意义和经济价 馕，旋光瞧繇氧豫物是一类蘩要魏生爨活性纯套穆强4 1 势霉终为铁电滚晶 5 1 等有 机功能材料，其三员环上具有两个手蚀碳，通过选择性歼环和官就团转换可以方 便豹合残爨多糖毒傍篷戆手投健会麓鹣t8 j 。雀化学拆分，手性滚合成，不对稳 f 黻化等各类得到手性化合物的方法中，不对称催化是最经济和最有希望的。 8 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文第：章新的反威控制的手性相转移催化剂的合成及麻用 不对称合成主要包攒底物诱导的不对称合成和偻化刹诱导的不对称合成，鞭 其孛最具骞吸警l 力葶鞋竞争力的就是等性镁化剂诱导的不对称会成，糍只器溪鼹催 化量的手性化含物即可得到大摄的新的光学活性物质【9 】，现已成为当今国际化游 界研究静热门课题。近年来潜平往烯烃酌不对称环氧纯反应掰益受蓟入们盼蓬 税，其有光学活性酶环氧他物，是合成诲多天然产物、光学活裢材料、光学滔性 药秘等熬霪要骞捉合成串阂毒搴。入稍采墩了手魏碳滚转羧、酶撩稼誉砖黎环裁能、 裴黪催他不对嚣臻氧化、酶促凌力学据分、 # 辩键动力学捶分、色谱分离、包褰 分舞等多糖途径去获褥警蛙黟辍弦会物。毽迄今勇业，仅采用等洼碳滚帮皴生甥 氧化作用能够获得简产率、高对映选择性的光学滔性环飘化合物【1 0 】。对于不带 官熬团的简单烯烃尤其怒端烯的手健催化剂诱导的不对称环氧化反斑，依然是化 学界的裰富挑战性的课题。为此，许多化学家付出了艰苦的努力，并取得了实质 佳滋震。这类孕毪镶仡粼主要包括簪谴鑫藩# 潜、孚往鬻、争挂( s a l e n ) m n ( i n ) 化套物及生谚酶催化裁等。 1 1 篾单燧烃的不对称催化环氧化硬究进展【1 0 1 1 l 1 1 1 手性金属卟啉配体 金耩卧辩具存绕爨瓣毫子转移辘力，可敬蓬识多种反应，闵两对金| 嚣# 曝帮 手性金属卟啉的合成及性能的研究一寓是国内外仿生领域非常活跃的研究内容 之一，其巾 等性金属 啦模戥鳃胞色索p - 4 5 0 催化燎烃的不对称环氧化尤其弓f 人 注蟊阎。1 9 8 3 年，g r o v e s 等久由5 a ，1 0 8 ，1 5 a ，2 0 8 四邻氨基苯纂l 曝首次会域 了一类手性“p i c k e t ”撼簸状金属铁卧啉配合物，以p h i o 为氧化源，催化对氯 苯乙烯的举对称环氧化反应，环氧化产物的e 点缀达到了5 1 1 t 3 1 。此后，化学家 又籀继会箴了一些手槛焱属# 辩琵台纺，俸秀簿攀烯烃不对称环氧纯健韬裁，这 些手性催化剂按其形状w 分为柱状【1 3 l 、提篮状n 4 】、洞穴状 1 5 1 、双冠状【垌、黼带 状 1 7 1 等，从其手性基豳阿主要分为缀蒸酸及其襁嫩物类i 堋、联二萘及其衍生物 类【1 3 ，1 4 1 5 , i 6 , 1 9 , 2 0 窝洚球烷类等。张瑞簿入合成了舆有d 2 对称校的金属每e 啉氯 化物 r u v l ( l ) c h 卟嗽【2 ”，这种金属卟啉氧化物对于苯乙烯和反式- 1 3 甲基蔓| 芝乙 9 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及应用 烯具有较高的不对称选择性。如下图2 2 所示。另外，他们的研究表明温度降低 有利于产物e e 值的提高。 图2 2 张瑞的具有d 2 对称性的金属钌卟啉氧化物 r u ( l ) 0 2 h a l t e r m a n 等报道的第一类具有d 4 对称性的金属锰卟啉嗍，结构如下图2 3 所示。不仅稳定性和催化循环数大大改善( 催化芳香烯烃环氧化时，催化循环数 大于2 0 0 0 ) ，对映选择性也有所提高，苯乙烯、顺式b 甲基苯乙烯环氧化产物 e c 值分别为5 2 雨i 17 6 ，但对反式烯烃不对称环氧化e e 值较低，反式一b 一甲基 苯乙烯环氧化产物e e 值仅达到4 。 图2 3h a l t e r m a n 的具有d 4 对称性的金属锰卟啉 研究表明，金属卟啉类化合物的催化氧化性能除了和卟啉环上的电子云分 1 0 蓉一 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及应用 布情况有关外，还和与其配位的金属离子密切相关。人们往往选择铁、钴、锰、 钯等过渡金属为中心离子，这可能是由于这些金属离子的d 轨道上是半充满或全 空轨道【矧，容易与氧分子配位形成m 0 配键和促进0 o 键的断裂，有利于提高 催化剂的催化氧化活性。总之，金属卟啉虽然具有难以合成分离的缺点，但它性 质稳定，在某些端烯、顺式烯烃和反式烯烃环氧化方面具有较高的对映选择性， 其e e 值一般在5 以上，甚至达到9 0 以上，是目前烯烃不对称环氧化的一种 良好的催化剂。 1 1 2 手性酮配体 2 4 , 2 5 , 2 6 l 1 9 8 4 年，c u r s i 报道了第一个用手性酮催化的烯烃环氧化反应，其中反式甲 氧基苯乙烯环氧化产物的e e 值达到了2 0 1 2 7 1 。由此以后人们合成了多种类型的 手性酮来进行烯烃的不对称环氧化反应，其中较有成效的是杨丹、史一安等人合 成的手性酮配体。杨丹【2 8 ，2 9 l 等合成的手性酮配体结构式如下图2 4 所示。它们催 化反式二苯乙烯类化合物时，具有较好的立体选择性，产率最高达到9 5 ，e e 值最高达到9 5 。史一安等人合成了更为有效的催化反式烯烃环氧化的手性酮催 化剂1 3 0 , 3 1 , 3 2 ，其中从果糖酮得到的手性酮催化剂的对映体选择性效果最好，e c 值最高达到了9 4 。 _ h m ，e 冀t o c m s 妒，l 9 ，p y ，、 _ j 八厂、 vu 杨丹的手性酮配体 1 l 郑州_ 犬学2 0 0 5 届碗士学位毕业论文第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及应用 史安的手性酮配体 图2 4 较为成功鹩手幢酾配体 总鲍来谨手性酝倔合豁对于二取健烯烃和兰取代烯烃的不对称环氧纯驳褥 了令入鼓舞的进展，艇仍然存在戳下闯题需要解决：( 1 ) 减少催纯剂用量，一般 的用量较大，烯烃催化帮= 1 ：1 。1 ：1 3 时才有较好的手性诱导效果。( 2 ) 提高某些 三取代爝烃不对称臻畿纯产携的氛馕。( 3 ) 对予溃烯秘缺电_ 予俸系仍器发鼹虢 的催纯嗣，铡如果糖酮对瑞烯苯乙烯的不对称玮氧化产耪的e e ，值最高其褥 2 4 3 。 1 1 3 手性( s a l e n ) m n ( i h ) 催化剂圈 芋瞧过渡金嚣糍灸碱瑟台秘露耀襞健疆纯裁豹磅宠只辩m n ( i i o 酝念麓终 了大量撤道。相对于乎性过渡金属 啉配合物来说，手性( s a l e n ) m n o l l ) 配合物 合成简单，易控制配体的电子，立体因素，不对称中心更易予接近金属中心，在 繇氧纯戆立俸羟裁上蠢燹努熬效蘩。j a c o b s e n 磷究夺缀阁弱k a t s u k i 醪究夺缀【3 5 l 在1 9 9 0 年分别报邋合成了一种商效的不对称环氧化反威催化剂一一平性 s a l e n m n ( i i ) p f 6 ，他们利用手性1 ，2 - 二苯基乙= 胺衍生的s a l o n m n ( i i i ) p f 6 作为 镬蘧翔，避霉爝爱瓣琴瓣豫嚣氧纯茨瘦。该继繇潮是霾予疼夹簸类纯舍镌，楚瓣 端烯、惯式二取代烯烃、三取代烯烃和四取代烯烃的有效的环氧化催化剂，随后， j a c o b s e n 等人又对席炎碱类化合物的结构进行了傀化，合成了结构更为复杂，催 馥藏暴雯簿豹手淫s a l e n - m n 圆c l 鬣髂 3 6 1 ，其绫褥翔下霾2 毒爨示。 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文 第二章新的反应控制的手性相转移催化剂的合成及应用 s a l e n m n ( ) p f 6 j a c o b s e n d 、组的手性s a l e n m n 配体k a t s u k i , j 、组的手性s a l e m 配体 r 沁1 rr 2 s a l e n m n ( 1 1 1 ) c 1 j a c o b s e n d 、组的手性s a l e n - m n 配体 图2 5 手性( s a l e n ) m n ( m ) 催化剂 在此之后，类似的手性( s a l e n ) m n ( i i i ) 催化剂不断地被合成出来 3 7 1 。该类催 化剂对1 苯基环己烯不对称环氧化的结果最好的是e c 值到到了9 3 。但是对于 非共轭三取代烯烃只有低到中等的对映选择性，例如对1 甲基环己烯的环氧化只 有4 0 的e c 值。虽然手性( s a l e n ) m n ( i i o 配合物易于制备，但由于它在氧化剂 作用下容易分解，催化循环数受到了限制，如在氧化剂o x o n c ( 2 k h s 0 5 k h s 0 4 k 2 s 0 4 ) 作用下，金属催化剂和供电子配体有时易被脱色， 所以有人开始寻找更为合适的催化剂，来满足保持( s a l e n ) m n ( m ) 化合物催化活 性的温和条件。b u 4 n h s 0 5 季铵盐催化剂由b u 4 n h s 0 4 和o x o n e 制各而成【3 踟，它 易溶于有机溶剂，能在较温和条件下对烯烃进行不对称催化环氧化，它在一1 8 条件下氧化5 , 6 二氧5 h 苯并环庚烷，其产率和对映选择性都得到了提高，e e 值达到了9 0 ，并且对其它烯烃也得到了好的立体选择性，如在1 8 ，对1 , 1 - 二苯基丙稀进行环氧化，产物的e e 值为9 3 1 3 ”。 郑州大学2 0 0 5 届硕士学位毕业论文 第二章新的反应控制的手性相转移催化荆的合成及应用 1 1 4 其它 除以上三种类型的催化剂外，还有生物酶催化剂，其条件温和，立体专一性 强，也为目前某些烯烃环氧化比较常用的催化剂。 综上所述，不对称催化环氧化反应，受到许多因素的影响，如催化剂结构、 配体结构、金属离子种类，底物结构等。另外，溶剂、温度、溶液p h 值也会对 产物的化学收率和立体选择性造成影响。 1 2 具有官能团的烯烃的不对称催化环氧化研究进展 1 2 1s h a r p l e s s 催化体系 对于具有烯丙醇结构的官能团烯烃的不对称环氧化，s h a r p l e s s 等人发现在光 学纯的酒石酸二乙酯( d 】了d 或者酒石酸二异丙酯( d r p 3 3 存在下，能够进行烯 丙醇的对映选择性环氧化反应，即众所周知的“