（应用化学专业论文）手性Schiff碱配位Mn、V络合物催化硫醚不对称氧化反应研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 尽管人们对过渡金属络合物催化硫醚的不对称氧化反应已进行了广泛深入的研究， 然而，探索高效实用的催化硫醚氧化的不对称催化体系一直是催化和有机合成领域中最 受人关注的研究方向之一。我们设计合成了四个含有吡咯烷骨架的s a l e n m n ( 1 l i ) 络合物 和八个手性s c h i f f 碱配体。通过承、hn m r 、m s 和元素分析等测试手段对络合物和 配体结构进行了表征。以合成的s a l e n m n ( i i i ) 络合物和v o ( a c a c ) 2 s c h i f f 碱为催化剂， 分别以亚碘酰苯( p h l o ) 和双氧水( h 2 0 2 ) 为氧化剂，在不同的反应条件下考察了这两类催 化体系在硫醚不对称催化氧化中的催化性能。 以含有吡咯烷骨架的s a l e n m n ( i i i ) 络合物为催化剂，p h i o 为氧化剂，在催化硫醚的 不对称氧化中得到了中等活性、高化学选择性和较低的对映选择性。极性溶剂对此反应 的对映选择性略有影响。其中，对于底物苯甲硫醚，在t h f 溶剂中取得了较好的对映 选择性；对于缺电子硫醚，在c h 3 c 0 2 e t 溶剂中给出了较高的对映选择性。添加剂4 一苯 基毗啶氮氧化物( p p n o ) 或三甲基氧化氨( m n o ) 对产物的对映选择性略有改善。除此以 外，我们考察了催化剂毗咯烷骨架n 原子上取代基的立体效应对催化反应的影响，随着 取代基团体积的增大，产物的e e 值有较明显提高。据此我们提出了这类催化体系催化 氧化硫醚的反应机理。 由廉价的手性氨基醇与3 , 5 一二溴或3 ，5 一二碘水杨醛缩合得到的配体和v o ( a c a c ) 2 原 位形成的催化体系，在1m 0 1 的催化剂( v o ( a e a c ) 2 配体= 1 2 ，摩尔摩尔) 存在下，用 h z o z 作为氧源，室温下对芳基甲基硫醚的不对称催化氧化显示了很高的收率和化学选择 性、中等至较高的对映选择性。与由( 回一苯丙氨醇和( r ) 一亮氨醇合成的配体相比，由( 回 缬氨醇得到的配体给出了更好的对映选择性。其中3 ，5 一二碘水杨醛和( 研一缬氨醇缩合得 到的配体，在缓慢滴加h 2 0 2 的条件下，以苯甲硫醚和对溴苯甲硫醚为底物时，c e 值分 别提高到8 8 和9 2 。研究表明，向v o ( a e a e ) 2 s c h i f f 碱催化体系中加入羧酸或其盐类 化合物并不能提高催化剂的催化性能。 关键词：不对称氧化；s a l e n m n 络合物；s e h i f f 碱；钒催化剂；手性亚砜 量堡! ! 堡堕堕里垡些：竺鱼竺堡些堕墅至型整墨些垦鏖翌窒 a s y m m e t r i co x i d a t i o no f s u l f i d e sc a t a l y z e db y c h i r a ls c h i f fb a s e - m na n dvc o m p l e x e s a b s t r a c t a l t h o u g hc a t a l y t i ca s y m m e t r i co x i d a t i o no fs u l f i d e sh a sb e e ne x t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e d u s i n gt r a n s i t i o n m e t a lc o m p l e x e so fv a r i o u sc h i r a ll i g a n d sa sc a t a l y s t s s of a r ，t h e d e v e l o p m e n to fh i g h l ye f f i c i e n ta n dp r a c t i c a l c a t a l y s t sf o rt h i st y p eo fr e a c t i o n si s s t i l la n i n t e r e s t i n gc h a l l e n g ei nm o d e mc a t a l y t i ca n ds y n t h e t i cc h e m i s t r y f o u rc h i r a l ( p y r r o l i d i n e s a l e n ) m n ( i i i ) c o m p l e x e sa n de i g h ts c h i f f - b a s el i g a n d sa r es y n t h e s i z e d t h es t r u c t u r e so f p r e p a r e dl i g a n d sa n dc o m p l e x e sa r ec h a r a c t e r i z e db ym a n ya n a l y t i c a lm e t h o d ss u c h a si r ，m s hn m ra n de l e m e n t a la n a l y s i s u n d e rd i f f e r e n tr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h ec a t a l y t i c p e r f o r m a n c e si nt h ea s y m m e t r i co x i d a t i o no f s u l f i d e sa r ee x p l o r e du s i n gt w oc a t a l y t i cs y s t e m s ， c h i r a l ( p y r r o l i d i n es a l e n ) m n ( i i i ) c o m p l e x e sa n dv o ( a c a c ) 2 s c h i f f b a s e s ，w i t hp h i oa n dh 2 0 z a so x i d a n t sr e s p e c t i v e l y w i t has e r i e so fc h i r a l ( p y r r o l i d i n es a l e n ) m n ( i i i ) c o m p l e x e sa sc a t a l y s t sf o ra s y m m e t r i c o x i d a t i o no fa r y lm e t h y ls u l f i d e s ，m o d e r a t ea c t i v i t y ，g o o dc h e m i c a ls e l e c t i v i t ya n dl o wt o m o d e r a t ee n a n t i o s e l e c t i v i t ya r ea t t a i n e du s i n gp h i oa so x i d a n t e n a n t i o s e l e c t i v i t yo fs u l f i d e o x i d a t i o ni sa f f e c t e ds l i g h t l yb yp o l a rs o l v e n ta n dt h es u l f o x i d a t i o nc a r r i e do u ti nt h ff o r t h i o a n i s o l ea n di nc h s c 0 2 e tf o re l e c t r o nd e f i c i e n ts u l f i d e sg i v eb e t t e re n a n t i o s e l e c t i v i t i e s t h ea d d i t i o no ft h ed o n o rl i g a n ds u c ha s4 - p h e n y l p y r i d i n en - o x i d e ( p p n o ) o rt r i m e t h y l a m i n e n - o x i d e ( m n o ) e x h i b i t sam i n o rp o s i t i v ee f f e c to nt h ee n a n t i o s e l e c t i v i t y a l s ow ei n v e s t i g a t e t h es t e r i ce f f e c to ft h e n s u b s t i t u e n ti nt h eb a c k b o n eo f ( p y r r o l i d i n es a l e n ) m n ( i i i ) c o m p l e x e so nt h ee n a n t i o s e l e e t i v i t yo fs u l f i d eo x i d a t i o n a ni n c r e a s ei n t h es i z eo ft h er g r o u po nt h ena t o mo ft h e ( p y r r o l i d i n es a l e n ) m n ( i i i ) c o m p l e x sl e a d st o a l lo b s e r v a b l e i n c r e a s ei nt h ee n a n t i o s e l e c t i v i t y t h es u l f i d e s a c c e s sp a t h w a yi sd i s c u s s e db a s e do nt h e c a t a l y t i cr e s u l t s t h ec a t a l y t i c s y s t e m o fv o ( a c a c ) 2a n dc h i r a ls c h i f fb a s el i g a n d s ，d e r i v e df r o m 3 , 5 一d i b r o m o o r3 , 5 一d i i o d o s a l i c y l a l d e h y d ea n di n e x p e n s i v ec h i r a la m i n oa l c o h o l s ，d i s p l a y s g o o dy i e l d sa n dm o d e r a t et oh i g he n a n t i o s e l e c t i v i t i e sf o rt h ea s y m m e t r i co x i d a t i o no fa r y l 大连理工大学硕士学位论文 m e t h y ls u l f i d e sa tr o o mt e m p e r a t u r eu s i n g1m 0 1 c a t a l ”t ( v o ( a c a c ) 2 ：l i g a n d 。1 ：2 m o l m 0 1 ) w i t hh 2 0 2a so x i d a n t t h el i g a n d sd e r i v e d 舶ms - v a l i n o lg i v ec o n s i d e r a b l yh i g h e r e n a n t i o s e l e c t i v i t yt h a no t h e r sd e r i v e df r o ms - p h e n y l a l a n i n o la n dr l e u c i n 0 1 m o r e o v e r ，t h ee e v a l u e sc a nb ei m p r o v e du pt o8 8 f o rm e t h y lp h e n y ls u l f o x i d ea n d9 2 f o rm e t h y l p - b r o m o p h e n y ls u l f o x i d eb ys l o wd r o p w i s e a d d i t i o no f h 2 0 2w i t ht h el i g a n dp r e p a r e df r o m s - v a l i n o la n d3 , 5 一d i i o d o s a l i c y l a l d e h y d e p r e s e n ts t u d i e ss h o wt h a tt h ec a t a l y t i cp e r f o r m a n c e o fv o ( a c a c ) 2 s c h i f fb a s es y s t e mc a nn o tb ei m p r o v e db ya d d i t i o no fc a r b o x y l i ca c i d so r c a r b o x y l a t es a l t s k e yw o r d s ：a s y m m e t r i co x i d a t i n ；s a l e n - m nc o m p l e x e s ；s c h i f fb a s e s ；v a n a d i u m c a t a l y s t ；c h i r a ls u l f o x i d e s 大连理工大学硕士学位论文 口 光学纯的手性亚砜是不对称合成中广泛使用的一种重要的手性辅助试剂和手性合 成子，也是许多药物中的生物活性基团，同时还可以作为有用的手性配体应用于对映选 择性催化反应中。大量研究发现，潜手性硫醚的不对称氧化是获得光学活性亚砜最有效 的途径。因此，探索高活性、高化学和对映选择性的硫醚不对称氧化催化体系一直是催 化和有机合成领域中最受人关注的研究方向之一。其中，手性过渡金属络合物催化体系 由于具有结构明确、可以通过改变配体结构和中心金属调控催化体系的活性、选择性和 稳定性的特点而成为研究热点。自从1 9 8 4 年，k a g a n 和m o d e n a 同时报道了四异丙氧基 钛( t i ( o i p r ) 。) 和手性配体形成的催化体系催化硫醚的不对称氧化反应之后，二十多年 来，人们对过渡金属催化剂不对称氧化潜手性硫醚的研究已取得了不少成果。目前文献 报道的硫醚不对称氧化过渡金属催化体系按照手性配体分类主要包括：c 2 对称二醇 一t i ( 包括k a g a n 和m o d e n a 催化体系) 、c 3 对称氨基三醇m ( m = t i ，z r ) 、s a l e n ( s a l a n ) - m ( m = t i ，m n ，v ，n b ) 、卧啉一m ( m = f e ，v l n ) 和手性s c h i f f 碱一m ( m = v ，f e ) 催化体 系。 由于s a l e n 金属配合物与金属卟啉有着类似的结构，长期以来，s a l e n 金属配合物一 直备受化学家的瞩目。许多金属离子都可与s a l e n 配体形成络合物。其中，阳离子 s a l e n m n ( i i i ) 络合物被证明对于多种有机合成反应都是十分有效的催化剂。j a c o b s e n 和 k a t s u k i 的研究小组于1 9 9 0 年分别报道了手。眭- s a l e n m n ( i i i ) 络合物的合成，在不对称催化 中得到了较好的对映选择性( 7 8 e e ) 。j a c o b s e n 设计了以环己二胺为手性源的s a l e n 配 体，与金属m n 配位后，以价廉易得的绿色氧化剂h 2 0 2 为氧源，在硫醚的不对称氧化中， 显示了中等的化学产率和对映选择性。由于该配体合成简单、收率和化学纯度都很高， 而且也显示了一定的对映选择性，因此，这类配体引起了人们的高度重视。随后出现的 催化硫醚不对称氧化的s a l e n 配体都是围绕该配体而进行的。 1 9 9 5 年，b o l m 等人报道了一种催化性能良好且非常实用的硫醚不对称催化氧化体系 - - v o ( a c a c ) d s c h i 卿或体系。2 0 0 3 年，他们又报道了类似的f e ( a c a c ) 3 s c h i 嘁催化体系。 这类催化体系具有许多优越之处：手性配体结构简单，催化剂的高化学选择性和对映选 择性，采用价廉易得的绿色氧化剂h 2 0 2 作为氧源，反应条件温和。因此，近几年来这一 催化体系引起人们的广泛关注。b o l m 体系的另外一个优点是产物亚砜的高对映选择性来 源于体系对硫醚的不对称氧化，而不是来自对亚砜的动力学拆分。然而，b o i r n 体系仍存 在催化活性不高、原料价格昂贵、尤其是f e ( a c a c ) 3 s c h i f 蹴体系中硫醚的转化率较低以 及对底物的普适性不好等缺点。 手性s c h i f f 碱配位m n 、v 络合物催化硫醚不对称氧化反应研究 我们于2 0 0 4 年开始与瑞典a s t r a z e n e c a 带l l 药公司( 世界第三大制药公司) 合作开展了 对潜手性硫醚不对称氧化反应的研究( 其中，在a s t r a z e n e c a 带l j 药公司总销售值最高的治 疗胃肠道的药物n e x i u m 和l o s e c 的主要成分分子结构中都含有手性亚砜基团) 。首先，我 们参考了j a c o b s e n 催化剂的分子模型，合成了含有吡咯烷骨架的s a l e n m n ( i i i ) 络合物，这 类化合物在进行烯烃不对称环氧化反应中显示了很好的对映选择性。同时，在分析对比 b o l m 体系优缺点的基础上，我们从价廉易得的天然手性氨基酸出发，设计合成了具有单 手性中心的n 0 2 三齿配体。这两类催化体系在催化硫醚不对称氧化反应中均显示了一定 的对映选择性，尤其是第二类催化体系在与b o l m 催化体系类似的反应条件下，在催化硫 醚的不对称氧化反应中显示了很高的收率和化学选择性、中等至较高的对映选择性。这 些研究结果具有一定的理论意义和应用前景。 本论文对含有吡咯烷骨架的s a l e n m n ( i i i ) 络合物和v o ( a c a e ) 2 s c h i f f 碱体系催化硫 醚不对称氧化反应进行了研究，主要内容分为两部分：一、合成了四个含有吡咯烷骨架 的s a l e n m n ( i i i ) 络合物，考察了不同条件下，此类s a l e n m n ( i i i ) 络合物对芳基甲基硫醚 不对称氧化反应的催化性能，并对催化反应机理进行了探讨；二、设计合成了八个手性 s c h i f f 碱配体，研究了这类配体与v o ( a c a c ) 2 组成的新的催化体系在h 2 0 2 存在下对芳基 甲基硫醚不对称氧化反应的催化性能，并考察了添加剂羧酸或羧酸盐化合物对反应催化 性能的影响。 大连理工大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 引言 手性是一切生命的基本特征。构成生命体系的大多数生物大分子的重要构件仅以单 一的对映体形态存在。除了光学活性( 旋转平面偏振光的方向) 存在差异外，手性对映体 具有完全相同的化学性质和物理性质。因此，当不存在外部的手性环境时，手性对映体 常被看作是同一物质。然而，在手性环境下，对映体与手性环境是以手性的方式相互作 用的。这样，对映体在性质上往往表示出差异，有时甚至表现出截然不同的性质。例如， 僻) 天冬酰胺有甜味，而其对映体( 一天冬酰胺则是苦的：又如天然的( ) 一尼古丁的毒性 要比( + ) 一尼古丁大得多；广泛应用于农业的手性杀虫剂和植物生长调节剂同样表现出强 烈的生物识别作用。 随着人们对手性识别过程和对映体在手性环境中性质认识的深入，对参与生命活动 过程的手性化合物，如医药、农药、香料等精细化学品的商品化提出了越来越严格的要 求。许多药物不允许再以消旋体形式上市，再加上手性药物显著的高附加值，手性药物 ( 包括农药) 已经成为制药与精细化工业关注的焦点。因此，获得光学纯物质，已经成为 当代化学家所面临的最具有挑战性的任务之一。长期以来，人们只能从天然产物中提取 单一的对映体药物，或用生物酶催化方法合成。如用一般的化学方法合成得到的是外消 旋体，还需经过繁琐的化学拆分。不对称合成开辟了从非手性物质人工合成手性产物的 新途径。 在众多的不对称合成反应中，人类获取具有生物活性和特殊物质的光学纯化合物的 最有发展前途的是不对称催化法。它具有手性增殖、高光学选择性、经济性和易于工业 化等优点。催化对映选择性反应可以通过少量的手性催化剂获得大量的光学纯产物。因 此，高效不对称催化体系和新型不对称催化反应一直是催化和有机合成领域中最受人关 注的研究方向之一。近三十年中，许多手性过渡金属催化体系被成功地用于医药、农药、 香料、昆虫信息素和手性试剂等高附加值精细化学品的工业生产中。 在不对称催化领域中，硫醚的不对称氧化反应一赢受到广泛的关注。通过对硫醚的 不对称氧化可以得到光学纯的手性产物一亚砜。光学纯的手性亚砜不仅是许多药物中的 生物活性基团，而且可以作为不对称合成中的手性辅助试剂和手性合成子，同时还可以 作为手性配体用于对映选择性催化反应中【1 川。因此，它们的立体选择性制备具有较大 的理论意义和实际意义。 手性s c h i f f 碱配位m n 、v 络合物催化硫醚不对称氧化反应研究 迄今为止，制备光学活性亚砜的最有效方法是通过对映选择性的催化氧化潜手性 硫醚，而生物酶和手性过渡金属络合物是高效的对映选择性催化剂。然而，生物酶价格 高、稳定性差、应用底物有限、选择性难以调节等不尽人意之处使生物酶催化体系的应 用受到限制。除酶催化以外，直到1 9 8 4 年，人们才找到了手性过渡金属络合物不对称氧 化硫醚的催化体系，即k a g a n 和m o d e n a 同时报道的改良i 拘s h a r p l e s s 不对称催化氧化体系。 这种氧化体系成功地对一系列硫醚进行不对称氧化，并取得了很高的对映选择性。许多 研究小组相继在这一领域进行了广泛深入的探索研究，并成功地开发了一系列手性金属 络合物催化体系，包括c 2 对称的二醇( 包括k a g a n 和m o d e n a 催化体系) 和c 3 对称的氨基三 醇的金属络合物( t i ，z r ) 、金属s a l e n ( s a l a n ) 络合物( t i ，m n ，v ，n b ) 、卟啉金属络合物( m n ， f e ) 、手性s c h i f 碱一m ( v ，f e ) 及其它的手性金属络合物催化剂。这些催化体系用于硫醚 的不对称氧化都取得了一定的进展，现对硫醚的不对称催化氧化的研究状况作一介绍。 1 2 改良的s h a r p l e s s 催化体系 1 2 1k a g a n 催化体系 1 9 8 4 年，k a g a n 等尝试向s h a r p l e s s 体系 t i ( o i p r ) 4 ：( + ) d e t = i ：1 ，t b h p 中加入一 当量的水，氧化对甲苯甲硫醚时，获得了高光学纯度的亚砜( 8 4 9 0 e e ) 睁j 。k a g a n 体系 的最优条件是： t i ( o i p r ) 4 ：( r ，r ) 一d e t ：h 2 0 = 1 ：2 ：1 ( 摩尔比) ，以二氯甲烷作溶剂， 反应温度为一2 0o c ，化学计量的钛络合物作催化剂【6 ”。当用枯烯过氧化氢( c h p ) 代替叔 丁基过氧化氢( t b h p ) 作氧化剂，同时在催化剂形成之前加入分子筛，可以实现2 0 m 0 1 催化剂量的氧化，而且不影响反应的对映选择性 8 】。k a g a n d , 组进一步研究发现：用 t i ( o i - p r ) 4 ：僻鼻) d e t ：i - p r o h = 1 ：4 ：4 ( 摩尔比) 和4 a m s 代替原来的体系，c l i p 作氧 化剂时，可以实现1 0m 0 1 催化剂量的硫醚不对称氧化，产物亚砜的对映选择性提高到 9 5 e e l 9 ，1 们。 根据实验事实，k a g a n 确立了在不对称氧化中产物的绝对构型与手性配体的绝对构 型之间的关系。用，月) 一d e t 作配体，得到职) 一亚砜，用 $ 一d e t 时则得到亚砜。 k a g a n 体系在催化氧化含有两个大的立体空间位阻取代基的硫醚底物时，得到了很 低、甚至没有对映选择性的氧化产物亚砜。1 9 9 6 年，a s t r a a k t i e b o l a g 研究小组首次报道 了通过在k a g a n 体系中添加有机碱二异丙基乙胺 ( f p r ) 2 n e t 成功实现了对含有两个大空 i 剞位阻的取代基且含有苯并咪唑或咪唑类硫醚底物的催化不对称氧化”，其对映选择 性高达9 4 e e 。 4 大连理工大学硕士学位论文 1 2 2m o d e n a 催化体系 19 8 4 年，m o d e n a 1 3 与k a g a n n 时报道了利用改良的s h a r p l e s s 不对称环氧化体系成功 地进行了潜手性硫醚的不对称氧化。m o d e n a 体系的最优条件是：化学计量的钛络合物 t i ( o i p r ) 4 ：佃，r ) d e t ：t b h p = 1 ：4 ：1 ( 摩尔比) 作催化剂，反应温度为2 0o c ，以甲 苯或1 ，2 - 二氯乙烷作溶剂【1 4 】；反应的收率和对映选择性与k a g a n 体系基本一致，而且产 物的绝对构型也遵循k a g a n 的经验规律。 目前，k a g a n 体系对映选择性氧化的机制仍然不清楚。由于氧化产物亚砜和配体d e t 的绝对构型有高度相关性，可以推测：在氧化体系 t i ( o i - p r ) 4 ：僻，尺) - d e t ：h e o = 1 ：2 ：1 中，催化活性组分是通过一个玎氧桥连接的钛活性二聚体1 ；而在氧化体系 t i ( o i p r ) 4 ： 俾皿) d e t ：i - p r o h = 1 ：4 ：4 和4 am s 中，催化活性组分是含有一个异丙醇分子的钛络 合物单体2 。m o d e n a 体系所形成的过渡态与k a g a n 体系是一致的，均形成了通过一个” 氧桥连接的钛活性二聚体1 。 x 2 x = o i - p re = c 0 0 - p r 图1 1k a g a a - m o d e n a 催化体系可能的催化活性组分 f i g 1 1p o s s i b l e a c t i v es t r u c t u r e so f t h e k a g a n - m o d e n ac a t a l y t i es y s t e m 1 9 9 9 年，p o t v i n d 、组用n m r 对k a g a n m o d e n a 催化体系进行仔细研究认为催化活性中 间体很可能是3 ，而不是1 或2 ”1 。 手性s c h i f f 碱配位m n 、v 络合物催化硫醚不对称氧化反应研究 1 3 其它c 2 对称性的手性钛催化体系 总结k a g a n 体系和m o d e n a 体系在催化硫醚不对称氧化已有成果的基础上，人们相继 在这一领域进行了广泛深入的研究。其中，u e m u r a 等用光学纯的联二萘酚作手性配体来 催化硫醚的不对称氧化是一个重大的突破。接下来，许多研究小组根据u e m u r a 倒k 系提出 了不同的具有c 2 对称性的手性钛催化氧化体系并都取得了一定的进展。 1 3 1 以联二萘酚及其衍生物为手性配体 1 9 9 2 年，u e m u r a d x 组用光学纯的联二萘酚4 作手性配体对潜手性硫醚的不对称氧化 进行研究，获得了令人满意的结果【1 6 1 1 7 j 。在体系 s u l f i d e ：( 丑) ( + ) b i n a p h t h o l ：t i ( o i p r ) 4 ： 1 - t 2 0 = 0 5 ：o 0 5 ：0 0 2 5 ：o 5 ( 摩尔比) 中，用c c h 作溶剂，于室温氧化对甲苯甲硫醚， 产物亚砜的e e 值达9 6 俾) 。高选择性的获得主要来自于氧化阶段的不对称诱导和随后进 行的动力学拆分两部分，第一阶段亚砜的选择性约5 0 e e ，随后进行的动力学拆分使亚 砜的选择性进一步升高，并且发现水在反应体系中的存在不仅有利于获得高的对映选择 性，而且有利于维持催化剂高的催化活性。 b o l r n d x 组用联二萘酚的甾体化合物 3 3 5 和( r ，曲6 作手性配体在1 0m 0 1 催化剂量 和匹配溶剂t h f 中对系列硫醚的不对称氧化进行研究，获得了中等化学收率( 4 3 7 8 ) 和较高对映选择性( 8 5 9 2 e e ) 的亚砜【1 8 1 。产物的构型是由甾体环上的手性中心的构型 控制，而不是萘环的轴手性的构型控制。用 3 3 5 和僻，跏6 作配体对对甲苯甲硫醚进行 氧化均得到( 回一构型的亚砜，且 固5 优于似，固6 。研究还表明该体系中没有明显的砜生 成，说明不是动力学拆分来提高反应的对映选择性。 4 图1 2 联二萘酚及其衍生物配体 f i g 1 2b i n a p h t h o la n di t sd e r i v a t i v el i g a n d s 通过在芳环上引入吸电基团合成了c j 对称的轴手性配体3 ，3 一( n o ) 2 h g b n o l ( 7 ) 1 9 j 和f 8 b 斟o l ( 8 ) 【2 0 】。它们的钛络合物催化硫醚得到亚砜的构型均与b i n o l 体系的相反。 6 大连理工大学硕士学位论文 在不对称催化氧化对甲苯甲硫醚时，以c h p 为氧化剂，配体7 给出了( 固一构型的亚砜，对 映选择性达到8 6 e e 。然而，联二萘酚氢化后得到的配体9 在类似的反应条件下给出了 ( 尺) 一构型的亚砜，e e 值仅有1 0 。同样的，配体8 在氧化对甲苯甲硫醚时，也给出了( 构型的亚砜。他们发现配体和钛的摩尔比在反应中起到了至关重要的作用。当比例为1 ：1 时，反应得到的是外消旋的亚砜；当比例为2 ：1 时，得到对映选择性为6 1 e e 的亚砜；进 一步增加比例对反应的对映选择性没有任何影响。若氧化剂为c h p 且向反应中加入2 倍 量的水，产物的对映选择性增加到8 6 e e 。 噩帮：$ ： 1 3 2 以1 ，2 - - - 苯基z ；- 醇和取代的1 ，2 一二苯基乙二醇为手性配体 1 9 9 7 年，r o s i n i 、组首次利用1 0m 0 1 的僻，r ) 一1 ，2 一二苯基乙二醇( 1 0 ) 作手性配体， t b h p 作氧化剂进行硫醚的不对称催化氧化研究 2 1 - 2 4 】。在优化条件下： s u l f i d e ：( & 1 0 ： t i ( o i p r ) 4 ：h 2 0 = 1 ：o 1 ：0 0 5 ：1 ( 摩尔比) 及2 摩尔分数氧化齐i j t b h p ( 7 0 水溶液) ，反 应温度为0o c ，n 2 氛围且以c c l 4 作溶剂，得到了构型的亚砜。对于芳基烷基硫醚，能 得至j 2 0 8 0 e e 的对映选择性；而对于芳基苄基硫醚( 用配体5 钛络合物仅取得了5 e e 的 对映选择性) ，能获得高达9 2 9 9 e e 的对映选择性且化学收率达6 0 7 3 的产物。1 9 9 8 年，r o s i n i 等人合成了在芳环对位上带有强吸电基c f 3 的配体1 1 以及带有给电基m e o 的配 体1 2 ，以此来考察芳环上取代基对反应催化性能的影响。研究表明，在芳环上无论是连 有强给电基还是强吸电基，反应的化学和对映选择性均有所降低。以对甲苯甲硫醚为底 物时，配体1 0 取得了8 0 e e 的对映选择性，而配体1 l 和1 2 分别给出2 6 e e _ 币1 2 4 8 e e 的对 映选择性。而且，配体1 1 给出了( r ) 一构型的亚砜。同样的手性骨架，只是由于在苯环上 取代基的不同导致了不同的对映选择性甚至是相反的构型，这可能是由于c f 3 和m e o 的 存在，配体1 1 和1 2 与钛形成了新的钛络合物中间体。 手性s c n f f 碱配位m n 、v 络合物催化硫醚不对称氧化反应研究 1 0 f f 3 图1 41 , 2 二苯基乙二醇及其衍生物配体 f i g 1 41 , 2 - d i p h e n y l e t h a n e 一1 ，2 - d i o l sa n di t sd e r i v a t i v el i g a n d s y a m a m o t o d 、组用具有相同构型的手性二醇1 2 ，1 3 作配体，在化学计量的催化剂存 在下对对甲苯甲硫醚进行不对称氧化，出于苯环上甲氧基的位置差异而导致产物亚砜的 构型相反，用配体1 2 得俾) 一构型的产物亚砜( 4 9 e e ) ，而用配体1 3 得( 构型的产物亚砜 ( 8 4 e e ) 2 3 , 2 4 。 1 3 3 以2 ，2 ，5 ，5 一四甲基一3 ，4 一己二醇为手性配体 1 9 9 7 年，i m a m o t o d 、组用( 3 s , 4 s ) 一1 4 作配体，在甲苯和4 a 分子筛作用下用c h p 氧化 对甲苯甲硫醚获得4 0 的收率和9 5 e e 的产物亚砜，同时有4 0 的砜产生f 2 “，这说明 其机理和u e l n u r a 的催化氧化体系一样，高的对映选择性主要来自于氧化阶段的不对称 诱导和随后进行的动力学拆分。可是，具有c 2 对称的手性二醇配体1 5 和1 6 应用于钛络 合物催化硫醚不对称氧化时，催化活性和对映选择性均降低【2 6 1 。其中，配体l s 给出了 中等产率( 6 6 ) 和较低的对映选择性( 仅有1 5 e e ) 。配体1 6 在催化氧化硫醚时，得到 的却是外消旋的亚砜产物。 1 4 o h o h o h 0 h 1 6 o h o h 图1 5 其它c 2 对称的手性二二醇配体 f i g 1 5o t h e ro p t i c a l l yc 2 - s y m m e t r i c1 , 2 一d i o l sl i g a n d s 1 4 具有c 3 对称性的手性金属催化体系 具有c 2 对称性的手性二醇一钛催化体系在进行硫醚不对称催化氧化时，催化剂的催 化效率较低，即催化剂的t o n 值比较小。为了克服其缺点，l i c i n i d x 组设计了一种新型 大连理工大学硕士学位论文 的具有c 3 对称性的手性氨基三醇配体。此配体分别与金属t i ( i v ) 和z r ( i v ) 络合生成高效的 催化剂，但因动力学拆分存在导致亚砜的收率较低。 1 4 1 具有c 3 对称性的手性氨基三醇一t i ( i v ) 催化体系 1 9 9 6 年，l i c i n i , b 组设计了具有c 3 对称性的手性氨基三醇配体1 7 。当用5m 0 1 钛络 合物作催化剂，c h p 作氧化剂，在催化氧化芳基烷基硫醚时，根据底物芳环上取代基的 不同得到对映选择性为1 5 8 4 e e 的亚砜产物，然而却伴有大量砜的产生( 高达7 4 ) 2 7 1 。 这说明产物亚砜的对映选择性来自于不对称诱导和动力学拆分的共同贡献。 通过动力学研究和理论计算推断催化活性组分2 0 具有双亲核性。一方面作为硫醚的 亲电性氧给体；另一方面，作为亚砜的亲核性氧给体，而且在催化氧化硫醚过程中，亲 核性起主导作用【2 ”。l i c i n i 等进一步研究发现催化剂的形成机制为：( 1 ) 催化剂的结构与 金属t i ( 1 v ) * l l 配体1 7 的配比有关，当过量配体1 7 存在时，形成多核聚集体1 9 ，并由过量 的氨基三醇配体1 7 桥合多个钛单体所组成：( 2 ) 在过量氧化齐u c h p 作用下，单核1 8 和多 核聚集体】9 都转化为催化活性中间体2 0 ( 图1 6 ) p 9 , 3 0 。 刚c i u 舞l - r - i刚 务一 1 、鹫 1 7 er = m e br = p h cr = t - b u p o l y n u c l e a r a g g r e g a t e s 1 9 图1 6 手性氨基三醇一钛( i v ) 络合物催化的硫醚氧化机理 f i g ，16m e c h a n i s mi ns u t f o x i d a t i o nb yc h i r a lt i ( i v ) - t r i a l k a n o l a m i n ec a t a l y s t 1 4 2 具有c 3 对称性的手性氨基三醇- z r ( w ) 催化体系 1 9 9 9 年，“c i n i 和n u g e m 小组首次报道了z r ( i v ) 催化的硫醚不对称氧化。利用c 3 对称 的手性配体1 7 b n l z r ( i v ) 生成了一种高效的催化剂2 2 ( 图1 7 ) 【3 l 】。研究表明无水条件下制 薹一 手性s c h i f f 碱配位m n 、v 络合物催化硫醚不对称氧化反应研究 备的催化剂2 1 几乎没有催化活性。然而，水合的z k i v ) 络合物2 2 却具有很高的催化活性。 利用2m 0 1 的催化剂2 2 ，可以得到对映选择性高达8 0 - - 0 0 e e 的亚砜产物。此外这种催 化剂具有高的底物普适性，对大量的芳基烷基硫醚均显示了较好的对映选择性，尤其是 对硫醚s 原子两侧取代基立体差异不大的底物也给出了高的对映选择性。研究还发现随 着催化剂量的增加，产物的对映选择性也得到了提高。 1 7 b f 5 h 。8 “83 f p p f “g z r 2 ( 13 b ) 2 ( n b u o ) ( o h n h 2 0 。 2 2n = 3 4 图1 7 手性氨基三醇一锆( ) 络合物的合成 f i g 1 7s y n f l l e s i so f c h i r a lz r ( w ) t r i a l k a n o l a r n i n ec a t a l y s t s 1 5 手性金属s a l e n ( s a l a n ) 络合物催化体系 s a l e n 是配体，n - b i s ( s a l i c y l i d e n e ) e t h y l e n e d i a m i n e 的缩写。s a l e n 配体通常是通过一 分子邻二伯胺和两分子的水杨醛脱水缩合制备的具有双s c h i f f 碱结构的化台物。由于其 金属配合物在电子结构和催化活性上拥有和金属卟啉相近的特性( 图1 8 ) ，从而作为细 胞色素p 。5 0 活性位点新的模型化合物而引起了化学家们的普遍若注。 4 n 、，n o m 。 m e t a l l o p o r p h y r i nc o m p l e x m e t a l l o s a l e nc o m p l e x 图1 8 金属卟啉和金属s a l e n 络合物的结构比较 f i g 1 8 t h es t r u c t u r a lc o m p a r a b i l i t y o f m e t a l l o p o r p h y r i na n d m e t a l l o s a l e nc o m p l e x e s 和卟啉类配合物相比，s a l e n 配合物具有如下几方面的优势：( 1 ) 卟啉配体中所有的 端基碳都是s p 2 杂化的而s a l e n 配体中的c 4 ，4 位有两个s p 3 杂化的碳原子，在这里选 l o 大连理工大学硕士学位论文 取适当的取代基，可以形成手性中心；( 2 ) 在c 3 ，3 位置上可以引入体积庞大的取代基或 手性基团，让这些立体基团离金属中心更近，致使s a l e n 配体在结构上作为不对称反应 位点的手性模板更为有利；( 3 ) s a l e n 配体在结构上易于修饰，合成路线相对简单，易于 制备，结合不同的金属可以用于种类繁多的催化反应；( 4 ) s a l e n 配合物可方便的与其它 功能性分子相连，构建新型多功能催化剂。 手性s a l e n 配体能和大多数金属形成四齿络合物，具有很好的不对称催化能力。近几 十年来，伴随着不对称合成的发展，手性金属s a l e n 配合物在不对称催化环氧化【3 2 、不 对称硫醚氧化【3 3 】、氮杂环丙烷化【3 4 1 、环丙烷化 3 5 】、杂d i e l s a l d e r 反应【3 6 】、s t r e c k e r 反应 【3 7 】、氢转移氢化删以及芳香醇动力学拆分1 3 9 1 等反应中显示出了非常好的不对称诱导效 果。 1 5 1 手性s a l e n t i ( i v ) 络合物催化体系 1 9 8 6 年，p a s i n i d , 组设计了一种手性s a l e n t i 络合物2 3 (