工作报告 - 南京大学

SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity1金属-salen配合物在不对称催化中的应用章文伟SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity2主要内容•金属-Salen配合物及其特点•金属-Salen配合物的合成•金属-Salen配合物的应用研究背景金属-Salen配合物在不对称催化中的应用SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity3研究背景手性及其特点自然界的普遍特征。当分子中存在不对称中心时，分子就存在对映异构体。对映异构体虽然从原子组成来看是一模一样，但其空间结构完全不同，并可能表现出极不相同的生物或生理现象。手性中心SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity4(S)-thalidomider（反应停）致畸剂(R)-thalidomider（反应停）镇静剂“反应停”事件：20世纪50年代末期，欧洲，海豹畸形儿。研究背景对映异构体所表现出的不同生理性质，是由于它们分子的立体结构在生物体内引起不同的分子识别造成的。SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity5天然产物提取外消旋体的手性拆分产生50%无用的对映体，是一种很不经济的办法。不对称合成用纯手性试剂通过与非手性底物的反应生成光学活性化合物，比对映体拆分法更经济、更直接。获得对映体纯化合物的主要途径SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity6不对称合成广义的定义(MorrisonandMosher):一个反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说，不对称合成是这样一个过程，它将潜手性单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。分类：非对映选择合成（diastereoselectivesynthesis）:由含手性单元的反应物（底物）分子与一个非手性的普通试剂反应，获得不等量的非对映体产物；对映选择合成（enantioselectivesynthesis）:由包含潜手性单元的反应物（底物）分子与一个手性试剂反应，生成不等量的对映体产物；双不对称合成（doubleasymmetricsynthesis）或双立体差异合成（doublestereodifferentiatingsynthesis）:手性反应物与手性试剂之间的择向性反应。SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity7不对称合成化学计量的不对称反应需要化学计量的手性试剂对环境污染大催化不对称反应仅需催化剂量的手性试剂反应条件温和立体选择性好绿色合成方法酶催化SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity8成功的不对称合成的标准:高的对映体过量（e.e.）;e.e.=[(E1－E2)/(E1＋E2)]×100％手性辅剂易于制备并能循环利用；可以制备R和S两种构型；最好是催化性的合成。迄今，能完成最好的不对称合成的，无疑应首推自然界中的酶。发展像酶催化体系一样有效的化学体系是对人类智慧的挑战。不对称合成SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity91,3-氢转移1984年,日本Takasago制药公司：例：不对称合成野依良治（RyojiNoyori）(s)-BINAP-Rh+(s)-BINAP-Rh+催化加氢是工业规模合成(-)-薄荷醇的关键步骤SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity10(s)-BINAP-Ru催化的选择性氢化的药物合成应用举例不对称合成SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity11不对称合成是有机化学合成的前沿领域。2001年诺贝尔化学奖授予了美国科学家威廉·诺尔斯（W.S.Knowles）、日本科学家野依良治（RyojiNoyori）和美国科学家巴里·夏普雷斯（K.B.Sharpless），以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩。研究背景不对称催化给制备对映体纯的手性药物和手性材料提供了崭新的机遇和挑战,展现出了良好的应用前景。关键：如何得到好的手性催化剂。SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity12金属-Salen配合物在不对称催化中的应用Salen：醛和氨缩聚可以生成一种碱类，由HugoSchiff发现，通常称为席夫碱。由两个相同的醛分子和一个二胺分子缩聚，生成的螯合席夫碱（Sali-cylaldehydoethylenediamine)，一般简称Salen。含有[O,N,N,O]结构OHR1R1R2R2H2NNH2CHOR2R2NNOHOHR1R1R1R1SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity13金属-Salen配合物Salen的中心位置有[O,N,N,O]四个原子，可以作为某些金属的配体，形成M-Salen（M=Ti,Zr,Fe,Mn,Ni,V,Cu,Co,Zn,Al,Sm等等），根据金属不同,分别称为某金属-Salen。Salen一般只占据金属的平面内的四个配位，而把轴向配位空出。NNOHOHMNNOHOHMONoNMPhPhSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity14有些金属-salen配合物可以发生聚合反应，形成双核的金属-salen配合物：金属-Salen配合物ONMClONNMNOClOONMClONNMNOClONaSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity15或者通过碳链相连形成双核乃至多核金属-Salen配合物金属-Salen配合物t-BuNNOt-BuO(CH2)10OOONNOt-But-BuMMt-BuNNOHt-BuO(CH2)10OHOOHNNHOt-But-BuSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity16金属-Salen配合物的特点Salen配体是一种中强的给电子体，空间构象比较多变。M-[O,N,N,O]可以在一个平面内，但金属的位置以及Salen的空间构型可能因为轴向上的配体而改变。MLMLSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity17金属-Salen配合物的空间构象有些具有八面体结构的金属-Salen如Ti-Salen和Zr-Salen可以在不同的对映体之间变化，如果要稳定它们的话，可以引入比较大的一个基团（碳链）。NROMClNRClOOMOClClNRNRSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity18双核M-salen的空间构象更为灵活多变金属-Salen配合物的空间构象SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity19金属-salen的合成根据金属离子的特点而选择不同的金属盐类作为金属载体进行反应，一般有如下几条路线：NNOYOYR1R'R2R2'R1R'MXNNOYOYR1R'R2R2'R1R'Y=H;M(OR)nY=H;M(NR2)nY=H;MRnY=H;M(OAc)nY=Na,K;MXnR=alkylX=Cl,BrSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity20Route1：M(OR)n,(M=Ti,Zr)，对于对水过于敏感的醇盐不适合.金属与醇盐/Salen配位可逆，不同浓度的醇盐/Salen比会形成不同的M-Salen，但缺点也就在这里：不容易获得较纯的M-Salen，不过R较大时有利于生成配合物纯度。Route2：M(NMe2)4(M=Ti,Zr)，这个路线中合成过程中形成的NHMe2可以挥发除去，而且其带入的N原子可以继续反应，生成多核配体。Route3：M(Mesityl)n(M=Fe,Mn,V,Cu；Mesityl=2,4,6-trimethylbenzene)，这个路径只有一种副产物，而且在不需要生成多核配体时，可以使得生成的配合物结构比较单纯。Route4：M(OAc)2(M=Ni,Cu,Co).Route5：MXn(M=Ti,Zr,V)。这条路线由两个步骤组成：首先去除Salen上的质子（H+），通过加入NaH或者KH实现；然后再与金属卤化物反应得到M-Salen。在这个过程中，THF通常用来作为金属卤化物的溶剂。M-salen合成途径SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity21金属-Salen配合物在催化中的应用由于金属-Salen配合物结构简单、同时具有电子效应和空间效应，而且配合物种类多样化、合成路线简单、因此在不对称催化反应中得到了许多应用。在实际催化过程中，金属-Salen在加成、聚合、环丙烷化、杂Diels-Alder反应、烯烃不对称催化氧化、以及环氧化合物水解动力学拆分等反应中都显示出了非常好的不对称诱导效果。SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity22加成反应A.芳胺的氰基加成：PhHNHCNAl(Salen)Cl5mol%PhCNHNee95%NNAlOOClSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity23B.己烯酮的酯化加成反应OCOOBnCOOBnNi(salen)(Cs)2OCOOBnCOOBnee90%ONoNNiOCsCsOPhPhSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity24加成反应C.芳酮的炔基加成PhMeOPhZn(salen).20mol%Me2ZnPhMeOHPhee62%NNZnOOClSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity25D.芳醛硅氰化RCHOOSiMe3CNRMe3SiCN[(salen)Ti(u-O)]20.1mol%40-86%NONTiOOTiONNOORCNCN加成反应SchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity26聚合反应A.芳香醛耦合OPhHTi(salen)Cl210mol%Zn,TMSClPhPhMe3SiOOSiMe394%yield,95%eeNNTiOOClClSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity27聚合反应C.Nozaki–Hiyama反应PhHOXBrPhXOSiMe3Cr(salen)10mol%Mn,TMSClX=Alkyl,Cl,OAcsynee77-90%NNCrOOHHClSchoolofChemistry&ChemicalEngineeringNanjingUniversity28环丙烷化反应手性环丙烷结构广泛地存在于天然和