有机小分子催化不对称环氧化

不对称催化在有机化学中的应用(有机合成作业)

不对称催化在有机化学中的应用 不对称催化反应是使用非外消旋手性催化剂进行反应的，仅用少量手性催化剂，可将大量前手性底物对映选择性地的转化为手性产物，具有催化效率高、选择性高、催化剂用量少、对环境污染小、成本低等优点。经过40年的研究，不对称催化已发展成合成手性物质最经济有效的一种方法。 不对称催化领域最关键的技术是高效手性催化剂的开发，因为手性催化剂是催化反应产生不对称诱导和控制作用的源泉。美国孟山都公司的Knowles和德国的Homer在1968年分别发现了使用手性麟一锗催化剂的不对称催化氢化反应，从此不对称催化反应迅速发展。近几十年来手性配体的开发是不对称催化领域最为关注的焦点，并已合成出上千种手性配体，其中BINAP和(DHQD)2PHAL等已实现工业化应用，对映选择性已达到或接近100％，在氢化、环氧化、环丙烷化、烯烃异构化、氢氰化、氢硅烷化、双烯加成、烯丙基烷基化等几十种反应中取得成功，同时在均相催化剂负载化、水溶性配体固载化等研究中也取得了突出成果。以下是不对称催化研究的一些实例。 一、脯胺酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应 Listd、组在2001年首次用脯氨酸作催化剂研究了不对称Michael成反应。以DMSO为溶剂进行催化反应，获得了较好的收率，但是选择性却很差。这与之前报道的脯氨酸催化的不对称Aldol反应相比，e.e值明显降低。 随后，2002年Endersd、组对该反应进行了进一步的探索。在筛选L．脯氨酸用量时，发现反应中实际起催化作用的是溶解于溶剂DMSO中的L．脯氨酸，为此于体系中加入一定量甲醇或以甲醇为溶剂来增大L．脯氨酸的溶解度，同时加大催化剂的用量，该反应的e．e．能够提高到57％，但是反应时间大大延长。 Leyd小组用脯氨酸衍生的四氮唑为催化剂17进行的不对称Michael反应，不仅克服了脯氨酸需要使用大极性的DMSO溶剂，而且还使e．e．值明显提高。研究表明，四氮唑环上H的酸性和脯氨酸的酸性相当，仍然是一个双功能型的催化剂。

烯烃的不对称环氧化反应

烯烃的不对称环氧化反应 ************* 摘要 本文主要论述了传统的烯烃环氧化反应的不足之处，并简述了Sharpless以及Jacobsen 等人在不对称环氧化反应发面的研究成果及其贡献。并简要讨论了未来的研究方向。 关键词烯烃环氧化手性合成催化剂 前言 手性化合物具有十分重要的应用价值，然而其合成具有很大的难度。因此，目前有机合成化学家们在手性合成这一领域展开了大量的研究工作，新的不对称合成反应和合成路线不断涌现。 在不对称合成中最具有挑战性的是不对称催化反应，它是利用催化剂的不对称中心来诱导产生产物的手性。 研究类容及讨论 通常在没有手性催化剂的条件下，实验室中常用有机过酸作环氧化试剂。环氧化反应是顺势加成，所以环氧化合物的构型与原料烯烃的构型保持一致。因为环氧化反应可以在双键平面的任一侧进行，所以当平面两侧空阻相同，而产物的环碳原子为手性碳原子时，产物是一对外消旋体。当平面两侧的空阻不同时，位阻小的反应快，如此便能得到以某种构型为主的混合产物。 因该方法只能用于大量合成空间位阻较小的产物，并不能满足手性合成的需求，因此化学工作者们作出了进一步探究。其中最著名的是20世纪80年代初Sharpless发展的不对称环氧化。在该反应中D-酒石酸二乙酯作为手性源控制环氧化只从双键平面的一边进行。如果在反应中用L-酒石酸二乙酯，那么环氧化将从双建平面的另一边进行。只需要催化剂量的光学纯酒石酸二乙酯就可以实现高度对映选择性的环氧化。【1】 图2. Sharpless不对称环氧化反应 Sharpless的不对称环氧化适用于双键α位上含羟基的底物——烯丙醇类化合物。20世

有机小分子催化不对称羟醛缩合反应的研究

有机小分子催化不对称羟醛缩合反应的研究 不对称羟醛缩合反应是有机合成中最有效的碳—碳键形成反应之一。反应产物β-羟基酮的特殊结构，使其在天然产物的合成中占有非常重要的地位[1]。发展不对称羟醛缩合反应成为有机合成化学中的一项热门研究课题。 不对称羟醛缩合反应大体可以分成两类：一类是将底物酮或酯衍生为烯醇的形式进行反应，如Mukaiyama Aldol 反应[2]；另一类是醛与酮之间的直接不对称羟醛缩合反应(Scheme 1)，如有机小分子的不对称催化反应。这类反应因具有操作简单和原子经济性的显著优点而成为化学家们近年来的研究热点。 有机小分子作为不对称催化剂，还具有许多特殊的优点：与过渡金属催化剂相比，无毒无害易得、反应体系无重金属残留、较小的分子量、易于从产物中分离出来重复利用等特点，符合当前大力倡导的环境友好的绿色化学要求。脯氨酸是不对称合成反应中最常用的催化剂[3,4]，其分子中既有羧基又有氨基，反应中生成的亚胺或烯胺中间体结构较为稳定，反应条件易于控制，因此，在不对称羟醛缩合反应中应用广泛。本文将主要讨论脯氨酸催化的不对称羟醛缩合反应予以介绍。 1 非水相中的不对称羟醛缩合反应

1.1 脯氨酸及其衍生物 1.1.1 L-脯氨酸 早在20世纪70年代, Hajos[5a]和Eder[5b]就发现脯氨酸能够催化分子内的羟醛缩合反应, 并具有高度的对映异构体选择性和较高的化学产率。该反应还被人们用来合成许多有用的化合物[6], 特别是用于类固醇和许多天然产物的合成中[7]。后来有关这方面的研究鲜有报道。直到2000年, Barbas和List 等[8]报道了脯氨酸催化的分子间不对称羟醛缩合反应, 并进行了深入的研究(Eq.1),大大拓宽了这一反应的应用前景。 Barbas研究小组[8a]首先以丙酮和对硝基苯甲醛作为反应物，研究了各种氨基酸对此反应的催化能力。研究结果表明：五元环效果最好，四元环次之，六元环活性很低，而非环状结构的普通氨基酸几乎没有催化活性。把羧基变成酰胺也不发生反应，这说明羧基的质子在催化反应中也起了关键作用。 作者由此对脯氨酸催化反应的机理进行了假设(Scheme 2)，认为脯氨酸类似于醛缩酶(micro-aldo-ase)的功能,它不仅提供亲核的氨基基团，而且羧基可作为一种酸/碱助催化剂，可以促进机理中每一个单独步骤,包括：(a)氨基的亲核进攻, (b)醇氨中间体的脱水，(c)亚胺的脱质子化作用，(d)碳—碳键形成, (e, f)亚胺-醛中间物的水解。近年来陆续有文献对此反应机理进行报道[9]，通过计算等多方面研究，证实了这种独特新颖的不对称羟醛缩合反应可能是通过上述烯胺机理进行的。

有机小分子催化讲解

引言 自从2000年以来，在Benjamin. List，Carlos F. Barbas III和David W. C. MacMillan 等人推动之下，有机催化（Organocatalysis）开始了伟大的复兴。也就是从那时候开始我对这一领域产生了浓厚的兴趣，阅读了不少文献。从本贴开始，将以回复的形式介绍有机催化领域的经典文献。希望能对chem8er有点帮助。本贴是为chem8而 写，转贴请注明出处。 首先，罗列一些文献。以下文献都是review，不是原始文献。要想对此领域有深入 的了解还是要读原始文献比较好。 专著两本：a) A. Berkessel, H. GrQger, Asymmetric Organocatalysis: From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis, Wiley-VCH, Weinheim, 2005; b)Enantioselective Organocatalysis (Ed.: P. I. Dalko) Wiley-VCH, Weinheim, 2007。这两 本书书籍中心都有。 专刊两期：Acc. Chem. Res. 2004. 37, 487-621；Chem. Rev. 2007, 107, 5413-5883。每期大概十篇文章，包括了organcatalyst的各个分支。 零散的review很多，简单罗列一下，不是很全。特别是专门介绍某一分支的review 没有列出，否则太多了。a) P. I. Dalko, L. Moisan, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 3726-3748; b) E. R. Jarvo, S. J. Miller, Tetrahedron 2002, 58, 2481-2495; c) B. List, Tetrahedron 2002, 58, 5573-5590; d) P. I. Dalko, L. Moisan, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5138-5175; e) J. Seayad, B. List, Org. Biomol. Chem. 2005, 3, 719-724; f) B. List, Chem. Commun. 2006, 819-824; g) M. Marigo, K. A. J?rgensen, Chem. Commun. 2006, 2001-2011; h) F. Cozzi, Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 1367-1390; i) M. J. Gaunt, C. C. C. Johansson, A. McNally, N. T. V o, Drug Discovery Today 2007, 12, 8-27; j) R. M. de Figueiredo, M. Christmann, Eur. J. Org. Chem. 2007, 2575-2600; k) D. Enders, C. Grondal, M. R. M. HRttl, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 1570-1581; l) A. Ting, S. E. Schaus, Eur. J. Org. Chem. 2007, 5797-5815;m) S. B. Tsogoeva, Eur. J. Org. Chem. 2007, 1701-1716; n) A. G. Doyle, E. N. Jacobsen, Chem. Rev. 2007, 107, 5713-5743; o) C. F. Barbas III, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 42-47; p) A. Dondoni, A. Massi, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4638-4660。 由于本领域发展很快，新的文献层出不穷，需要不断跟踪。 介绍完文献，接下来简单介绍一下有机催化的各大分支。以催化的机理划分，有机 催化可以大致分为： a) enamine activation; 这一领域的大牛很多，像List，Barbas，Jorgensen等。 b) iminium activation; 这一领域主要以MacMillan马首是瞻。 c) SOMO activation；这一领域有MacMillan，Sibi等。 d) H-bonding activation; 这一领域又有很多的分支，以催化剂的结构划分，象thiourea (E. N. Jacobosen)；Chiral Bronsted Acid （T. Akiyama，M. Terada）；Oligopeptide （Scott Miller）；Modified Cinchona Alkaloids (Li Deng)等等。 e) Chiral Phase-Transfer Catalyst activation；Keiji Maruoka做的工作做最多。 f) N-Heterocyclic Carbenes activation; 这一分支活跃的人也很多，D. Enders; K. Suzuki; Karl Scheidt; Jeffrey Bode； Rovis等等。 除了以上列举的，还有一些小的分支，象Denmark的Lewis Base；史一安的chiral

不对称催化在有机化学中的应用

不对称催化在有机化学中的应用 1110712 胡景皓 不对称催化反应是使用非外消旋手性催化剂进行反应的，仅用少量手性催化剂，可将大量前手性底物对映选择性地的转化为手性产物，具有催化效率高、选择性高、催化剂用量少、对环境污染小、成本低等优点。经过40年的研究，不对称催化已发展成合成手性物质最经济有效的一种方法。 不对称催化领域最关键的技术是高效手性催化剂的开发，因为手性催化剂是催化反应产生不对称诱导和控制作用的源泉。美国孟山都公司的Knowles和德国的Homer在1968年分别发现了使用手性麟一锗催化剂的不对称催化氢化反应，从此不对称催化反应迅速发展。近几十年来手性配体的开发是不对称催化领域最为关注的焦点，并已合成出上千种手性配体，其中BINAP和(DHQD)2PHAL等已实现工业化应用，对映选择性已达到或接近100％，在氢化、环氧化、环丙烷化、烯烃异构化、氢氰化、氢硅烷化、双烯加成、烯丙基烷基化等几十种反应中取得成功，同时在均相催化剂负载化、水溶性配体固载化等研究中也取得了突出成果。以下是不对称催化研究的一些实例。 一、脯胺酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应 Listd、组在2001年首次用脯氨酸作催化剂研究了不对称Michael成反应。以DMSO为溶剂进行催化反应，获得了较好的收率，但是选择性却很差。这与之前报道的脯氨酸催化的不对称Aldol反应相比，e.e值明显降低。 随后，2002年Endersd、组对该反应进行了进一步的探索。在筛选L．脯氨酸用量时，发现反应中实际起催化作用的是溶解于溶剂DMSO中的L．脯氨酸，为此于体系中加入一定量甲醇或以甲醇为溶剂来增大L．脯氨酸的溶解度，同时加大催化剂的用量，该反应的e．e．能够提高到57％，但是反应时间大大延长。

不对称氧化反应

第五章不对称氧化反应 氧原子直接与不对称碳原子相连的含氧取代基广泛存在于天然产物和药物中，同时也容易被其它基团如氨基，卤原子，硫原子甚至烷基等取代，成为所合成化合物重要的官能部分。不对称氧化反应可以直接在反应物中引入含氧取代基，使所连接的碳原子具有手性，是极其重要的一类反应，对这类反应的研究，已经取得了引人瞩目的发展，但仍然是不对称合成研究的重点。 3.1 烯丙醇烯烃的不对称环氧化 3.1.1 Sharpless反应及特点 烯烃的环氧化最开始使用过酸作氧化剂来完成的，因此很早就有人使用手性的过酸来进行不对称环氧化，但e.e.值一般都低于20％，普遍认为这是由于手性中心离反应中心太远了。后来发现了过渡金属催化的环氧化反应，因此很多手性配体的金属配合物用于不对称环氧化的研究，但结果都不是特别好。Sharpless在经过10年多的潜心研究后，终于在1980年发展了高效的金属钛－酒石酸酯不对称环氧化催化剂，这种催化剂适用于非常广泛的烯丙醇类烯烃，具有能和生物酶比美的高的催化活性和对映体选择性，容易得到，价格便宜，自从发现以来广为人们用于合成手性的烯丙醇的环氧化物。因此，Sharpless 获得了2001年的诺贝尔化学奖。 Sharpless不对称环氧化催化剂使用钛酸异丙酯中的钛作为催化中心，天然或者人工合成的作为手性配体，叔丁基过氧化氢（TBHB）为供氧剂，以无水的二氯甲烷为溶剂，在－20o C下对烯丙醇类烯烃进行环氧化，反应一般在24小时左右完成，产率70－90％，对映体选择性大于90％。 Me COOH, Ti(O-i-Pr) 22 o 70 - 90% O R2R1 R3 OH >90% ee D-(-)-tartrate L-(+)-tartrate 将等摩尔的钛酸异丙酯和酒石酸二异丙酯（DIPT）混合，即释放出2当量的异丙醇，同时生成Ti(O-i-Pr)2(DIPT)2配合物。通过分子量测定，

不对称催化环氧化研究进展

第20卷　第4期2005年12月　西　南　科　技　大　学　学　报JOURNAL OF S OUTH W EST UN I V ERSI TY OF SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .20No .4 Dec .2005 　收稿日期:2005-05-09 不对称催化环氧化研究进展 刘思曼 (绵阳师范学院化学系　四川绵阳　621000) 摘要:综述了近年来Ti (O -i -Pr )4-DET 催化体系、手性Salen 催化体系、手性酮催化体系和负载手性催化体系等在不对称催化环氧化应用中的研究进展,并对其催化环氧化的特点进行了比较和讨论。Shar p less 催化体系具有操作简单、催化剂价廉易得、对映体选择性高的优点;Jacobsen 催化剂对双键环氧化有一定通用性,合成相对简单;手性酮催化剂能有效减少重金属污染;负载型催化剂具有催化剂易于回收、产物易于提纯等优点。 关键词:手性　不对称催化　环氧化　对映选择性 中图分类号:O621.3+4 文献标识码:A 文章编号:1671-8755(2005)04-0068-08 D evelop m en t of A sy mm etr i c Ca t a lyz i n g Epox i da ti on L iu Si m an (D epart m ent of Che m istry,M ianyang N or m al U niversity,M ianyang 621000,S ichuan,China ) Abstract:Catalysis syste m s used in asy mmetric catalyzing epoxidati on were revie wed .These syste m s in 2clude Ti (O -i -Pr )4-DET reagent,chiral Salen syste m ,chiral acet one reagent,l oaded chiral catalyst,and s o on .Their p r operties in catalyzing epoxidati on was discussed,t oo .Shar p less is a facile,easy operated and high enanti o -selectivity catalyst;Jacobsen catalyst has p r om ising industrial app licati on;chiral acet one reagent is p r os per ous in decreasing polluti on of heavy metal;l oaded catalyst is easy recycled and purified f or industrial value . Key words:chiral;asy mmetric;epoxidati on;enanti o -selectivity 手性是人类赖以生存的自然属性,人体中起到不同生理作用的酶都具有手性,人体内的各个生理过程均是在高度不对称环境中进行的,因而不同手性的药物将具有不同的药理活性。1960年,作为镇静剂用的“反 应停” (thalidom ide )以外消旋体直接使用,被孕妇服用后发生了多起胎儿致畸事件,直到1965年科学家们才发现只有S -型反应停具有镇静作用,而R -型反应停则有致畸作用。由此,美国药物和食品管理局在1992年3月发布了手性药物的指导原则,并要求在美国上市的手性药物必须进行拆分。 合成手性药物通常有化学合成后手性拆分和不对称催化合成两种手段。前者在合成药物时需消耗等当量的手性拆分剂,在具有几个手性中心的药物合成中,其消耗将成倍增长。后者仅需少量的手性催化剂,就可合成出大量的手性药物,且污染小,是符合环保要求的绿色合成,从而引起了人们的关注,近年来已成为有机化学界的研究热点。 双键的不对称催化氧化反应在手性药物的合成中具有很重要的地位。在这一领域,Shar p less 和Jacobs 2en 做出了突出的贡献[1～4]。

不对称催化

课程名称:不对称催化合成 姓名：文霞 学号： 201337120040 专业：化学工程

不对称催化合成试题 1．什么是不对称合成反应？什么是不对称催化合成反应？ 答: 不对称合成（Asymmetric synthesis），也称手性合成、立体选择性合成、对映选择性合成，是研究向反应物引入一个或多个具手性元素的化学反应的有机合成分支。按照Morrison和Mosher的定义，不对称合成是“一个有机反应，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”。这里，反应剂可以是化学试剂、催化剂、溶剂或物理因素。不对称催化合成反应是通过使用手性催化剂来实现不对称合成反应。 2．命名手性化合物的方法有哪几种？主要用什么来表示手性化合物的光学纯度？测量对映体组成的方法主要有哪几种？ 答：手性化合物命名的方法有R/S标记法，D/L标记法，赤式苏式标记法。主要用ee值表示光学纯度，测量对映体组成的方法有测定比旋度、核磁共振法、层析法（气相色谱和液相色谱）、毛细管电泳法、X射线衍射法等。 3．除了不对称碳中心的手性化合物外，还有哪些结构具有手性？ 答：轴手性、平面手性、螺手性、八面体结构及其他手性结构体。 4．不对称催化剂的设计主要要考虑哪些因素？为什么说它是一个结构工程，同时又是一个功能工程？ 答：手性分子催化剂由活性的金属中心和手性配体构成，金属中心决定催化剂的活性，手性配体则控制立体化学，即对映选择性。不对称催化是一种四维的化学，只有当理想的三维结构（x,y,z）和适当的动力（t）结合在一起时才能达到高效率，此时的催化剂设计不叫考虑其结构，还要使其达到催化的功能。5．不对称氢化反应研究发展过程中具有较大影响的研究有哪些？做出突出贡献的有哪几个研究者？不对称氢化反应的的底物主要哪些，其结构特点是什么，为什么？ 答:用过渡金属进行对映性催化氢化的新方法 William S. Knowles 和 Ryoji Noyori 不对称氢化反应的的底物主要：烯烃的不对称氢化，包括N-acyl dehydroaminoacids，特别是Rh的双膦配体催化L-DOPA的商业化生产；Enamides 的不对称氢化反应，烯丙基型的化合物的不对称氢化，高烯丙醇型化合物以及α,

有机小分子催化的不对称羟醛缩合反应

2006年第26卷有机化学V ol. 26, 2006第5期, 618～626 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 5, 618～626 * E-mail: zhaoguo@https://www.360docs.net/doc/9e4706637.html, Scheme 1 色化学要求. 本文就对近年来发展的有机小分子催化的不对称羟醛缩合反应予以介绍.

No. 5 姜丽娟等：有机小分子催化的不对称羟醛缩合反应 619 1 非水相中的不对称羟醛缩合反应 1.1 脯氨酸及其衍生物 1.1.1 L -脯氨酸 早在20世纪70年代, Hajos [3a]和Eder [3b]就发现脯氨 酸能够催化分子内的羟醛缩合反应, 并具有高度的对映异构体选择性和较高的化学产率. 该反应还被人们用来合成许多有用的化合物[4], 特别是用于类固醇和许多天然产物的合成中[5] . 后来有关这方面的研究鲜有报道. 直到2000年, Barbas 和List 等[6]报道了脯氨酸催化的分子间不对称羟醛缩合反应, 并进行了深入的研究(Eq. 1), 大大拓宽了这一反应的应用前景 . Barbas 研究小组[6a]首先以丙酮和对硝基苯甲醛作为反应物, 研究了各种氨基酸对此反应的催化能力(表1). 研究结果表明: 五元环效果最好, 四元环次之, 六元环活性很低, 而非环状结构的普通氨基酸几乎没有催化活性. 把羧基变成酰胺也不发生反应, 这说明羧基的质子在催化反应中也起了关键作用. 作者由此对脯氨酸催化反应的机理进行了假设(Scheme 2), 认为脯氨酸类似于醛缩酶(micro-aldo-ase)的功能, 它不仅提供亲核的氨基基团, 而且羧基可作为一种酸/碱助催化剂, 可以促进机理中每一个单独步骤, 包括: (a)氨基的亲核进攻, (b)醇氨中间体的脱水, (c)亚胺的脱质子化作用, (d)碳—碳键形成, (e, f)亚胺-醛中间 表1 氨基酸催化的丙酮和对硝基苯甲醛的羟醛缩合反应 Table 1 Amino acids catalyzed asymmetric aldol reaction of acetone with 4-nitrobenzaldehyde Entry Catalyst Yield/% ee /% 1 (L )-His, (L )-Val (L )-Tyr, (L )-Phe ＜10 N.d. 2 ＜10 N.d. 3 55 40 4 68 76 5 ＜10 N.d. 6 ＜10 n.d. 7 67 73 物的水解. 近年来陆续有文献对此反应机理进行报道[7], 通过计算等多方面研究, 证实了这种独特新颖的不对称羟醛缩合反应可能是通过上述烯胺机理进行的. 2002年, MacMillan 等[8]进一步研究了醛与α-位无取代的醛进行的分子间缩合反应, 也得到较好的结果. 从表2中, 我们可以看出, 产物的ee 值普遍较高, 但反应的非对映选择性受作为电子受体的醛的影响较大, 用 Scheme 2