二茂铁二甲醛的合成方法研究

商丘师范学院2007届本科毕业论文（设计）

继有一批优秀的不对称催化体系应用于工业生产中。例如，Takasago公司利用BINAP-Rh催化亚胺

的不对称异构化反应技术[5]，1983-1996年共生产近3万吨薄荷醇及其中间体，而仅消耗掉手性配体250公斤；利用BINAP-Ru催化酮的不对称氢化反应是生产β-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40吨[6]；Novartis公司运用Togni和Spindler的不对称氢化技术[7]，从1996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40%，既节约了原材料，又减少了对环境的污染；Chirex公司运用Jacobsen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合物，使该公司的生产成本大大降低[7]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。2001年的Nobel化学奖授予了Monsanto公司的Knowles博士、名古屋大学的Noyori教授和Scripps研究所Sharpless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。 1.2.3 手性催化剂

手性催化剂可以是来自于天然的酶，也可以是人工合成的分子。通过酶催化的反应，通常具有很高的选择性而得到一种手性分子的对映体，其缺点是适用范围小，而获得另一类对映体比较困难。而人工合成的手性分子催化剂则可以克服酶催化剂的缺点，有时能够达到甚至超过酶催化的水平。

对于不对称催化而言，虽然不乏成功的先例，但是目前所面临的问题仍然是催化剂的效率和催化剂通用性。尽管已经有成百上千种优秀的手性分子催化剂被合成出来，但没有任何一种手性催化剂是通用的，而且是一种手性催化剂往往只对一类或几类反应有效，甚至只能对一类反应中的某些底物有效。产物的光学活性主要取决于催化剂的手性环境，而催化剂的手性环境在很大程度上取决于手性配体的性质。因此新型手性配体和新型手性催化剂的设计、合成就成了研究催化不对称反应的永恒主题。

新型手性配体和新型手性催化剂的设计所遵循的原则是：催化效率好和选择性高、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。 1.2.4 手性配体

在已存在的众多手性配体中，按照分子中所具有的手性元素进行分类，有中心手性配体、平面手性配体和轴手性配体三大类。其中一些手性配体含有两种或两种以上的手性元素。

ORHArNHSO2CF3NHSO2CF3OROHOHORArOOTi(OPr-i)2RROOHArAryield: 91-100%[12] ee: 90-98%yield: 90-97%[12] ee: 90-99%ORyield: 81-100%[13] ee: 90-98%

图 1-6代表性的C2轴手性配体

手性配体的作用是与有机金属试剂中的金属离子配位形成手性配合物，这样的手性配合物是多功能手性催化剂，其作用是：1）手性配体的手性环境控制着加成反应的立体选择性。2）活化有机金属试剂。手性配体与有机金属试剂形成配合物后，配体的给电子能力使有机试剂的亲核性大大增加。3）活化亚胺底物。亚胺底物上的氮原子与手性金属配合物进一步配位，手性金属配体起到Lewis酸的作用，进一步活化亚胺底物。

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在各种类型的手性配体中，由于二茂铁独一无二的结构特点，以二茂铁为骨架的手性配体的设

计、合成及其应用引起了化学家们极大的兴趣。 以二茂铁为骨架的手性配体特点

(1)、具有合适的刚性结构。为了提供一个合适的手性环境，要求手性配体的骨架具有一定的刚性，因此，具有一定刚性的环状化合物常常被用作手性配体的骨架。二茂铁是具有一定刚性的特殊环状化合物。

(2)、易衍生出新的化合物。二茂铁是拥有富电子的芳香化合物，易发生亲电取代反应，反应速度比苯快3×106倍，因此，可以在二茂铁环上引入各种基团。

(3)、可以同时拥有多个手性元素。如果在二茂铁环上引入合适的基团，以二茂铁为骨架的手性配体可以同时拥有手性中心、面手性和轴手性。

(4)、体积大。合适的空间位阻是立体选择性反应的一个重要因素，显然，二茂铁是一个大体积取代基。

(5)、其他立体电子特性。由于二茂铁环上有富裕的电子，如果引入的基团与二茂铁环发生共轭，那么二茂铁一个很好的电子给予体。例如，二茂铁胺的碱性比苯胺强，二茂铁甲酸的酸性比苯甲酸弱。而且，在某些情况下，铁离子可能与催化体系中的金属发生不同程度的相互作用，起到催化作用。 (6)、稳定。二茂铁对热、氧、水稳定。 (7)、便宜易得。

1.3 具有C2对称轴的手性二茂铁基胺基醇配体

1999年Pelinski 小组才报道了第一例具有对称轴的手性二茂铁胺醇配体[8]，用于催化二乙基锌与醛的不对称加成反应，在10％该手性配体存在下，反应的化学产率和ee值分别高达100％和83％。

1.4 具有C2对称轴的含有双噁唑啉结构单元的二茂铁基手性配体

Bonini 等人合成了具有C2对称轴的含有双噁唑啉结构单元的二茂铁基手性配体[9]，与含有单噁唑啉结构单元的二茂铁基手性配体相比，在同样的模型反应中，对映体选择性由46％提高到62％。

1.5 具有C2对称性的手性二茂铁Schiff碱的合成、表征及其在不对称氢转移中的应用

Schiff碱是过渡金属离子的良好配体，同时也可作为稳定剂、生物活性剂、分析试剂和催化剂等，在化工生产和科学研究中得到了广泛的应用[10]。特别是Schiff碱作为配体与一些过渡金属离子所形成的配合物具有独特的生理活性，可作为抗菌、抗癌、抗结核等药物[11]。二茂铁衍生物在催化剂、燃料添加剂、电化学、光电材料、生化与医学方面有着独特而广泛的用途[12~13]。将二茂铁基引入不同的分子中，以得到新的或具有特殊性能的化合物是近年来研究的一个热点[14~15]。含二茂铁基的 Schiff 碱由于具有新颖的结构和特殊的性能因而得到了较为广泛的研究和应用[16~17]。

直到2000年中科院成都有机所的张良辅[18]首次报道设计并合成了具有C2对称性的二茂铁Schiff碱1,2,3的双氮螯合配体及其Rh，Ir，Ru等到过渡金属的配合物，并将其用于催化苯乙酮的不对称氢转移反应中，其合成及催化反应方程式表示如下图1-7：他们发现具有C2对称性的不同手性配体对反应对映选择性的影响不同，在反应中，由配体4,5,6与Ir催化剂组成的催化体系对该不对称催化反应几乎不具有对映选择性，可能是其立体阻碍起了主导作用。不同的C2对称性的配体与金属配位后，其结构和构型均有较大的差异，它们的对映面对底物的选择性差异较大。1,2,3与金属配位后，配体2较配体1和3具有适当的空间诱导效应，对苯乙酮能获得较好的光学诱导效果。具有C2对称性的双二茂铁双Schiff碱配体在不对称氢转移化反应中具有催化作用和一定的对映选择性，但是二茂铁双Schiff碱配体对该反应不显示对映选择性。并预测了在二茂铁单元上引入中心手性，或平面手性因素有望取得更好的结果。

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CHOFeChiral diamineRFeC=NHN=CHFe1~3PhPh1R=2R=3R=

OPh

OH+*,KOHM-LOHPh*+O

图1-7

1.6 具有C2对称轴的二茂铁基氮杂环丙醇类手性配体的设计、合成及其在催化不对称反

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应中的应用研究

1.6.1引言

1971年，Kagan报道了第一个具有C2对称轴的手性双膦配体DIOP[19]图1-8，用DIOP-Rh（Ⅰ）配合物催化α-乙酰氨基丙烯酸或其酯类化合物的不对称氢化反应，氢化产物的ee值高达80%。

自此以后，有机化学家们应用具有C2对称轴的手性配体在不对称催化反应研究中取得的一系列突破，进一步证实了这类手性配体的优越性。例如：

COOR1RNHAcDIOP-Rh(I)H2RCOOR1﹡NHAcup to 80% eeOPPh2PPh2DIOP

O 图 1-8

(1)Sharpless 小组设计合成的(DHQ)2PHAL图1-9, (DHQD)2PHAL等手性配体在不对称双羟基

化反应[20]；

NH3CONOONOCH3N(DHQ)2PHAL(K. B. Sharpless)

图 1-9

(2)Noyori等人报道的手性BINAP双膦配体(图1-10)用于催化铑催化的烯酰胺不对称氢化反应

[21~23]

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