铱催化芳基烷基酮不对称加氢反应
前手性羰基化合物的不对称加氢产物手性仲醇是合成许多有机药物和精细化学品的重要中间体. 芳基烷基酮由于除酮羰基外不具有和催化剂中心金属进行配位的辅助功能基, 致使这类酮催化加氢的对映选择性不高. 经过几十年的努力, 芳基烷基酮均相催化氢化开发出很多极好的体系. 如Corey等使用脯氨酸衍生物为手性诱导试剂催化还原反应, 芳基烷基酮在10%-20%的手性诱导试剂存在下获得高的立体选择性. 1995年, Noyori等制备了Ru(II)-BINAP-diamine-KOH催化体系, 实现了芳基烷基酮催化加氢的催化活性和对映选择性的突破. 此外, Noyori等还采用手性N-对甲苯磺酰基-1,2-二苯基乙二胺的钌配合物为催化剂进行芳基烷基酮的不对称氢转移反应, 催化剂表现出极高的催化活性及立体选择性. 然而均相催化剂的分离和循环仍是困扰人们的一个难题. 多相催化剂因其与产物易于分离, 催化剂可循环使用等优点而日益受到重视. 在芳基烷基酮多相不对称催化加氢反应体系中, 对催化剂的研究主要集中在两个方面: 一是均相催化剂多相化, 如通过化学键联方法将脯氨酸衍生物、手性双膦和手性二胺等接枝到高聚物和无机载体上, 再和金属组分鳌合, 但这种化学键联的手性配体制备复杂, 在溶液中手性膦配体会逐渐被氧化而失去配位作用引起金属流失. 二是制备负载型金属催化剂, 即将金属纳米粒子负载在无机载体上, 然后在手性修饰剂作用下催化芳基烷基酮不对称加氢. 这一方法的优点是催化剂稳定性较好, 制备方法较简单, 但在芳基烷基酮的不对称催化加氢反应中对映选择性还不高. Baiker等报道的负载金属催化剂对苯乙酮不对称加氢的对映体过量值最高不超过30%. Reyes等用辛可尼定修饰的Ir/SiO2催化剂对苯乙酮进行不对称加氢的最高对映选择性(ee)达62%. Chen等制备了负载型金属钌、铱等催化剂, 1,2-二苯基乙二胺(DPEN)或金鸡纳碱衍生物等作手性修饰剂修饰负载催化剂用于苯乙酮等底物不对称加氢, 获得了较高的催化活性和对映选择性, 苯乙醇的对映选择性高达88%,然而催化体系的认识仍有待加强.
为了进一步加深对催化体系的认识, 拓展催化体系底物适用范围, 重庆工商大学药物化学与化学生物学研究中心蒋和雁等人以金鸡纳碱衍生物作为手性修饰剂, 研究了三苯基膦稳定的Ir/SiO2催化剂催化芳香酮多相不对称加氢. 通过电感耦合等离子体原子发射发谱(ICP-AES)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积测试等固体表面分析手段对负载铱催化体系进行了表征; 利用红外(IR)光谱、固体核磁共振(NMR)等分析手段初步表征了负载铱多相催化体系中手性修饰剂-金属-稳定剂在载体上的相互作用; 利用“均相与多相催化体系的对比”、“催化剂稳定性实验”、“汞中毒实验”等方法阐明了手性修饰的负载铱催化体系是多相催化体系. 还考察了稳定剂种类、修饰剂种类、金属负载量、溶剂、碱添加剂种类等因素对不对称加氢反应的影响. 结果表明,金鸡纳碱衍生物对Ir/SiO2催化剂具有较好的修饰作用, 在优化反应条件下苯乙酮及其衍生物加氢反应的对映选择性为52%-96%, 4-乙酰基吡啶、2-乙酰基噻吩及2-乙酰基呋喃加氢反应的对映选择性可分别达到74%、75%及63%.