2024, Vol. 38
2. 北京石油化工学院 燃料清洁与先进催化减排技术北京重点实验室, 北京102617
2. Beijing Key Laboratory of Fuels Cleaning and Advanced Catalytic Emission Reduction Technology, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China
早在1997年, Ellman课题组[1]以叔丁基二硫醚为原料, 经过氧化后再进行亲核取代, 得到光学纯的叔丁基亚磺酰胺, 产率77%, ee值99%, 引发了叔丁基亚磺酰胺类手性配体的发展. 近年来, 不对称合成技术在有机合成领域发展迅速, 过渡金属手性配合物催化剂得到快速发展. 一般的手性配体包括手性膦配体[2]、手性胺配体[3]、卡宾[4]、氨基酸[5−6]等, 而一般常见的过渡金属包括铜[7]、锌[8]、铑[9]、钌[10]、钯[11]等. 过渡金属手性催化的基本原理是通过改变中心金属离子周围的手性环境, 选择性地生成具有特殊立体构型的产物. 而以手性叔丁基亚磺酰胺衍生物为配体的过渡金属催化剂, 具有配体价格低廉、结构简单、易于修饰、使用范围广泛等[12]优点. 全世界众多学者通过合成新型叔丁基亚磺酰胺类手性配体、与不同过渡金属配位等方法, 争相研究其在不对称合成领域的应用, 为手性药物研发[13−14]、天然产物合成[15−16]等领域的蓬勃发展贡献了力量. 为了进一步深入研究叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂, 我们综述了近十年已报道的叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂的合成及应用, 梳理出其发展趋势, 为今后的研究指明方向.
1 双叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂目前, 已报道的双叔丁基亚磺酰胺类手性配体的合成路线(图1), 大致可以分为两类: 一是通过邻位二醛化合物与叔丁基亚磺酰胺在路易斯酸催化下发生缩合反应, 生成亚磺酰亚胺, 再通过烯丙基化反应, 得到目标化合物. 二是在强碱的存在下邻碘苄溴与叔丁基亚磺酰胺发生取代反应, 后续经AIBN、Bn3SnH处理, 发生闭环反应, 再与柔性或刚性亚甲基长链连接的溴化物反应, 生成最终的C2对称的双亚磺酰胺配体.
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图 1 双叔丁基亚磺酰胺类手性配体的合成路线 Fig.1 The synthetic route of chiral ligands of bis-tert-butyl sulfinamide class |
2016年, Prasad课题组[17]合成了一类新型C2对称的双亚磺酰胺配体L1−4, 并发现它们可以应用于铑(I)催化的芳基硼酸与环己酮、环戊酮的不对称共轭加成反应. 作者发现配体中硫中心的C2对称性和手性是使1,4-加成反应具有高对映选择性的关键. 2018年, 曾庆乐课题组[18]首次实现了C2对称的刚性双环状亚磺酰胺配体L5的合成(图2). 作者拓展了两类配体, 一类是链状柔性的烃基连接环状亚磺酰胺配体; 一类是较为刚性的苯环连接环状亚磺酰胺配体. 并将环状亚磺酰胺配体应用于过渡金属铑催化芳基苯硼酸与环己烯酮的不对称1,4-共轭加成反应, 可达到极高的对映选择性(ee＞99%). 2018年, 黄超乾[19]合成了3类双亚磺酰胺配体L6−8(图3). 作者尝试了配体L6、L7与Pd(dba)2于甲苯中反应, 但无论室温还是升温, 均未发生反应. 将配体L8与FeCl3, FeCl2, Fe(OTf)2进行反应, 均未得到预期金属配合物, 该类配体合成方法简单, 但由于配体自身不稳定, 容易分解, 导致与金属配位时没有成功.
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图 2 C2对称双亚磺酰胺配体及其应用[17−18] Fig.2 C2 Symmetric di-sulfinylamide ligands and their applications[17−18] |
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图 3 黄超乾合成的3类双亚磺酰胺配体[19] Fig.3 Three types of bi-sulfinylamide ligands synthesized by Huang Chao-qian[19] |
双叔丁基亚磺酰胺类手性配体主要通过两个亚磺酰基部分的S、C=C形成双齿配体或三齿配体与过渡金属进行配位, 如图4所示, 手性配体的C2对称性与亚磺酰基的手性在过渡金属催化芳基硼酸与环己烯酮不对称1,4-加成等反应中提供了极高的对映选择性.
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图 4 双叔丁基亚磺酰胺类手性配体与Rh(Ⅰ)的配合物 Fig.4 Rh complex with the chiral ligands of bis-tert-butyl sulfinamide |
叔丁基亚磺酰胺-磷配体在叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂中设计开发种类最多, 应用最广泛的一类配体, 国内外众多课题组争相报道, 合成了一系列结构新颖的叔丁基亚磺酰胺-磷配体, 并将其合成的过渡金属催化剂应用于各种类型的不对称合成. 其中复旦大学张俊良课题组近些年开发的非C2对称Sadphos家族配体, 自2014年起至今, 已报道9种配体, 在本节文后单独进行系统介绍.
叔丁基亚磺酰胺-磷配体的合成路线如图5所示, 首先合成具有膦取代基的醛化合物, 在钛酸四乙酯的催化下与叔丁基亚磺酰胺生成具有膦取代基的亚磺酰亚胺, 再通过与格氏试剂、烷基锂等发生亲核加成反应获得不同构型的目标化合物.
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图 5 叔丁基亚磺酰胺-磷配体合成路线 Fig.5 Synthesis route of tert-butyl sulfinamide phosphorus ligand |
2015年, 姜茹课题组[20]合成了一类二茂铁基膦-叔丁基磺酰胺配体, 并将其用于C―C和C―N键的对映选择性形成. 衍生自配体L9的钯配合物是不对称烯丙基烷基化的有效催化剂, 应用范围较广(适用于对称/不对称双取代线性底物、环状底物), 同时产物具有高对应选择性, ee值高达91%(图6). 同时作者还尝试将该类配体应用于铑催化的不对称芳基化反应, 以1-萘甲醛和芳基硼酸三聚体为底物, 但未得到理想的产率(62%)与对映选择性(55%, ee). 我们对张俊良课题组在叔丁基亚磺酰胺-磷配体的设计开发与应用方面进行了总结, 自2014年开发出第一代Ming-Phos后, 至今已形成具有10类具有灵活配位模式的Sadphos配体家族(图7), 与过渡金属(Au、Cu、Pd、Ir等)配位形成催化剂, 在不对称合成领域做出了卓越的贡献. Sadphos配体家族可以分为4类: 第1类是以Ellman配体为骨架拓展得到的亚磺酰胺手性膦配体Ming-Phos, 及之后对Ming-Phos进行改造得到的Xiang-Phos、Xu-Phos、TY-Phos; 第2类是以Ellman配体为骨架拓展得到的手性β-亚磺酰胺膦配体Xiao-Phos及Wei-Phos; 第3类是以Xantphos 为模板的得到的PC-Phos及GF-Phos; 第4类是以二茂铁为骨架衍生的手性亚磺酰胺膦配体WJ-Phos.
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图 6 一类二茂铁基膦-叔丁基磺酰胺配体及其应用[20] Fig.6 A class of ferrocene phosphine tert-butyl sulfonamide ligands and their applications[20] |
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图 7 Sadphos配体家族 Fig.7 Sadphos ligand family |
2014年, Ming-Phos诞生[21], 张展鸣等以廉价原料, 通过不同有机金属试剂对亚磺酰亚胺进行加成, 实现了Ming-Phos结构多样性. Ming-Phos配体在两个金催化的环加成反应中表现良好, 可以高产率地合成对应化合物, 并具有良好的非对映选择性和对映体选择性(图8a). 随后, 他们将Ming-Phos与二乙烯基苯通过共聚高效固定化, 得到聚合物键合的Ming-Phos[22], 这种多相催化剂不仅具有与均相催化剂相似的催化活性和对映体选择性, 而且方便回收, 循环使用长达8次. 2015年, 唐斌[23]将Ming-Phos应用于金催化的1,6-烯炔化合物的不对称环化异构化反应(图8b), 反应的ee值达到89%, 但产率仅有16%. 2016年, 张展鸣等[24]利用非贵金属铜与Ming-Phos络合形成的催化剂首次实现了亚甲基偶氮叶立德与β-三氟甲基β,β-二取代烯酮的[3+2]环加成反应(图8c). 该方法成功构建了具有三氟甲基的全碳四元立体中心的吡咯烷化合物, 非对体选择性大于20∶1, 对映体选择性大于98%. 这种环加成反应具有高效率、高非对映体和对映体选择性、突出的官能团耐受性和多样性的转化能力. 2017年, 许冰等[25]将Ming-Phos应用于铜催化的不对称偶极环加成反应, 有效降低了α-三氟甲基α,β不饱和酯快速脱氟和固有的空间位阻的影响, 成功获得了一系列具有三氟甲基化全碳四元立体中心的吡咯烷化合物(图8d). 2018年, 刘冰等[26]将Ming-Phos应用于Cu(I)催化的甘氨酸酮亚胺与β-CF3-β,β-二取代烯酮的催化不对称[3+2]环加成反应(图8e). 该反应具有优异的化学选择性、非对映选择性和对映选择性.
2018年, 王以栋等[27]以Ming-Phos为手性配体, 实现了高对映选择性金(I)催化的分子间串联环化/[3+2]环加成反应. 以高产率(高达99%)、良好的非对映选择性(>20∶1)和对映体选择性(ee值高达97%)合成了多种环戊[c]呋喃化合物(图9a). 2019年, 底晓煜等[28]将Ming-Phos利用于金催化的串联杂环化/[4+3]环加成反应, 在温和的条件下以80%~98%的产率、较高的exo选择性(exo∶endo = 50∶1)和高达97%的对映选择性实现了手性氧桥七元环状化合物的构筑, 并能够实现克级规模放大和衍生化(图9b). 2019年, 武原琪等[29−30]将三氟甲基取代的Ming-Phos配体应用于银催化的不对称[3+2]环加成反应, 表现出较高的催化活性, 可以在温和的条件下以较高的产率和良好的对映体选择性合成多种高官能化的双环吡咯烷衍生物(图9c).
2020年, Wang Huanan等[31]以Pd/Ming-Phos为催化剂, 首次实现了外消旋炔丙基苯甲酸酯与有机硼酸的高对映选择性偶联反应, 用于合成手性联烯, 表现出出色的不对称选择性, 且具有良好的底物范围(图10a). 2020年, 周璐佳等[32]将Ming-Phos应用于金(I)催化不对称分子间串联[3+3]环化反应, 合成了一系列具有光学活性3,4-稠合双环呋喃衍生物(图10b), 该反应具有较高产率, 区域选择性和对映选择性. 2021年, 李三亮等[33]将Ming-Phos应用于钯催化的不对称分子内Heck反应(图10c). 该反应具有反应效率高、对映体选择性高、手性配体新颖、转化形式多样等特点. 2022年, Yang Bin等[34]将Ming-Phos应用于Pd 催化的不对称 Sonogashira交叉偶联反应, 开发了一种有效合成轴向手性苯胺的方法, 获得了中等以上产率和高对映选择性(ee高达98%)(图10d). 2022年, 许冰等[35]以Ming-Phos为手性配体, 实现了金催化的N-烯丙基酰胺与硝酮的分子间[3+2]环加成反应(图10e). 通过使用手性配体的任意非对映异构体, 都能够高产率和高区域选择性地得到两种相反构型的环加合物的对映体.
2016年, 胡浩翔[36]针对Ming-Phos进行了改造, 利用空间位阻更大、富电性更强的金刚烷基替代P上的苯基, 得到了一类新型配体, 命名为Xiang-Phos. 并将其应用于金催化的吲哚烯烃与联烯胺的不对称环加成反应, 以较高的立体选择性得到了一系列含吲哚的手性四元环类化合物和手性咔唑类多环杂环化合物(图11a). 2018年, 张培超等[37]首次将Xiang-Phos应用于金催化的茚和三取代烯烃的分子内对映选择性环丙烷化反应. 以较高的产率(98%~99%)合成了具有两个邻近碳立体中心的手性[5-3-6]稠环化合物, 并具有良好的对映体选择性(ee最高可达98%)(图11b). 2019年, 王磊等[38−39]将Xiang-Phos应用于烯基肟碳醚化反应中, 采用芳基溴化物用作芳基化试剂, 以优秀的产率和对映选择性实现了手性异噁唑啉的合成(图11c). 并且, 芳基氯化物和烯基溴化物在该反应中也能够顺利发生, 能够以中等到优秀的对映选择性获得相应产物. 2020年, 陶梦娜等[40]将Xiang-Phos应用于Pd催化的分子间碳杂官能化反应, 制备出各种旋光性的呋喃二氢吲哚和四氢呋喃苯并呋喃(图11d). 该方法可以通过在呋喃环上引入各种取代基, 从而应用于合成具有高区域和对映选择性的复杂的多取代杂环, 这是其他方法难以达到的.
2018年, 许冰等[41]对Ming-Phos进行了改造, 将P上基团换为空间位阻更大的金刚烷基, 得到Xu-Phos, 并使用N-Me-Xu-Phos首次通过钯催化的还原Heck反应, 实现了第1个高对映选择性的烯丙基芳基醚分子内氢芳基化反应, 以良好的收率和优异的对映选择性获得了一系列具有四元立体中心的光学活性2,3-二氢苯并呋喃(图12a). 随后张展鸣、许冰拓展了Xu-Phos的应用[42], 将Xu-Phos衍生的钯催化剂应用于未活化烯烃的高对映选择性碘原子转移环异构化反应(图12b). 该方法提供了一种原子经济的策略来构建具有光学活性的2,3-二氢苯并呋喃、吲哚和色满化合物. 张展鸣、许冰等[43]将Xu-Phos应用于钯催化的不对称串联Heck/Suzuki偶联反应(图12c), 实现了未活化烯烃的高对映选择性双碳官能化. 这是首次实现烯烃芳基卤化物与烷基、烯基、芳基硼酸的高对映选择性分子内环化/交叉偶联, 并提供了快速合成二氢苯并呋喃、二氢吲哚、以及带有四元立体中心的茚满酮等化合物的方法. 2019年, 朱成浩等[44]将Xu-Phos应用于钯催化的三氟取代芳烃与炔烃的不对称Heck反应, 合成了高非对映体比例的三取代联烯(图12d). 2020年, 周璐佳等[16]发现N-Me-Xu-Phos在钯催化的烯烃与末端炔的分子内Heck/Sonogashira反应中表现突出, 以高产率和高立体选择性获得各种具有炔基全碳四元立体中心的独特的取代苯稠环骨架(图12e). 2021年, 曹康宁[45]将Xu-Phos应用于Pd催化的分子间C(sp3)-C(sp3)偶联反应, 实现了环丁醇和未活化烯烃的分子间C(sp3)-C(sp3)偶联反应(图12f). 以中等到良好的产率获得了一系列苯稠环化合物, 具有良好的区域选择性和对映体选择性.
2021年, Li Yinlin等 [46]将Xu-Phos与PC-Phos应用于钯催化的苯并三唑与环状、非环状1,3-二烯的不对称脱氮环加成反应, 以高收率与高ee值获得各种取代的六氢咔唑和吲哚类化合物(图13a). 2021年, 吴毅等[47]将Xu-Phos应用于钯催化的未活化烯烃与邻乙炔基苯胺的分子间串联 Heck/Cacchi 反应, 高对映选择性的获得系列2,3-二氢苯并呋喃或二氢吲哚取代的全碳四元吲哚(图13b). 该方法原子利用率高、官能团耐受性高、反应条件温和, 并且具有出色的对映选择性. 2021年, Chen Qiaoyu等 [48]将Xu-Phos 应用于Pd催化的不对称Heck/Suzuki反应, 具有很高的官能团耐受性, 能与各种芳基/烯基硼酸酯偶联(图13c). 作者成功合成了一系列手性二取代二氢异喹啉酮类化合物, 产率高、对映体选择性好. 2021年, 王玉卓[15]将Xu-Phos 应用于Pd催化的N-Boc-O-高烯丙基羟胺和N-Boc-戊-4-烯基胺与芳基溴或烯基溴的对映选择性碳胺化反应, 以较高的产率提供各种取代的异恶唑烷和吡咯烷, ee值高达97%(图13d). 2022年, 许冰等[49]首次将Xu-Phos应用于钯催化的Heck/烯烃分子内C―H烷基化反应(图13e), 具有优异的化学和区域选择性. 该方法不仅构建了各种手性5,4-和5,5-螺环, 还包括合成了具有挑战性的全碳四元立体中心. 2022年, 王磊等[50]将Xu-Phos应用于钯催化的分子内不对称Mizoroki-Heck反应(图13f). Xu-Phos成功地抑制了C―H芳基化副反应的发生, 并有效地促进了螺氧吲哚和螺异吲哚-1-酮产物的形成.
2020年, 林桃燕等[51]对Ming-Phos进行一系列改造得到了新型配体TY-Phos, 并将其应用于高对映选择性钯催化的谐二氟烯烃与芳基卤化物的氟芳基化反应(图14a), 为手性1,1,1-三氟-2-芳基烷烃的合成提供了一种有效的方法. 该方法原料易得, 产率高, 对映体选择性好, 底物范围广. 2021年, 张培超等[52]将TY-Phos应用于阳离子金催化的邻烷基芳基二茂铁衍生物的不对称氢芳基化反应(图14b), 该方法可以同时构建轴向和平面手性, 在温和的反应条件下, 具有高产率、良好的非对映选择性(>20∶1 dr)、高对映体选择性(ee高达99%). 解决了通过一个简单反应同时构建两个不同手性的巨大挑战. 2021年, 潘长进等[53]将TY-Phos应用于钯催化的不对称分子间α-芳基化反应(图14c). 该反应提供了一种快速获得带有α-全碳立体中心手性醛的方法, 底物范围广, 产率可达中等至良好. 通过交换醛和芳基溴的芳基, 可以容易地使用同一配体制备一对对映异构体, 解决了无环醛不对称α芳基化的难题.
2015年, 宿晓[54]受Verdaguer合成的配体PNSO的启发, 在PNSO骨架中引入一个新的手性中心进行修饰和改造, 得到了一类新型叔丁基亚磺酰胺膦配体Xiao-Phos. 作者将该类配体应用于铑催化的分子内的[2+2+2]环加成反应, 能以较为可观的收率得到目标产物, 但产物的对映体选择性很差, ee最高仅有34% (图15a). 2019年, 戴强[55]发现Pd/Xiao-Phos可用于催化P-C交叉偶联反应, 以仲膦氧化物和芳基溴化物为底物, 快速获得手性膦氧化物. 该反应以高达96%的产率和97%的ee生成各种叔膦氧化物(图15b). 2020年, 戴强等[56]将Xiao-Phos应用于钯催化的炔烃的对映选择性氢膦酰化反应. 仲膦氧化物和炔烃可以在高的化学选择性、区域选择性和对映体选择性下偶联合成P-手性烯基膦氧化物(图15c). P-手性烯基膦氧化物和SPO可以进行回收再利用, 使该方法具有很高的实用性. 2021年, 戴强等[57]设计了一种通过Pd/Xiao-Phos 催化的对映选择性P-苄基化过程动力学拆分外消旋仲氧化膦的方法(图15d). 以良好的产率和优异的对映纯度(选择性因子高达226.1)获得叔和仲氧化膦. 2022年, 谢潇潇等[58]将Xiao-Phos应用于钯催化乙炔与仲膦氧化物的氢化磷化反应, 随后经过碱催化的环化反应, 合成了一系列新型的P-立体定向单磷配体(Xie-Phos)(图15e). Xie-Phos很容易合成和修饰, 可用于催化酰胺的α-芳基化、Domino Heck/Suzuki等不对称反应.
2017年, 王以栋等[59]利用设计的PC-Phos实现了高对映选择性金催化N-烯酰胺类化合物的分子成环反应(图16a), 这是第一个N-烯酰胺类化合物高对映选择性实现分子内环化的例子. 此外, PC-Phos/AuNTf2催化剂体系对促进N-烯酰胺的去对称化反应具有显著的效果, 其ee值最高可达94%. 2018年, 王磊等[38,60]开发了一种强大的催化剂体系Pd/PC-Phos, 用于芳基、苄基和烷基亚磺酸根阴离子对映选择性芳基化, 形成各种手性亚砜, 收率很好(高达98％), 对映选择性很高(ee高达99％)(图16b). 该配体通过O、P原子和钯可形成很少观察到的11元环. 随后, 张培超[61]对PC-Phos的合成方法进行了改进, 从手性叔丁基亚磺酰胺出发通过一个简单的“四步一锅法”合成的手性亚磺酰胺类单膦配体PC-Phos, 并首次实现了钯催化的苯并三氮唑与联烯(胺)的开环脱氮不对称[3+2]环加成反应(图16c). 2020年, 储豪科等[62]将PC-Phos应用于钯催化的吲哚类化合物与内炔的动力学不对称脱芳构化反应, 得到了具有良好对映体选择性(ee高达96%)的具有全碳四元立体中心的手性螺吲哚类化合物(图16d). 由于该方法操作简单、效率高、对映体选择性高、底物范围广以及转化方式多样, 有望用于合成生物碱和含手性螺吲哚和螺吲哚骨架的药物.
2021年, 赵国峰等[63]对PC-Phos进行了改造, 将P原子上苯基换为环己基得到了GF-Phos, 并将其应用于钯催化的N-对甲苯磺酰肼、芳基卤化物和末端炔的3组分对映体选择性偶联反应, 成功开发出一种合成手性二芳基甲基炔的途径(图17). 该反应的显著特点是原料易得, 底物范围广, 对映体选择性高, 易于放大, 反应条件温和, 转化形式多样.
2019年, 韩洁等[64]利用一类新型的二茂铁衍生的手性亚磺酰胺膦配体(WJ-Phos), 首次实现了铜催化下1,1-二取代烯烃与B2(Pin)2和芳酰基氟化物的高对映选择性3组分硼酰化反应, 以高达88%的收率和94%的ee分离了含全碳四元立体中心的β-硼基-β,γ-不饱和酮(图18a). 2020年, 季王琴等[65]发现钯/WJ-Phos催化剂可以应用于Suzuki-Miyaura反应, 用于高效构筑轴向手性联芳基单膦氧化物(图18b). 合成了一系列轴向手性联芳基单膦氧化物, 产率和对映体选择性都很高.
在以上报道的叔丁基亚磺酰胺-膦过渡金属手性催化剂主要涉及Cu、Pd、Au 3种过渡金属, 叔丁基亚磺酰胺-膦配体主要通过P、亚磺酰基O与Cu(I)、Pd(Ⅱ)结合, 进行配位(图19a−b). 这与叔丁基亚磺酰胺-膦配体与Au(I)形成配合物的情况不同, 叔丁基亚磺酰胺-膦配体主要通过P与Au(I)结合配位(图19c), 再通过与反应物产生氢键、π-π相互作用等进行反应, 得到高对映选择性的产物.
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图 19 叔丁基亚磺酰胺-膦配体与Cu(I)、Pd(II)、Au(I)形成的配合物 Fig.19 Complex formed by tert butyl sulfinamide phosphine ligand with Cu(I), Pd(II), Au(I) |
2016年, 曾庆乐课题组温泉[14]以环状亚磺酰胺为手性骨架, 合成了一系列的手性亚磺酰胺-烯烃配体, 合成路线如图20所示, 并考察了这些配体的催化活性和对映选择性, 其中L11的配位催化效果最好, 其与铑配位形成的催化剂催化芳基硼酸对α,β-不饱和环状羰基化合物的1,4-共轭加成和对苯偶酰的1,2-共轭加成, 均表现出很高的催化活性与对映选择性, 反应产物产率高达98%.
2017年, 曾庆乐课题组袁帅[66], 以(R)-叔丁基亚磺酰胺和肉桂基溴为主要原料, 经C-N偶联和亲核取代合成了一系列手性N-芳基亚砜酰胺烯烃配体(图21), 在铑催化芳基硼酸与环烯酮的不对称1,4-加成反应中表现出中等至优良的不对称催化性能.
2018年, Fernandez课题组[67]开发出一种亚磺酰胺/烯烃的手性配体, 用于对映体铑催化的芳基硼酸向三氟甲基酮的加成反应. 配体L15应用于大位阻硼酸, 并以高收率和优异的对映选择性(高达> 99％)形成一系列手性三氟甲基取代的醇类化合物(图22). 作者经过NMR和理论计算研究表明, 配体是通过硫和双键配位的双齿配体. 但此类配体对于空间受阻的酮类化合物, 反应收率很低, 仅在13%~38%之间.
4 其他叔丁基亚磺酰胺类配体
2015年, 高宁等[68]报道了一类叔丁基亚磺酰胺S,N-配体L16和S,P-配体L17, 并将其应用于钯催化的2-氟丙酸二甲酯的不对称烯丙基取代反应(图23). 作者发现吡啶环邻位上取代基对对映体选择性起着至关重要的作用. 该方法能够以高的产率合成单氟烯丙基产品, 并具有良好的对映体选择性. 2017年, 赵晓明课题组[69]以水杨酸和手性叔丁烷亚磺酰胺制得了新型叔丁基亚磺酰胺-酚配体(R)-L18, 其被用于钯催化的2-氟乙酰乙酸乙酯的不对称烯丙基取代反应, 从而得到了高达98%的收率, 94% ee和2.2∶1 dr的氟化烯丙基产物(图24).
5 总结与展望
综上所述, 叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂由于结构简单、易于合成修饰且催化性能良好等特点, 因而在不对称合成领域发展火热, 引起众多课题组争相报道, 开发出了各种叔丁基亚磺酰胺-硫配体、叔丁基亚磺酰胺-磷配体、叔丁基亚磺酰胺-烯烃配体、叔丁基亚磺酰胺-氧配体与Co、Cu、Rh、Pd、Au等过渡金属配位, 形成对应的过渡金属催化剂, 被广泛应用于Diels-Alder反应、不对称1,4-共轭加成反应、不对称还原Heck反应、Suzuki-Miyaura偶联反应、复杂螺环化合物合成等. 叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂主要依靠亚磺酰基S原子p轨道及其他配位原子(P原子轨道、碳碳双键、π键)接受金属原子反馈的电子, 形成配位键, 在不同诱导性空间位阻基团的配合下, 改变金属离子的手性环境, 从而达到不同的催化效果. 手性叔丁基亚磺酰胺类催化剂经过二十多年的发展, 已经形成庞大的家族, 并得到了广泛应用. 我们通过以上深入调研, 发现其在以下两个方面仍有很大的发展潜力: 一方面, 手性叔丁基亚磺酰胺类配体可塑性很强, 有望开发出更多类型的配体, 例如在配体中引入更多种类的配位基团(羰基、氰基等)或通过引入吸电子基团或给电子基团调控配体电子云密度, 从而达到改变手性环境的目的; 另一方面, 已合成的手性叔丁基亚磺酰胺类过渡金属催化剂基本均为均相催化剂, 虽然催化效果良好, 但反应后很难回收利用, 导致成本增加, 因此, 开发该类催化剂与固定相结合, 方便回收, 提高循环使用次数具有很高的研究价值.
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Catalytic asymmetric synthesis of tert-butanesulfinamide. Application to the asymmetric synthesis of amines[J]. J Am Chem Soc, 1997, 119(41): 9913–9914.
DOI:10.1021/ja972012z |
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Miao Hui(苗 慧). Synthesis, structure and reactivity of rare-earth metalcomplexes incorporating chiral cyclohexyl bridgedbis(β-diketiminato) or β-ketoiminate ligands(含手性环己二胺桥联β-二亚胺(或酮亚胺)配体稀土配合物的合成、结构及性能研究) [D]. Wuhu(芜湖): Anhui Normal University(安徽师范大学), 2017.
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