韓裕紅

吡啶-噁唑啉配體在不對(duì)稱(chēng)催化中的應(yīng)用

韓裕紅

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

吡啶-噁唑啉類(lèi)手性配體已成功地應(yīng)用于多種不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)。由于反應(yīng)的機(jī)理不同，具有不同結(jié)構(gòu)的配體適合于促進(jìn)不同的反應(yīng)，配體可以通過(guò)基于不同結(jié)構(gòu)元素的相互作用影響這些不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)。這些因素包括π效應(yīng)、空間排斥、氫鍵和弱配位輔助等。盡管在過(guò)去十幾年中吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的應(yīng)用取得了重大進(jìn)展，利用這些類(lèi)型的配體來(lái)探索更廣泛的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，仍然存在許多挑戰(zhàn)。發(fā)展其他一些不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，將金屬催化擴(kuò)展到不同的過(guò)渡金屬仍然是非常理想的。

吡啶-噁唑啉配體；性質(zhì)； 配體設(shè)計(jì)； 應(yīng)用

含噁唑啉的配體廣泛地應(yīng)用于許多不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)中。吡啶-噁唑啉類(lèi)配體是比雙噁唑啉和膦-噁唑啉配體設(shè)計(jì)得早的一類(lèi)配體，正迅速普及于不對(duì)稱(chēng)催化領(lǐng)域中。金屬配合物進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)催化時(shí)，具有效率高、原子經(jīng)濟(jì)性好、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[1]。同時(shí)手性噁唑啉配體通過(guò)影響空間位阻，以及金屬催化劑的電子性質(zhì)；允許較低的反應(yīng)溫度和降低一些反應(yīng)的副產(chǎn)物；從而提高金屬催化的反應(yīng)性、區(qū)域選擇性和對(duì)映選擇性[2-5]。

1 吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的性質(zhì)

1.1 吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的催化原理

自從第一種含噁唑啉的配體——吡啶-噁唑啉型配體Pyox開(kāi)發(fā)以來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多種吡啶-噁唑啉類(lèi)配體，并且其他三種結(jié)構(gòu)相關(guān)的配體在各種類(lèi)型的反應(yīng)中顯示出良好的催化性能。右圖所示的B型配體具有貧電子的吡啶、吡嗪或嘧啶環(huán)，具有-CF3、-COOMe、-NO2或額外的噁唑啉功能。當(dāng)然，噁唑啉環(huán)體系可以作為配位基團(tuán)，從而減少催化體系中游離金屬離子的量。吸電子基團(tuán)通常位于4-或5-位置，因此與催化中心沒(méi)有空間或配位相互作用。吡啶環(huán)的3位上的取代提供了它與噁唑啉環(huán)之間顯著二面角（C）。由附加基團(tuán)提供的畸變可能對(duì)催化活性和對(duì)映選擇性產(chǎn)生重大影響。最后一類(lèi)吡啶-噁唑啉型配體（D）型具有鄰位取代基，他們可以與催化中心相互作用，從而影響催化。

1.2 吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的優(yōu)點(diǎn)

吡啶-噁唑啉類(lèi)配體用于不對(duì)稱(chēng)催化有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）它們對(duì)于氧化條件，含膦配體通常不相容的條件是比較便宜和穩(wěn)定的；

（2）具有各種空間和電子性質(zhì)的衍生物可以容易地進(jìn)行催化。在短時(shí)間內(nèi)，由于許多吡啶衍生物和手性氨基醇在商業(yè)上可買(mǎi)到，或者很容易從低成本的原料合成；

（3）它們是聯(lián)吡啶和菲咯啉的良好類(lèi)似物；

（4）吡啶部分的氮原子是電子相對(duì)貧乏，因此可促進(jìn)還原消除。它具有促進(jìn)鈀催化的有氧氧化的獨(dú)特性質(zhì)，可能能夠穩(wěn)定Pd(0)和抑制鈀黑的形成；

（5）噁唑啉環(huán)的獨(dú)特性質(zhì)是氮原子由于氧原子與C[d]之間的p-π共軛而相對(duì)富含電子。雙鍵能促進(jìn)有機(jī)金屬反應(yīng)的氧化加成，而Csp2是缺電子的，能降低吡啶環(huán)的電子密度；

（6）兩個(gè)配位基團(tuán)的不同電子特征可通過(guò)反式效應(yīng)影響過(guò)渡金屬催化的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)。

2 吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的發(fā)展

1986年Brunner和同事們首次設(shè)計(jì)含噁唑啉的配體以來(lái)[6-7]，相繼開(kāi)發(fā)了幾種非常有效的配體，如Pybox[8]、Box[9-13]、Phox[14]、Tox和其他配體。Box和Phox對(duì)于大多數(shù)的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)適用。但對(duì)少數(shù)的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)能夠提供良好的結(jié)果[5-6]。利用吡啶-噁唑啉類(lèi)手性配體發(fā)現(xiàn)了幾種具有挑戰(zhàn)性的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，顯示出它們?cè)谛碌拇呋椒ㄖ械臐撛趹?yīng)用前景。

3 吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的應(yīng)用

3.1 銠催化酮的硅氫化反應(yīng)

Brunner首次對(duì)Pyox配體的成功應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在噁唑啉的4位上，tBu是最好的手性取代基，提供了83%ee所需的手性醇。在稍微不同的條件下，使用該配體得到高達(dá)91% ee的產(chǎn)物。通過(guò)銠配合物的X-射線(xiàn)晶體分析，銠配合物的船形構(gòu)象使噁唑啉的立體取代基遠(yuǎn)離金屬中心，體現(xiàn)該配體對(duì)反應(yīng)的不對(duì)稱(chēng)誘導(dǎo)能力。

3.2 鈀(II)催化的Heck反應(yīng)

1991年Brunner首次研究了這種不對(duì)稱(chēng)鈀(II)催化的Heck反應(yīng)，使用他們開(kāi)發(fā)的8-喹啉-噁唑啉配體。8-喹啉酮類(lèi)化合物可以得到74% ee的產(chǎn)物，而其他類(lèi)型的N,N-手性配體的結(jié)果較差。

3.3 串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)

2006年，楊基發(fā)展了Pd(II)催化的對(duì)映選擇性氧化串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，使用現(xiàn)成的Sparteine因作為手性配體，氧氣作為綠色氧化劑，得到對(duì)映體富集的吲哚，同時(shí)苯甲酰苯胺的底物也可以反應(yīng)。

3.4 共軛加成反應(yīng)

2017年，Stanley團(tuán)隊(duì)將Stoltz的催化體系擴(kuò)展到不對(duì)稱(chēng)鈀催化的芳基硼酸與β-芳基環(huán)烯酮的共軛加成反應(yīng)，生成含有雙芐基四元立體中心的酮。與β-烷基環(huán)烯酮相比，這種類(lèi)型的底物顯示出較低的反應(yīng)活性，因此采用較高的芳基硼酸和催化劑的負(fù)載量以及較高的反應(yīng)溫度來(lái)獲得較高的收率。

3.5 不對(duì)稱(chēng)釕催化的Carroll重排

釕催化的烯丙基取代是有吸引力的，因?yàn)獒懪浜衔锉蛔C明是選擇性生成支鏈產(chǎn)物。Carroll重排通常在苛刻的條件下進(jìn)行。Lacour發(fā)現(xiàn)Pyox配體可以有效地促進(jìn)這種反應(yīng)，使重排產(chǎn)物具有中等到良好的ee值和良好的支鏈選擇性。

4 結(jié)論

吡啶-噁唑啉類(lèi)手性配體已成功地應(yīng)用于多種不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)。通過(guò)改變吡啶環(huán)和噁唑啉環(huán)上的取代基以微調(diào)配體的電子和空間性質(zhì)，提高雙齒N，N-配體的催化活性。過(guò)去十幾年中吡啶-噁唑啉類(lèi)配體的應(yīng)用取得了重大進(jìn)展，為了發(fā)展其他一些不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，將金屬催化擴(kuò)展到不同的過(guò)渡金屬催化仍然是非常理想的。繼續(xù)利用手性吡啶-噁唑啉的配體開(kāi)發(fā)新的和具有合成價(jià)值的對(duì)映選擇性的反應(yīng)，仍然有很大的意義。

［1］Privileged Chiral Ligands and Catalysts, ed. Q.-L. Zhou, Weinheim, Wiley-VCH, 2011.

［2］G. Desimoni, G. Faita and K. A. J?rgensen, Chem. Rev., 2011, 111 .

［3］M. P. Carroll and P. J. Guiry, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 819 .

［4］H. A. McManus and P. J. Guiry, Chem. Rev., 2004, 104, 4151 .

［5］Y. Liu, W. Li and J. Zhang, Natl. Sci. Rev., 2017, 4, 326 .

［6］H. Brunner, U. Obermann and P. Wimmer, J. Organomet. Chem., 1986, 316.

［7］H. Brunner and U. Obermann, Chem. Ber., 1989, 122, 499 .

［8］H. Nishiyama, H. Sakaguchi, T. Nakamura, M. Horihata, M. Kondo and K. Itoh, Organometallics, 1989, 8, 846 .

［9］T. Johnson, B. Luo and M. Lautens, J. Org. Chem., 2016, 81, 4923.

［10］Chen and C. Cai, Org. Biomol. Chem., 2016, 14, 5019.

［11］E. J. Corey, N. Imai and H.-Y. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 728 .

［12］Q. He, L. Wu, X. Kou, N. Butt, G. Yang and W. Zhang, Org. Lett., 2016, 18, 288.

［13］K. Kikushima, J. C. Holder, M. Gatti and B. M. Stoltz, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 6902.

［14］W. Huang, X. Wan and Q. Shen, Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 11986.

Application of Pyridine-oxazoline Ligands in Asymmetric Catalysis

(College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Zhejiang Wenzhou 325035, China)

The chiral ligands of pyridine-oxazoline have been successfully used in a variety of asymmetric catalytic reactions. Due to the different reaction mechanisms, ligands with different structures are suitable to promote different reactions, and ligands can affect these asymmetric reactions through the interaction of different structural elements.These factors include the π effect, spatial repulsion, hydrogen bonding, and weak coordination.Although significant advances have been made in the use of pyridine-oxazoline ligands over the past decade, many challenges remain in exploiting these types of ligands to explore wider range of asymmetric reactions. It is still desirable to develop other asymmetric reactions to extend metal catalysis to different transition metals.

pyridine-oxazoline ligand; properties; ligand design; application

TQ 253

A

1004-0935（2020）04-0396-03

2020-01-03

韓裕紅（1993-），女，四川省綿陽(yáng)市人，溫州大學(xué)在讀研究生，碩士，2020年畢業(yè)于溫州大學(xué)有機(jī)合成專(zhuān)業(yè)，研究方向：有機(jī)合成。