自从1968年Knowles等[1]实现首例不对称催化反应以来, 不对称催化与合成研究领域不断取得重要进展, 成为20世纪有机化学发展中最重要的突破之一.在不对称催化与合成反应中, 手性催化剂无疑起着关键的作用, 它们既可以提供手性诱导的来源, 同时又稳定了手性中间体, 使得不对称催化反应得以成功进行.迄今为止, 人们已发展了多类手性配体分子体系和手性催化剂, 并且成功地将其应用于制药等工业生产中, 不对称催化与合成了多种手性药物[2, 3].然而在已知的手性催化剂体系中, 绝大多数源于中心手性、轴手性或面手性催化剂, 基于螺旋手性催化剂的发展及其在催化不对称合成中的应用研究一直没有引起人们足够的重视.
螺烯[4, 5]是一类至少由四个芳(杂)环邻位稠合而成的具有螺旋结构的芳香化合物.由于其骨架末端芳环之间的位阻排斥, 使得这类分子呈现特殊的P/M螺旋手性.相比于轴手性等催化剂, 螺烯类催化体系不仅具备实现不对称催化反应的独特螺旋手性环境, 而且具有很好的热稳定性以及更大的手性空间体积, 同时延展的π共轭结构还使得螺烯催化剂成为一类良好的电子给受体, 在催化反应过程中有助于生成稳定的电荷转移复合物中间体.这些表明基于螺烯的螺旋手性催化剂能够应用于催化不对称合成中, 并将具有广泛的潜在用途.
早在1986年, Martin等[6]就发现螺烯作为手性辅助试剂可以有效地诱导不对称合成反应.例如:在光学纯的氰基取代螺烯衍生物2存在下, 1, 2-二苯乙烯(1)可以发生不对称环氧化反应(Eq. 1), 以92%产率和大于99% ee值生成手性环氧产物3, 同时螺烯2转化成酰胺衍生物4.基于官能团化的螺烯衍生物消旋体, 也可以实现不对称ene反应[7]、不对称羟氨化反应[8]、格氏试剂对羰基化合物的不对称加成反应[9]以及α-酮酯的不对称还原反应(Eq. 2)[10].虽然Martin等的研究是将螺烯作为手性辅助试剂或基团以化学剂量参与反应, 但是螺烯在反应过程中表现出明显的立体选择性控制能力, 进一步说明其螺旋手性的存在为反应的进行提供了一个不对称的来源, 具有作为催化剂应用到不对称反应中的潜力.
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1997年Reetz等[11]首次设计合成了手性膦官能团螺烯配体, 并成功地把它应用于不对称催化合成中.之后, 尤其是近年来基于螺烯的新型催化剂不断被报道, 并且表现出较高的不对称催化性能, 螺烯及其衍生物在催化不对称合成中的应用研究引起了人们越来越多的关注与兴趣, 并逐渐成为螺烯化学与不对称催化合成中的重要组成部分.目前, 人们已设计合成了十余种基于螺烯的催化剂, 主要包括含膦、氮以及氧官能团的螺烯催化剂, 催化位点可以通过在螺烯骨架上官能团化或者直接嵌入螺烯骨架的方式引入.不同官能团化的螺烯分子既可以作为手性诱导试剂应用于自催化反应中, 也可以作为手性配体与中心金属相配位从而控制反应的选择性进行, 还可以作为有机小分子催化剂应用于不对称催化反应中.由此看来, 螺烯催化剂发挥作用的模式多种多样, 可以催化不同类型的不对称反应.本文将根据螺烯催化剂在反应中承担角色的不同, 从螺烯手性诱导试剂、螺烯配体与螺烯手性小分子催化剂三个方面分别概述螺烯及其衍生物在不对称催化合成中的应用.
“不对称自催化”是一种通过自催化实现独特的手性放大的过程, 在不对称催化研究领域中占据了重要的地位[12, 13]. “不对称自催化”可以通过低手性值的试剂诱导形成高手性的反应产物, 得到的高手性值的反应产物可以进一步作为催化剂用来催化反应本身不对称选择性的进行, 最终生成光学活性很高的产物.圆偏振光[14]、手性化合物[15]以及手性无机材料[16]都可以作为有效的手性诱导试剂应用于“不对称自催化”反应中.
Soai等[17]发现没有取代的螺烯以及硫杂螺烯能够作为嘧啶醛的不对称自催化手性诱导试剂(Eq. 3).加入手性的[6]螺烯(P)-(+)-9或者[5]螺烯(P)-(+)-10以及硫杂[6]螺烯(P)-(+)-11与(P)-(+)-12, 能够对映选择性地诱导二乙基锌加成至嘧啶醛生成仲醇(S)-8(产率84%~95%, 23%~99% ee)[18, 19].值得注意的是, 即使加入[6]螺烯(P)-(+)-9的ee值只有13%, 也能够以88%的产率与56% ee的对映选择性得到手性仲醇(S)-8.这种没有任何官能团化修饰的螺烯能够诱导手性自催化反应的顺利进行, 是通过螺烯与芳香醛底物之间形成非对映电荷转移复合物中间体来实现.螺烯或者硫杂螺烯通过与反应物羰基配位进行有效的手性诱导反应, 诱导嘧啶醛与二异丙基锌反应生成手性仲醇.
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2017年, Soai等[20]使用相同构型的1-氮杂[6]螺烯(P)-(+)-13和2-氮杂[6]螺烯(P)-(+)-14作为手性诱导试剂用于嘧啶醛的不对称自催化反应中, 得到构型相反的手性仲醇(Scheme 1). P构型的1-氮杂[6]螺烯(P)-(+)-13以99%的对映选择性得到仲醇(S)-8, P构型的2-氮杂[6]螺烯(P)-(+)-14得到R构型的仲醇(R)-8, 其对映选择性也可达到97% ee.表明螺烯对自催化反应的对映选择性控制不仅受氮杂螺烯P/M构型的影响, 同时氮原子的位置也对反应产物的构型产生影响.由此可见, 具有明显螺旋手性的螺烯可以作为手性诱导试剂控制产物的立体构型, 螺烯的螺旋手性可以为不对称反应提供很好的手性来源.
螺烯类分子除了作为手性诱导试剂应用于不对称催化之外, 还可以作为螺烯配体或者小分子催化剂催化不对称反应.人们一般通过在螺烯骨架上进行官能团化或者直接将催化官能团嵌入螺烯骨架的方式来引入催化位点构建基于螺烯的催化剂.这些螺烯配体或者螺烯小分子催化剂一方面可以通过引入的含膦、氮以及氧官能团与底物发生作用, 另一方面可以利用螺旋骨架为反应提供具有螺旋手性的不对称空间, 从而实现不对称催化反应.
Reetz等[11]首先将螺旋骨架与含膦官能团相结合构筑螺旋膦配体催化剂, 随后将其用于不对称催化中.他们在1997年利用光环化反应合成2位被二苯基膦基团取代的[6]螺烯膦催化剂配体18 (PHelix), 之后通过高效液相色谱(HPLC)手性拆分的方式得到光学纯的(P)-(+)-PHelix与(M)-(－)-Phelix (Scheme 2). PHelix可以与(COD)2RhBF4形成配合物, 作为金属催化剂催化衣康酸二甲酯氢化反应(Eq. 4).虽然反应对映选择性不高(39% ee), 但是这是螺烯应用于不对称催化反应中的首例报道, 仍然具有开创性的意义. 2000年, 他们[21]发现(P)-(+)-PHelix可以实现钯催化的1, 3-二苯基烯丙醇酯(21)与丙二酸二甲酯的不对称烯丙基化反应, 反应底物转化率达到81%, 烯丙基化产物(S)-22达到84% ee的对映选择性; 同时没有反应底物21的ee值可达到81% ee (Eq. 5), 这也实现了动力学拆分的效果.
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2011年, Licandro等[22]受PHelix结构启发, 使用类似的设计思路, 合成了在骨架中嵌入硫原子的四硫杂螺烯膦催化剂(P)-(+)-25 (Scheme 3).他们在螺烯骨架的2位引入二苯基膦官能团, 同样选择在Rh催化的衣康酸二甲酯的氢化反应中测试了四硫杂螺烯催化剂(P)-(+)-25的反应活性, 但是结果发现产物(S)-20的对映选择性仍然不高(31% ee) (Eq. 6).
除了上面所述的在螺烯上引入两个二苯基膦官能团, 在螺烯骨架上只引入一个二苯基膦官能团也可以有效地催化反应. Usui等[23]在2016年报道合成了[5]螺烯衍生的膦配体, 根据是否通过二氯二氰基苯醌(DDQ)脱氢氧化, 分别得到了7, 8-二氢化[5]螺烯催化剂(P)-32和完全脱氢芳构化的[5]螺烯催化剂(P)-34 (Scheme 4). Usui等发现这两种分子都可以作为催化剂用于不对称反应中, 与中心金属钯结合可以催化多种反应, 得到较高的产率与对映选择性.
起初, 该小组研究发现手性螺烯催化剂(P)-32和(P)-34可以用于钯催化的1, 3-二苯基烯丙醇酯21的不对称烯丙基化反应中. (M)-32与钯相结合可以以99%的产率与94% ee对映选择性得到产物(S)-22, (M)-34同样可以作为催化剂配体催化反应高产率地进行(99%), 但是只有71% ee的对映选择性(Eq. 7).受此结果的启发, 作者又继续研究了吲哚不对称烯丙基化反应.发现手性螺烯催化剂(M)-32对此反应有非常高效的催化效率(产率95%~99%, 96%~99% ee) (Eq. 8), 并且(M)-32相比于其他催化此类反应的催化剂而言, 其催化效果更为优异.同时, 手性螺烯催化剂(M)-32与钯相结合也可以有效地催化1, 3-二苯基烯丙醇酯(21)生成手性丙基醚产物(S)-39 (产率61%~95%, 84%~96% ee) (Eq. 9).最后, 手性螺烯催化剂(P)-32和(P)-34还可以催化不对称Suzuki-Miyaura偶联反应, 可以控制1-溴-2-磷酸酯萘(40)与邻烷基取代的苯硼酸41反应生成具有轴手性的联苯芳烃化合物42, 其对映选择性高达99% ee (Eq. 10).
亚磷酸酯官能团与螺旋骨架相结合也可以对一些反应产生不对称催化的效果. 2003年, Yamaguchi等[24]使用合成亚磷酸酯的经典的方法, 从对应的二羟基取代的螺烯(M, M, S)-43与二氯化亚磷酸酯反应, 可以以81%的产率得到联螺烯亚磷酸酯催化剂配体(M, M, S, l)-44 (Eq. 12). (M, M, S, l)-44的分子结构融合了三种手性类型, 分别是[4]螺烯的螺旋手性、联萘基团的轴手性以及薄荷醇衍生物取代基的的中心手性.他们同样在Rh催化的衣康酸二甲酯氢化反应中测试了其活性, 发现其对映选择性比之前报道的二苯基膦取代的螺烯催化剂PHelix和(P)-(+)-25好很多, 最高可达到99%的产率与96% ee的对映选择性(Eq. 12)[25].值得注意的是, 在铑催化的反应中, 虽然基于亚磷酸酯取代的对映选择性螺烯要比双膦取代的螺烯的对映选择性更高, 但是由于催化位点周围立体位阻相对较大, 需要更加苛刻的条件才能够实现催化加氢反应.因此, 设计合成在温和的反应条件下便可在催化加氢的过程中表现出高不对称选择性的螺烯配体仍然是螺烯催化氢化领域的一个研究难点.
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2008年, Star 和Stará等[26]通过[2+2+2]环化反应合成了基于[6]螺烯酚的骨架, 然后在骨架上引入亚磷酸酯基团(Scheme 5)构建了一类新型的手性螺烯磷酸酯配体(P, S)-48, 随后将其应用于过渡金属催化的不对称反应中[27].将此螺烯亚磷酸酯(P, S)-48a与Rh(acac)-(CO)2配位形成催化苯乙烯氢甲酰化的催化剂, 虽然其催化反应可达到96%转化率, 并且区域选择性很高(50:51＝93:7), 但是对映选择性很低(29% ee) (Eq. 13).同时, Star 和Stará等使用螺烯亚磷酸酯(P, S)-48b和[Ir(COD)Cl2]原位生成催化剂, 可以将烯丙基酯以高对映选择性(94% ee)地转化成烯丙基胺类化合物53和54, 对于支链型产物53与直链型产物54的选择性大于99:1 (Eq. 14).
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除了上述在螺烯骨架的1位引入亚磷酸酯官能团外, 也可以在螺烯1位引入二苯基亚膦酸酯官能团. 2016年, Kawano等[28]通过Ni催化甲氧基取代的三炔55进行[2+2+2]环化反应, 可以克级量制备外消旋的螺烯化合物56.通过使用樟脑磺酰基作为手性拆分辅助基团得到手性[6]螺烯酚化合物, 根据是否进行完全去芳构化反应分别得到了氢化[6]螺烯酚(P)-57和完全芳构化的[6]螺烯酚(P)-59两种对映体.之后再和氯化二苯基膦进行反应得到最终的手性亚膦酸酯催化剂(P)-58和(P)-60(Scheme 6).新型的手性螺烯膦配体可以与钯配位并催化1, 3-二苯基烯丙醇酯21和丙二酸二甲酯的不对称烯丙基烷基化反应.其中, (P)-58以96%的产率与90% ee的对映选择性得到(S)-22, (P)-60可以以97%的产率与84% ee的对映选择性得到手性产物(S)-22 (Eq. 15).
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2012年, Marinetti等[29]从含有磷杂环戊二烯结构的分子61为起始原料, 通过光化学关环的方法设计合成了磷杂螺烯(RP, P)-63 (Scheme 7).依据类似的方法, Marinetti等还合成了一系列以全碳螺烯以及硫杂螺烯作为骨架的磷杂螺烯(HelPhos)配体, 并进一步将这些磷杂螺烯的氧膦基团还原, 再与Au(Ⅰ)原位加成, 发展了一系列手性金配合物(P)-64~(P)-67[30~34](Scheme 7).螺烯骨架使得这些手性金配合物在金原子周围形成三维的手性环境, 从而可以实现包括烯炔化合物在内的不对称催化环化反应.
2014年, Marinetti等[32]发现螺烯催化剂(P)-64和(P)-65可以高对映选择性(81%~84% ee)地催化1, 6-烯炔化合物68环化异构化成氮杂二环[4.1.0]庚烯69 (Eq. 16).之后该小组与Licandro等合作, 利用四硫杂螺烯骨架合成了磷杂环戊二烯硫杂螺烯配体, 并通过与金配位得到了手性磷硫杂螺烯金配合物(P)-66[33].以(P)-66为催化剂, 可以催化烯炔化合物68 (Eq. 16)、70 (Eq. 17)与72 (Eq. 18)的不对称环化反应, 获得中等以上的对映选择性(68%~93% ee).如果1, 6-烯炔化合物的末端烯烃连接苯基团, 并且末端炔烃单元与环己烯基共轭, 则构成反应底物74; 使用螺烯金配合物催化反应时, 底物74在形成氮杂双环[4,1,0]庚烷75之后, 就会重排成为热力学稳定的三环产物76(产率53%~60%, 84%~96% ee) (Scheme 8).这是首例通过金催化实现连续环化异构化/烯基环丙烷-环戊烯重排反应以对映选择性的方式进行的报道.
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反应底物也可以是烯烃基团与丙二烯基团通过氮原子连接, 如化合物77. Marinetti课题组[34]发现新型磷杂螺烯与金的配合物(P)-67可以催化77发生分子内选择性的[2+2]环化反应生成3-氮杂二环[3,2,0]-庚烷78, 并且能够达到79% ee的对映选择性.相比于全碳的螺烯(P)-64b (76% ee)和磷硫杂螺烯金配合物(P)-66 (58% ee), (P)-67作为催化剂在这个反应中效果更好(Eq. 19).除了氮原子连接的底物, 通过碳原子连接丙二烯与烯烃的反应底物79也可以被催化剂(P)-67对映选择性地催化发生[2+2]环化反应.其中取代基若为苯基, 反应可以92% ee对映选择性地生成二环[3,2,0]庚烷80 (Scheme 9); 若是双丙二烯底物, 使用金催化剂(P)-67则可以成功地催化二烯单元和丙二烯双键单元之间发生[4+2]不对称环化反应, 以83%的产率和84% ee的对映选择性得到产物81 (Scheme 9).如果使用外加水或者醇试剂作为亲核试剂, 那么金催化剂(P)-67可以催化79发生连续环化/烷氧化反应, 生成具有三个连续手性中心的产物82.同时, 该反应的底物适用范围较广, 乙醇(产率93%, 85% ee), 异丙醇(产率88%, 94% ee), 环己醇(产率89%, 90% ee)和烯丙基醇(产率84%, 88% ee)都可以作为亲核试剂参与不对称反应, 并且取得较高的收率与对映选择性(Scheme 9).
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2016年Marinetti课题组[35]在磷杂茂硫杂螺烯配体(P)-66的末端芳环硫原子的邻位引入不同取代基, 合成了一系列膦硫杂螺烯(P)-84a~(P)-84d, 并且将其应用于烯炔83的不对称[4+2]催化环化反应中.末端有苯基取代、二甲苯或者联苯取代基的膦螺烯可以80%~84% ee的对映选择性得到手性二环[4,3,0]衍生物.而且, 苯乙炔取代的催化剂(P)-84d展现了优异的反应活性, 并且有显著增强的对映选择性, 可以91% ee的对映选择性和99%的分离产率得到最终产物(Eq. 20).
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受到3, 3'-二取代联二萘酚衍生物成功应用于不对称催化反应的启发, Katz等[36]于2000年合成了联[5]螺烯二酚(P, P, S)-90 [(P, P, S)-(+)-[5]HELOL] (Scheme 10).通过单键连接两个螺烯, 增大了螺烯的消旋能垒, 使[5]螺烯的光学性质十分稳定.同时, 他们认为由于通过单键连接的两个螺烯为反应构建了一个手性反应口袋, 从而在反应位点周围形成了更不对称的环境, 进而会取得更好的不对称催化效果.
为了测试(P, P, S)-90作为手性配体的催化效果, 他们研究了Et2Zn络合物(P, P, S)-90-Et2Zn催化羰基的不对称加成反应, 结果以81% ee的对映选择性和93%的产率得到1-苯基丙醇92 (Eq. 21).与同样条件下使用1, 1'-联二萘酚(BINOL)催化的反应效果相比, 螺烯二酚催化效果更好.
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Yamaguchi等[37]合成了光学纯的[4]螺烯大环分子(M, M)-94 (Eq. 22).他们发现使用正丁基锂锂化的催化剂(M, M)-94, 可以与二乙基锌相结合催化芳香醛的不对称烷基化反应, 合成对映体过量的二级醇(R)-96 (Eq. 23), 并且能够得到较高的产率与中等的对映选择性(产率88%, 50% ee).
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含氮官能团催化剂是一类有效的不对称合成催化剂, 而螺烯所具有的螺旋手性骨架可为不对称反应提供手性空间.若将两者相结合, 构建的氮杂螺烯手性催化剂可以有效催化不对称反应.
2008年, Takenaka等[38]报道了首例螺烯小分子催化剂.他们利用Stille-Kelly偶联设计合成了1-氮杂螺烯(P)-99, 进一步将其与间氯过氧苯甲酸反应合成了氧化氮杂螺烯催化剂(P)-100 (Scheme 11).得到的氧化氮杂螺烯催化剂作为小分子催化剂存在很多优点, 比如在常见溶剂中溶解性比较好, 在反应结束后可以回收(一般大于90%的回收率), 同时活性与选择性保持不变.他们将其作为小分子催化剂催化环氧化合物101的不对称开环反应, 该螺烯可作为Lewis碱与硅生成五价的加成物中间体, 螺烯的螺旋手性结构可以控制反应立体选择性的进行, 得到中等产率与较高的对映选择性(产率77%, 94% ee) (Eq. 24).这是首例使用氮杂螺烯作为催化剂应用于不对称催化的报道.
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进一步地, 该小组在上述反应的催化剂的2位引入吡啶基(Eq. 25), 得到催化剂(P)-103. (P)-103可以催化芳香醛104与丙二烯三氯硅烷(105)的不对称炔丙化反应, 生成手性炔丙基醇106, 并且能够得到99%的产率与96% ee的对映选择性(Eq. 26)[39].同时, (P)-103也对苯甲醛酰腙107的不对称炔丙基化表现出很好的手性催化效果(产率78%, 53% ee) (Eq. 27).
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基于对氢键给体催化剂的兴趣, Takenaka等[40]设计合成了末端为2-氨基吡啶盐的螺烯, 并对其进行酸化, 从而得到含有双氢键给体的螺旋手性催化剂(P)-109 (Eq. 28), 其可以作为螺旋吡啶盐催化反应.通过螺烯上的仲氨基、吡啶氮原子与硝基形成双重氢键, 进而可使其催化4, 7-二氢吲哚(110)与β-硝基苯乙烯(111)的Michael加成反应, 反应的产率与对映选择性按照氨基、2-金刚烷基氨基、叔丁基氨基、1-金刚烷基氨基的取代基顺序逐渐增加, 所以1-金刚烷基的立体位阻对反应的对映选择性的提高最为突出(Eq. 29).若R基为三丁基甲基, 螺烯催化剂(M)-109e可催化环戊二烯113与硝基乙烯(114)的Diels-Alder反应, 可以取得中等的产率与对映选择性(产率77%, 40% ee) (Eq. 30)[41].
氮杂螺烯中的氮原子如果没有被氧化或者氢化, 也可以作为小分子催化剂直接应用于不对称合成中. 2008年, Star 和Stará等[42]使用[2+2+2]环化反应合成两种氮杂螺烯, 他们仅仅通过选择取代基位置不同的吡啶原料116和118分别得到1-氮杂[6]螺烯13和2-氮杂[6]螺烯14 (Scheme 12). 2009年, 他们[43]使用光学纯的2-氮杂[6]螺烯(M)-14作为亲核试剂实现了对消旋二级醇(rac)-120的动力学拆分(Eq. 31).通过比较发现, 与1-氮杂[6]螺烯13相比, 2-氮杂[6]螺烯14中氮原子具有更高的亲核性, 且氮原子周围的位阻要明显小于13中的氮原子周围的位阻.因此, 2-氮杂[6]螺烯14相比于1-氮杂[6]螺烯13具有更高的活性.
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2011年, Carbery等[44]利用[2+2+2]环化反应合成了螺旋骨架末端为4-氨基吡啶单元的螺烯催化剂(P)-123 (Eq. 32), 其可作为4-二甲氨基吡啶(DMAP)的螺旋手性等价物应用于不对称催化中. (P)-123在亲核反应中可以作为Lewis碱催化亲核反应, 使用0.05 mol%的催化剂载量即可高选择性地实现1-芳基乙醇(rac)-124的酰基化反应(Eq. 33).这是首次利用2-氮杂氧杂螺烯作为小分子催化剂催化不对称酰基化的反应, 而且实现了二级醇的动力学拆分.他们尝试了不同的反应物, 发现当邻位取代的芳香基团以及萘基与蒽基取代的醇作为底物参与反应时, 对映选择性都会有所增大.其中最大的是1-蒽基乙醇, 其选择因子S达到116.
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2014年, Licandro等[45]利用之前介绍的双膦取代的硫杂螺烯(P)-24通过氧化生成氧膦取代的硫杂螺烯(P)-126 (Eq. 34).新型的氧膦取代的硫杂螺烯(P)-126可作为Lewis碱催化不对称羟醛缩合反应(Eq. 35), 可以取得71%的产率, 顺式构型产物与反式构型产物之比为88:12, 但是顺式产物的对映选择性只有12% ee.同时他们也研究了催化剂(P)-126在还原性的羟醛缩合(Eq. 36)反应中的活性, 发现只有40%的产率, 但是顺式构型产物与反式构型产物之比可以达到94:6.催化剂(P)-126还对亚胺还原反应(Eq. 37)表现出催化活性, 可以得到中等产率, 但是对映选择性较低(43%, 22% ee).
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Marinetti等发展的磷杂螺烯催化剂不仅可以作为配体与一价金配位应用于不对称催化中, 也可以作为小分子催化剂催化不对称反应. 2015年, Marinetti等[46]使用磷杂螺烯催化剂(P)-138催化丙二烯136与缺电子的烯烃135发生[3+2]不对称环加成反应, 反应可以达到96% ee的对映选择性(Eq. 38).
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螺烯小分子催化剂目前主要还是局限于含氮官能团螺烯.因为它们既能作为氢键给体, 也可以作为质子受体, 所以含氮官能团螺烯作为小分子催化剂具有一定优势.由上述介绍也可发现仅仅通过催化剂催化位点附近取代基的改变便能够改变其催化活性.而一般说来, 取代基的改变是容易实现的, 因此, 这就为设计合成新型螺烯催化剂结构提供了设计方向.
综上所述, 基于含氧、氮及膦官能团化的螺烯衍生物, 人们已发展了一系列螺烯类手性催化剂.螺烯及其衍生物不仅可以作为手性诱导试剂应用于不对称自催化中, 而且能够作为手性配体与金属配合, 进而催化不对称合成, 实现催化不对称氢化反应、催化不对称Suzuki-Miyaura反应、催化不对称环化反应等; 同时螺烯衍生物也可以作为有机小分子催化剂应用于催化不对称Michael加成反应、醛的丙炔化反应、环氧化合物开环反应、羟醛缩合还原以及亚胺还原等反应中.虽然早期螺烯催化剂在催化效率与对映选择性方面表现一般, 但是近几年关于螺烯催化剂的研究报道表明, 其能够实现高效的催化效率, 在一些反应中甚至可以达到其他类型催化剂无法比拟的效果[23, 32].这些都表明螺烯类分子能够发展成为一类重要的手性催化剂, 在催化不对称合成化学中具有广泛的应用前景.可以预见, 随着不同类型螺烯类手性催化体系的不断发展以及催化不对称合成反应类型的不断丰富, 螺烯类分子的手性催化研究将成为螺烯化学与催化不对称合成化学领域内一个热点与重点方向.
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图式 1 1-氮杂[6]螺烯(13)和2-氮杂[6]螺烯(14)在不对称自催化中的应用
Scheme 1 Asymmetric autocatalysis initiated by 1-aza[6]helicene (13) and 2-aza[6]helicene (14)
图式 3 四硫杂螺烯膦催化剂(P)-(+)-25的合成
Scheme 3 Synthesis of tetrathiaheterohelicene phosphanes (P)-(+)-25
图式 4 手性[5]螺烯膦配体催化剂(P)-32和(P)-34的合成
Scheme 4 Synthesis of [5]helicenylphosphine ligands (P)-32 and (P)-34
图式 5 螺烯亚磷酸酯(P, S)-48的合成
Scheme 5 Synthesis of optically pure helicene-related phosphite (P, S)-48
图式 6 光学纯手性亚膦酸酯螺烯配体(P)-58和(P)-60的合成
Scheme 6 Synthesis of optically pure [6]helicene-based phosphinite ligands (P)-58 and (P)-60
图式 7 磷杂螺烯(RP, P)-63的合成和基于磷杂螺烯配体的金络合物(P)-64~(P)-67
Scheme 7 Synthesis of phosphindole-based [6]helicene (RP, P)-63 and phosphahelicene ligands (P)-64~(P)-67
图式 8 磷杂螺烯与金的配合物在烯炔化合物不对称环化中的应用
Scheme 8 Application of HelPhos-gold complexes in enantioselective cycloisomerization of N-tethered 1, 6-enynes
图式 9 磷杂螺烯与金的配合物在丙二烯化合物不对称环化中的应用
Scheme 9 Asymmetric [2+2] cycloaddition of allenenes and [2+4] cycloaddition of allene-dienes catalyzed by HelPhos-gold complexes
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