吡啶-噁唑啉配體在不對稱催化中的應用

韓裕紅

吡啶-噁唑啉配體在不對稱催化中的應用

韓裕紅

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

吡啶-噁唑啉類手性配體已成功地應用于多種不對稱催化反應。由于反應的機理不同，具有不同結構的配體適合于促進不同的反應，配體可以通過基于不同結構元素的相互作用影響這些不對稱反應。這些因素包括π效應、空間排斥、氫鍵和弱配位輔助等。盡管在過去十幾年中吡啶-噁唑啉類配體的應用取得了重大進展，利用這些類型的配體來探索更廣泛的不對稱反應，仍然存在許多挑戰。發展其他一些不對稱反應，將金屬催化擴展到不同的過渡金屬仍然是非常理想的。

吡啶-噁唑啉配體；性質； 配體設計； 應用

含噁唑啉的配體廣泛地應用于許多不對稱催化反應中。吡啶-噁唑啉類配體是比雙噁唑啉和膦-噁唑啉配體設計得早的一類配體，正迅速普及于不對稱催化領域中。金屬配合物進行不對稱催化時，具有效率高、原子經濟性好、對環境影響小等優點[1]。同時手性噁唑啉配體通過影響空間位阻，以及金屬催化劑的電子性質；允許較低的反應溫度和降低一些反應的副產物；從而提高金屬催化的反應性、區域選擇性和對映選擇性[2-5]。

1 吡啶-噁唑啉類配體的性質

1.1 吡啶-噁唑啉類配體的催化原理

自從第一種含噁唑啉的配體——吡啶-噁唑啉型配體Pyox開發以來，已經開發出許多種吡啶-噁唑啉類配體，并且其他三種結構相關的配體在各種類型的反應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，具有-CF3、-COOMe、-NO2或額外的噁唑啉功能。當然，噁唑啉環體系可以作為配位基團，從而減少催化體系中游離金屬離子的量。吸電子基團通常位于4-或5-位置，因此與催化中心沒有空間或配位相互作用。吡啶環的3位上的取代提供了它與噁唑啉環之間顯著二面角（C）。由附加基團提供的畸變可能對催化活性和對映選擇性產生重大影響。最后一類吡啶-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-噁唑啉類配體的優點

吡啶-噁唑啉類配體用于不對稱催化有幾個優點：

（1）它們對于氧化條件，含膦配體通常不相容的條件是比較便宜和穩定的；

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

（3）它們是聯吡啶和菲咯啉的良好類似物；

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

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

（6）兩個配位基團的不同電子特征可通過反式效應影響過渡金屬催化的不對稱反應。

2 吡啶-噁唑啉類配體的發展

1986年Brunner和同事們首次設計含噁唑啉的配體以來[6-7]，相繼開發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對于大多數的不對稱反應適用。但對少數的不對稱反應能夠提供良好的結果[5-6]。利用吡啶-噁唑啉類手性配體發現了幾種具有挑戰性的不對稱反應，顯示出它們在新的催化方法中的潛在應用前景。

3 吡啶-噁唑啉類配體的應用

3.1 銠催化酮的硅氫化反應

Brunner首次對Pyox配體的成功應用，發現在噁唑啉的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91% ee的產物。通過銠配合物的X-射線晶體分析，銠配合物的船形構象使噁唑啉的立體取代基遠離金屬中心，體現該配體對反應的不對稱誘導能力。

3.2 鈀(II)催化的Heck反應

1991年Brunner首次研究了這種不對稱鈀(II)催化的Heck反應，使用他們開發的8-喹啉-噁唑啉配體。8-喹啉酮類化合物可以得到74% ee的產物，而其他類型的N,N-手性配體的結果較差。

3.3 串聯環化反應

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

3.4 共軛加成反應

2017年，Stanley團隊將Stoltz的催化體系擴展到不對稱鈀催化的芳基硼酸與β-芳基環烯酮的共軛加成反應，生成含有雙芐基四元立體中心的酮。與β-烷基環烯酮相比，這種類型的底物顯示出較低的反應活性，因此采用較高的芳基硼酸和催化劑的負載量以及較高的反應溫度來獲得較高的收率。

3.5 不對稱釕催化的Carroll重排

釕催化的烯丙基取代是有吸引力的，因為釕配合物被證明是選擇性生成支鏈產物。Carroll重排通常在苛刻的條件下進行。Lacour發現Pyox配體可以有效地促進這種反應，使重排產物具有中等到良好的ee值和良好的支鏈選擇性。

4 結論

吡啶-噁唑啉類手性配體已成功地應用于多種不對稱催化反應。通過改變吡啶環和噁唑啉環上的取代基以微調配體的電子和空間性質，提高雙齒N，N-配體的催化活性。過去十幾年中吡啶-噁唑啉類配體的應用取得了重大進展，為了發展其他一些不對稱反應，將金屬催化擴展到不同的過渡金屬催化仍然是非常理想的。繼續利用手性吡啶-噁唑啉的配體開發新的和具有合成價值的對映選擇性的反應，仍然有很大的意義。

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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，四川省綿陽市人，溫州大學在讀研究生，碩士，2020年畢業于溫州大學有機合成專業，研究方向：有機合成。