与手性过渡金属催化剂及酶相比,近年发展起来的手性有机小分子催化剂却有着自己独特的优势,比如不含金属、容易制备、价格低廉、反应条件温和、稳定性好、对环境友好等,因此对手性有机小分子催化剂的研究受到人们越来越多的重视。尽管有机小分子催化剂的快速发展到目前仅有16年的历史, 但其渊源可以追溯到20 世纪70年代。早在1971 年Wiechert 等[ 5] 就首次报道L-脯氨酸(L-Proline)可以催化分子内不对称羟醛缩合反应 (Robinson成环反应),1974 年Hajos 等又对该反应进行了优化,得到了高达94 %的e .e .值。但是早期的研究仅限于分子内的Robinson成环反应,并没有引起人们极大的注意。2000年,美国Scripps 研究所的List 等[ 6] 首先发现 L-脯氨酸也能够催化分子间直接进行Aldol 反应,并得到了很好的收率和选择性。从此以后有机小分子催化剂开始受到各国化学家的重视[ 7] ,在短短几年时间内便成为不对称催化研究领域的一个热点。
1.4 不对称有机小分子催化剂简介
1.4.1 L-脯氨酸催化剂
L-脯氨酸是最早发现的不对称有机小分子催化剂,其结构简单, 其天然含量非常丰富,价格低廉, 所以人们对其研究比较深入。目前脯氨酸已被发现可以催化许多反应,并且大部分反应能够得到比较理想的收率和立体选择性。主要包括,各种醛酮之间或醛醛之间以及分子内的直接Aldol 反应、不对称Mannich 反应、不对称Michael 加成反应、醛或酮的α-胺化反应、羰基的直接α-胺化反应、
Baylis-Hillman反应、醛的分子内α-烷基化反应等。
随着对脯氨酸的催化性能的深入了解和认识。人们意识到脯氨酸在一些方面还存在很大的局限性, 如脯氨酸催化的反应类型及其底物适用范围是有限的, 溶剂的选择也受到一定的限制,通常需要用高极性的溶剂如二甲亚砜、N ,N-二甲基甲酰胺、甲醇等。催化剂的负载量也比较大,通常需要用到20~30 mol %的量。为了克服这些局限性,人们着手对脯氨酸的结构进行修饰。希望设计出活性更高、对映选择性更优良、使用范围更广的手性有机小分子催化剂。
五元环状二级胺和羧酸是脯氨酸分子结构中的两个关键的官能团。目前几乎所有脯氨酸催化的不对称反应均是基于这两个官能团按相似的模式进行的。即其二级胺在羧基的协助下,首先与含α-H 的醛或酮反应物形成烯胺, 然后烯胺再进行亲核进攻反应。五元环状二级胺官能团对脯氨酸催化活性起着至关重要的作用, 而羧基的协同作用对催化剂活性的影响也非同小可,但更重要的是羧基直接参与控制反应的立体选择性。目前文献报道的对于脯氨酸的结构改造。包括对五元环的改造和对羧基的改造,主要集中于对羧基的改造。L-脯氨酸类有机小分子催化剂包括L-脯氨酸;酰胺类催化剂;二胺类催化剂和小肽或多肽催化剂。
可以看到无论是脯氨酸还是其衍生物。这些新型的手性有机小分子催化剂发现在不对称合成中有越来越多的用途。它们的分子结构简单,底物适用范围广, 反应条件大都比较温和,不需要严格的无水无氧操作。某些催化剂甚至可以在水相中直接进行催化反应,这是金属催化剂所不能媲美的。
1.4.2 Jørgenson催化剂及其催化的多米诺反应
2000年,Bui 和 Barbas课题组[8]对脯氨酸催化的不对称多米诺迈克尔–羟醛缩合反应做了相关的报告。他们选择使用Jørgenson催化剂催化该反应,得到非常好的立体选择性。这样的好结果使科研工作者充满希望,大家希望该催化剂的底物会多样化。许多不对称有机催化多米诺Michael–Aldol 反应已成功实现[9]。