手性銅試劑在羰基化合物加成反應(yīng)中的應(yīng)用
潘明翔 王 維 裴 文*
（浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，杭州 310014）
摘要 介紹了有機(jī)銅試劑具有價格低廉、毒性小、配位能力好等的優(yōu)點，總結(jié)了有機(jī)銅試劑在不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)中的應(yīng)用，特別是催化不飽和酯、硫酯、砜、醛和酮等 α,β-不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)， 提出了手性銅試劑催化不對稱共軛加成反應(yīng)在底物選擇上仍然具有一定的局限性，該反應(yīng)的底物主要集中于酮類化合物，而砜類和醛類化合物報道較少， 認(rèn)為探索出適應(yīng)性廣泛的手性銅催化劑配體將成為研究重點，同時，為了研究新的手性銅催化劑，應(yīng)該不斷深入地研究反應(yīng)機(jī)理。
關(guān)鍵詞 手性銅試劑；共軛加成反應(yīng)；羰基化合物
中圖分類號 TQ032.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2011.05.011
手性銅試劑在不對稱共軛加成反應(yīng)中的應(yīng)用受到了人們的高度關(guān)注， 而不對稱共軛加成反應(yīng)是有機(jī)合成中的重要反應(yīng)之一[1]。 1941 年，Kharash 等人首次報道了利用有機(jī)銅試劑催化的格式試劑與羰基化合物進(jìn)行的加成反應(yīng)[2]。 Lippard 等人在 1988 年由環(huán)己烯酮進(jìn)行不對稱共軛加成，制得了 2-取代的環(huán)己酮[3]。
有機(jī)銅試劑具有價格低廉、毒性小、配位能力好等優(yōu)點，近年來，其研究得到了廣泛的應(yīng)用[2]。 本文對有機(jī)銅試劑催化不飽和酯、硫酯、砜、醛和酮等 α,β-不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)進(jìn)行了綜述， 以期為化學(xué)工作者在今后的研究中具有較好的參考價值。
1 與酯的反應(yīng)
2007 年Beatriz Macia魢 Ruiz 等人使用雙二苯基磷酰聯(lián)萘（Tol-BINAP）/CuI 催化 RMgBr 和 α,β-不飽和硫代酸酯， 尤其是不飽和的脂肪族的硫代酸酯得到了較好的對映選擇性（對映選擇性 ee 為 99%）[4]：
其中，R 為芳基、烴基，R1=甲基、乙基；t-BuOMe 為甲基叔丁基醚，Me 為甲基。
更重要的是，Tol-BINAP/CuI 催化許多種格式試劑包括相對不活潑的 MeMgBr 和位阻較大的格式試劑， 并且位阻較大的格式試劑在芳香族和脂肪族的 α,β-不飽和硫代酸酯的 1,4-加成中獲得了很好的對映選擇性。
2010 年 Jack Chang Hung Lee 和 Dennis G Hall報道了銅催化的含有硼原子的不飽和酯和硫代酸酯的反應(yīng)（收率為 82%，ee 為 98%）[5]：
通過條件優(yōu)化實驗發(fā)現(xiàn) Tol-BINAP 是最合適的雙膦配體，CuI 是最有效的銅試劑， 格式試劑MeMgBr 和 PhMgBr 使得甲基硫代酸酯的衍生物的收率和對映選擇性都有所提高。
2 與砜的反應(yīng)
2008 年P(guān)ieter H Bos 等人使用 CuCl/Tol-BINAP催化格式試劑用于 α,β-不飽和的 2-哌啶砜（產(chǎn)率為97%，ee 為 94%）[6]：
這種方法廣泛適用于脂肪族類化合物， 產(chǎn)率為88%～97%，ee 為 88%～94%。
3 與醛和酮的反應(yīng)
Tomiok 等自1992 年起，報道了一系列關(guān)于脯氨酸衍生膦配體的研究用于銅催化的 α,β-不飽和酮化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)中， 反應(yīng)在-78 ℃進(jìn)行，得到了 82%的收率和 92%的選擇性[7-9]：
其中，t-Bu 為叔丁基，Bu 為丁基，Ph 為苯基。
2008 年 Yasumasa Matsumoto 等人應(yīng)用對稱的手性氮雜環(huán)卡賓做配體，銅試劑催化 3-取代的環(huán)酮[10]：
Cu(OTf)2為三氟甲磺酸銅，EeMgBr 為溴乙烷的格式試劑。
他們通過合成不同的氮雜環(huán)卡賓做配體進(jìn)行篩選，當(dāng) Cu(OTf)2的摩爾分?jǐn)?shù)為 6%，溫度在 0 ℃、反應(yīng)時間在 0.5 h 時，收率為 98%，ee 為 80%。
雖然對銅催化的環(huán)狀酮的研究已經(jīng)比較廣泛，但是非環(huán)狀酮的反應(yīng)條件仍受到限制，因此，BeatrizMacia′等人使用亞磷酰胺做配體， 有機(jī)銅試劑催化非環(huán)狀的 α,β-不飽和酮[11]：
i-BuMgBr 為溴異丁烷的格式試劑，i-Bu 為異丁基。
試驗不同種的格式試劑用于脂肪族和芳香族的非環(huán)狀酮類化合物，反應(yīng)溫度在-30 ℃、時間為 1 h下，均得到較好的收率和對映選擇性。
2009 年 La觕titia Palais 和 Alexandre Alexakis 報道了使用單膦配體的有機(jī)銅試劑催化格式試劑和環(huán)狀或非環(huán)狀的酮， 并且嘗試使用不同的格式試劑進(jìn)行反應(yīng)，在溫和的實驗條件下，得到 ee 為 86%，轉(zhuǎn)化率 100%[12]：
其中，R 為正辛基。
2010 年 Tim den Hartog 等 人 使 用 Cu -Tol -BINAP 作催化劑，用于 4-氯代的不飽和酯、硫代酸酯和酮類化合物， 其中在低溫-78 ℃的條件下催化酮類化合物，反應(yīng)時間為 16 h，收率可高達(dá) 84%，ee為 96%[13]。 如：
同時，Lae¨titia Palais 等人首次報道了銅試劑催化格式試劑和 α,β-不飽和醛類化合物的 1,4-共軛加成反應(yīng)，ee 最高可達(dá) 90%，更重要的是將 2,4,6-三甲基苯磺酰氯（TMSCl）用于銅試劑催化格式試劑的反應(yīng)中，使區(qū)域選擇性得到很大的提高，如以下反應(yīng)[14]：
其中，CuTC 為噻吩羧酸銅。
4 總結(jié)與展望
有機(jī)銅試劑催化的加成反應(yīng)能夠得到比較好的結(jié)果（包括收率和選擇性），該類反應(yīng)已成為化學(xué)家研究的熱點領(lǐng)域之一。雖然涌現(xiàn)了很多優(yōu)秀的配體，但在底物選擇上仍然具有一定的局限性， 目前反應(yīng)的底物主要集中于酮類化合物， 然而以醛類和砜類化合物為底物的應(yīng)用報道較少，因此，研究出底物適應(yīng)性廣泛的手性配體將成為研究的重點；同時，為了研究出新型手性銅催化劑， 應(yīng)該不斷深入地研究反應(yīng)機(jī)理。隨著研究的不斷深入，有機(jī)銅試劑在催化不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)中必能得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 程傳玲,汪文良,劉艷芳. 金屬試劑參與的 α,β-不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成反應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 廣東化工, 2010,37(8): 28-29.
[2] Syuzanna R Harutyunyan, Tim den Hartog, Koen Geurts, etal. Catalytic asymmetric conjugate addition and allylicalkylation with grignard reagents [J]. Chem Rev, 2008,108:2824-2852.
[3] Villacorta G M, Rao C P, Lippard S L. Synthesis and reactivityof binuclear tropocoronand and related organocopper ( Ⅰ )complexes.catalytic enantioselective conjugate addition ofgrignard reagents to 2 -cyclohexen -1 -one [J]. J Am ChemSoc, 1988,110: 3175-3280.
[4] Beatriz M acia Ru iz, Koen Geurts M, Angeles Fernandez -Ibanez, et al. Highly versatile enantioselective conjugateaddition of grignard reagents to α,β -unsaturated thioesters[J]. Org Lett, 2007,9(24): 5123-5126.
[5] Jack Chang Hung Lee, Dennis G Hall. Chiral boronatederivatives via catalytic enantioselective conjugate additionof grignard reagents on 3 -boronyl unsaturated esters andthioesters[J]. J AM CHEM SOC, 2010,132: 5544-5545.
[6] Pieter H Bos, Adriaan J Minnaard, Ben L Feringa. Catalyticasymmetric conjugateaddition of grignard reagents to α,β -unsaturated sulfones[J]. Org Lett, 2008,10(19): 4219-4222.
[7] Nakagawa Y, Matsumoto K, Tomioka K. Approach toenantioselective conjugate lactam bearing phosophine group[J]. Tetrahedron, 2000,56: 2857-2863.
[8] Kanai M, Koga K, Tomioka K. Enantioselective conjugateaddition of organocuprate using a chiral amidophosphineligand[J]. Tetrahedron Lett, 1992,33: 7193-7196.
[9] Nakagawa Y, Kanai M, Nagaoka Y, et al. Structure requirementsof an external, chiral amidophosphine ligand for asymmetricreaction of an organocopper reagent[J].Tetrahedron Lett, 1996,37: 7805-7806.
[10] Yasumasa Matsumoto, Ken-ichi Yamada, Kiyoshi Tomioka.C2 symmetric chiral NHC ligand for asymmetric quaternarycarbon constructing copper-catalyzed conjugate addition ofgrignard reagents to 3-substituted cyclohexenones[J]. J OrgChem, 2008,73: 4578-4581.
[11] Beatriz Macia′, M Angeles Fernandez-Ibanez, Natasa Mrsic,et al. Copper-catalyzed enantioselective conjugate additionof Grignard reagents to acyclic enones using monodentatephosphoramidite ligands[J]. Tetrahedron Letters, 2008,49:1877-1880.
[12] La觕titia Palais, Alexandre Alexakis. Copper -catalyzedasymmetric conjugate addition with grignard reagents andsimplephos ligands [J]. Tetrahedron: Asymmetry, 2009,20:2866-2870.
[13] Tim den Hartog, Alena Rudolph, Beatriz Macia′, et al. Copper-catalyzed enantioselective synthesis of trans -1 -alkyl -2 -substituted cyclopropanes via tandem conjugate addition -intramolecular enolate trapping[J]. J AM CHEM SOC, 2010,132(41): 14349-14351.
[14] Lae¨titia Palais, Lucille Babel, Adrien Quintard, et al.Copper -catalyzed enantioselective 1,4 -addition to α,β -unsaturated aldehydes[J]. Org Lett, 2010,12(9): 1988-1991.
來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
