点击上方蓝字关注我们手性是普遍存在于自然界的一种现象。手性药物和手性精细化学品需求量的日益增长促使有机化学家致力于发展出更为经济、有效的合成光学纯手性化合物的方法。其中不对称催化可以实现由少量手性催化剂得到大量手性化合物,因而最具有吸引力和挑战性。在不对称催化反应中,催化氢化的方法因其具备“原子经济性”和符合当前绿色及环境友好方法学的要求而备受学术界和工业界的关注。不对称催化氢化已经被广泛地应用于手性醇、手性氨基酸、氨基醇以及手性胺等手性中间体的合成,而且很多手性药物的关键中间体都有可能采用催化不对称氢化的方法来得到。不对称催化氢化反应的对映选择性及反应活性主要取决于手性催化剂的性质,而手性催化剂的性质又在很大程度上由手性配体决定。从过去几十年不对称催化研究来看,一个配体往往只适合一类或几类反应,设计合成一个普遍适用的配体几乎是不可能的。因此,作为不对称催化氢化领域中最为重要、应用最多的配体—手性膦配体的设计合成就成为不对称催化氢化反应取得成功与否的最为关键的因素。原料简单易得、合成步骤短、高催化活性及对映选择性是高效手性配体应当具备的要素和可以实现工业化的前提条件。张绪穆 (Xumu Zhang) 小组的研究工作主要是集中于不对称催化方面的研究,尤其是在不对称催化氢化领域取得了非常杰出的成就。他提出了“手性工具箱” (Chiral Toolbox)的概念,并合成了一些有影响的手性膦配体,如 BICP、PennPhos、TunaPhos、TangPhos、DuanPhos、Binapine、Binaphane 等 (表1)。其中绝大部分手性配体都已经商品化,并被一些制药公司如 DSM、Lonza 等应用于手性药物中间体的合成中。表1 张绪穆教授小组开发的手性工具箱张绪穆小组利用他们合成的手性膦配体,对碳-氧双键、碳-碳双键、碳-氮双键的还原反应等进行了细致的研究,研究结果达到了国际领先水平,Chem. & Eng. News 曾多次报道,并获同行高度评价 (张绪穆教授因此获得美国化学会 2002 年度 Arthur C. CopeScholar Award)。“精细化工界的人士认为,张的用于不对称氢化的手性配体,向实用的不对称催化迈出了重要的一步。他发展的用于高对映选择性地氢化脂肪酮的催化剂,在简单酮的不对称氢化方面的影响力,与 2001 年诺贝尔化学奖获得者 R. Noyori 不相上下”(Chem. & Eng. News, 2002, Feb.11, 42)。(1)Cn-TunePhosCn-TunePhos 是张绪穆教授小组设计合成的一类轴手性双膦配体,其最显著的特征是手性配体的两面夹角的可调节性。该手性配体的 Ru 配合物在众多官能团化的碳-氧双键、碳-碳双键的还原中表现出与 BINAP 相同甚至优于 BINAP 的对映选择性 (式 1~式 6)。(2)TangPhos、DuanPhos 和Binapine这三个手性配体是一类具有刚性环状结构的膦手性配体,TangPhos 和 DuanPhos 在Rh 催化的一系列官能团化烯烃类化合物中取得了优异的对映选择性和反应活性[6],尤其是以 DuanPhos 为手性配体,以不对称催化氢化为关键步骤,可以通过三步简洁高效合成(S)-duloxetine (式 7);Binapine 在 (Z)-芳基(β-乙酰氨基)丙烯酸酯的还原中显示了极高的催化活性与对映选择性 (TON 高达 10000),该方法可运用于手性 β-氨基酸的高效合成[7]。(3)f-Binaphane亚胺类化合物的不对称氢化还原一直是不对称氢化领域的一个极具挑战性的课题,张绪穆小组设计合成的具有二茂铁骨架的 f-Binaphane 手性膦配体在 Ir 催化的非环状亚胺类化合物的氢化还原中也取得了突破性的进展,获得最高可达 99% 的对映选择性[8]。参考文献[1] Zhang, Z.; Qian, H.; Longmire J.; Zhang, X. J. Org. Chem. 2000, 65, 6223.[2] Wang, C.-J.; Sun, X.; Zhang, X. Synlett 2006, 1169.[3] Tang, W.; Wu, S; Zhang, X. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9570.[4] Lei, A.; Wu, S.; He, M.; Zhang, X. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1626.[5] Wang, C.-J.; Sun, X.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4933.[6] (a) Tang, W.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 1612. (b) Tang, W.; Zhang, X. Org. Lett. 2002, 4, 4159. (c) Tang,W.; Liu, D.; Zhang, X. Org. Lett. 2003, 5, 205.[7] Tang, W.; Wang, W.; Chi, Y.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3509.[8] Xiao, D; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 3425.