方　嬙，隋耀宗，虞景露，謝琳潔，楊黎耀，吳俊文，吳　靜

(1.杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院,浙江 杭州 310036；2.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310035)

銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和Michael受體反應(yīng)的研究進(jìn)展

方嬙1,2，隋耀宗1，虞景露1，謝琳潔1，楊黎耀1，吳俊文1，吳靜1

(1.杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院,浙江 杭州 310036；2.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310035)

摘要：概述了近年來銅催化不對稱硅氫化1,4-還原各類α,β-不飽和Michael受體如α,β-不飽和酯、酮、氨基酸酯、腈、砜、硝基化合物以及磷酸酯等的研究進(jìn)展.

關(guān)鍵詞：手性銅催化劑；不對稱硅氫化；1,4-還原;α,β-不飽和Michael受體

催化不對稱還原是一類重要的不對稱催化反應(yīng)，是制備手性醇、胺及氨基酸衍生物等最直接方法之一，這些化合物占了目前發(fā)展中單一異構(gòu)純藥物的近40%.非貴金屬銅催化的不對稱硅氫化反應(yīng)作為一種不對稱還原方法，具有技術(shù)簡單安全及催化劑成本低等特點(diǎn)，引起了有機(jī)化學(xué)家們的關(guān)注[1-6].1984年Brunner 等首次研究了Cu(I)催化不對稱硅氫化還原苯乙酮，得到了39 %的對映選擇性[7].直到2001年，Lipshutz等在此領(lǐng)域取得了重要突破[8]，發(fā)展了特別高效的CuICl/手性雙膦配體(如3,5-Xyl-MeO-BIPHEP[9-10]或DTBM-SEGPHOS[11])/t-BuONa/PMHS(聚甲基氫硅氧烷)催化體系(底物/配體高達(dá)100 000/1)，可以高對映選擇性還原酮、亞胺和α,β-不飽和羰基化合物等[4].隨后，許多各具特色的Cu(I)和Cu(II)手性催化劑相繼被用于不對稱硅氫化反應(yīng)[1-6,12-14].同時(shí)，新型手性銅催化劑的發(fā)展將硅氫化方法擴(kuò)展到各類α,β-不飽和Michael受體，如α,β-不飽和羰基化合物、硝基化合物、腈、砜和磷酸酯等的不對稱1,4-還原反應(yīng)中[1-6]，獲得了一系列結(jié)構(gòu)有意義或具有生物活性的手性產(chǎn)物.本文重點(diǎn)介紹近年來銅催化不對稱硅氫化1,4-還原各類α,β-不飽和Michael受體反應(yīng)的研究進(jìn)展.

1研究進(jìn)展

1.1　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和酯

具有β-手性中心的酯是多種醫(yī)藥和天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)單元或合成砌塊[15].較早制備具有β-手性中心的酯及其衍生物的方法主要是催化不對稱1,4-加成β-位單取代的α,β-不飽和酯，針對于特定的底物一些催化體系表現(xiàn)出很好的對映選擇性[16-20].然而這類反應(yīng)通常需要使用貴金屬Rh、Pd等進(jìn)行催化，且反應(yīng)過程中往往需要消耗化學(xué)劑量的金屬試劑如格氏試劑RMgX等，同時(shí)適用的反應(yīng)底物類型較少.1999年，Buchwald等[21]在銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β,β′-雙取代的α,β-不飽和酯制備具有β-手性中心的酯的研究中取得突破.他們采用10 mol %的(S)-Tol-BINAP(圖1,1b)作為手性配體、以5 mol%的CuCl為銅鹽前體、在5 mol %堿添加劑t-BuONa存在下，與化學(xué)計(jì)量的氫源PMHS原位產(chǎn)生催化劑，室溫下可以高活性高對映選擇性地催化一系列β,β′-雙取代的直鏈α,β-不飽和酯的不對稱1,4-還原反應(yīng)，研究還發(fā)現(xiàn)底物的E構(gòu)型和Z構(gòu)型對反應(yīng)的對映選擇性沒有影響.

圖1　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和酯Fig.1　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of α,β-unsaturated esters

具有β-手性中心的內(nèi)酯和內(nèi)酰胺是具有生物活性化合物的重要結(jié)構(gòu)片段，如絡(luò)石配基、牛蒡子苷元、具有PDE·IV抑制活性的抗抑郁活性的磷酸二酯抑制劑等[22].含吡咯烷或哌啶結(jié)構(gòu)的五、六元環(huán)內(nèi)酰胺是一類非常重要的藥品，如(-)-Paroxetine[23].2003年，Buchwald等又將Cu催化不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)應(yīng)用于手性內(nèi)酯和內(nèi)酰胺這兩類化合物的合成中[24]，以(S)-Tol-BINAP(圖1,1b)為手性配體，取得了理想的催化效果，研究還表明，反應(yīng)體系中添加一定量大位阻的叔戊醇t-AmOH對提高反應(yīng)產(chǎn)率、對映選擇性及反應(yīng)速率均有利，他們還將這一方法成功應(yīng)用于手性藥物(-)-Paroxetine的不對稱合成(圖2).當(dāng)該催化體系采用手性配體(S)-MeO-BIPHEP (2)時(shí)，可以高對映選擇性地合成手性抗癌藥物Eupomatilone-3[25]的關(guān)鍵中間體3(圖3，室溫，93%ee；-30 ℃，95%ee).

圖2　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和內(nèi)酯和內(nèi)酰胺Fig.2　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of α,β-unsaturated lactones and lactams

圖3　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原合成手性藥物Eupomatilone-3前體Fig. 3　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of the precursor of chiral drug Eupomatilone-3

基于Eupomatilone-3的成功合成，Buchwald研究小組又研究了γ-芳基-α,β-不飽和內(nèi)酯的催化不對稱硅氫化動(dòng)力學(xué)拆分，MeO-BIPHEP配體并沒有表現(xiàn)出理想的對映選擇性，而當(dāng)使用CuCl2·2H2O/(R)-SYNPHOS(圖4，4)/t-BuONa催化體系，可以高產(chǎn)率、較好對映選擇性地還原一系列γ-芳基-α,β-不飽和內(nèi)酯[25]，這一催化體系對于γ-烷基-α,β-不飽和內(nèi)酯不對稱硅氫還原效果并不理想，這可能是因?yàn)檫@類內(nèi)酯活性較低引起的.

圖4　銅催化不對稱硅氫化還原γ-芳基α,β-不飽和內(nèi)酯Fig.4　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation reduction of γ-aryl α,β-unsaturated lactones

Lipshutz和鄭桌等課題組也對銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和酯反應(yīng)進(jìn)行了研究.Lipshutz等采用CuH/手性雙膦配體[(R)-DTBM-SEGPHOS](圖5，5)對環(huán)狀和非環(huán)狀的β,β′-二取代丙烯酸酯進(jìn)行催化不對稱硅氫化1,4-還原研究[26]，得到較高光學(xué)純度產(chǎn)物.同時(shí)，該催化劑對β-取代的肉桂酸乙酯類底物也具有很好的催化效果(圖5).

圖5　CuH-SEGPHOS催化不對稱硅氫化1,4-還原肉桂酸乙酯Fig. 5　CuH-SEGPHOS catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4 reduction of ethyl cinnamate

當(dāng)用(R,S)-PPF-P(t-Bu)2(6)為配體時(shí)這一催化體系可以高產(chǎn)率、高對映選擇性地催化1,4-還原β,β′-二烷基取代丙烯酸酯[26].這可能是因?yàn)?R,S)-PPF-P(t-Bu)2具有特定的手性平面和中心元素，易于與β,β′-二烷基取代丙烯酸酯進(jìn)行配位，從而得到很好的對映選擇性(圖6).

圖6　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β,β′-二烷基取代丙烯酸酯Fig. 6　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of β,β′-disubstituted acrylic esters

2011年,鄭卓等將含二茂鐵結(jié)構(gòu)的非對稱雜化亞磷酰胺酯配體(Sc,Rp,R8-PPFAPhos，圖 7)應(yīng)用于銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β-烷基-β-芳基-α,β-不飽和丙烯酸酯類底物，研究結(jié)果表明催化體系對13種結(jié)構(gòu)各異的底物還原取得了44%~99%的對映選擇性和中等至好的反應(yīng)活性[27].

圖7　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β-烷基-β-芳基-α,β-不飽和酯類底物Fig. 7　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of β-alkyl-β-aryl-α,β-unsaturated esters

1.2　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和酮

具有β-手性中心的環(huán)酮的合成多是通過親核加成進(jìn)行的，但是采用這種方法合成的產(chǎn)物對映選擇性通常低于90%.Buchwald發(fā)展的CuCl、t-BuONa、(S)-Tol-BINAP這一催化體系同樣適用于β-取代的環(huán)烯酮的催化不對稱1,4-還原[28]，稍有不同的是，還原試劑PMHS用量被限制在1當(dāng)量，過量的PMHS會導(dǎo)致副產(chǎn)物飽和醇的生成(圖8).Buchwald和Yun還將該方法應(yīng)用于2,3-二烷基環(huán)烷基酮的便捷合成工藝中.通過催化不對稱硅氫化1,4-還原β-取代的環(huán)烯酮，無需分離，即可獲得2,3-二烷基環(huán)烷基酮(圖9).這一合成工藝也被進(jìn)一步應(yīng)用于E-前列腺素的合成中.

圖8　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原環(huán)烯酮Fig. 8　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of cycloalkenones

圖9　一鍋法合成手性2,3-二烷基取代環(huán)烷基酮Fig. 9　One pot synthsis of 2,3-dialkyl substituted cycloketone

Lipshutz等也對β-取代的環(huán)烯酮催化1,4-還原反應(yīng)進(jìn)行了研究[29]，發(fā)現(xiàn)采用[(Ph3P)CuH]6或CuCl/(R)-DTBM-SEGPHOS(圖5,5)/t-BuONa /PMHS原位產(chǎn)生的CuH，可以高產(chǎn)率高對映選擇性還原β-取代的環(huán)烯酮(ee最高達(dá)99.5%)，而過量的PMHS并未導(dǎo)致過度還原產(chǎn)物生成.值得注意的是，即使在很高的S/L(275 000∶1)值下，這一催化體系仍表現(xiàn)出很高的反應(yīng)活性和對映選擇性(ee最高達(dá)98.5%，圖10).為了解決由于反應(yīng)中使用催化劑當(dāng)量較少而帶來反應(yīng)時(shí)間過長的問題，Lipshutz等采用了微波促進(jìn)的辦法大大縮短了反應(yīng)時(shí)間[30]，即使在較高的S/L值(1 000:1)下，10 min內(nèi)反應(yīng)即可完全，且催化劑的對映選擇性沒有發(fā)生明顯下降.Lipshutz等[31]還利用CuCl/(R)-DTBM-SEGPHOS/PMHS體系制備出了手性Stryker試劑[(DTBM-SEGPHOS)CuH]，該試劑室溫下放置兩周后用于化合物7的不對稱硅氫化1,4-還原，對映選擇性未發(fā)生明顯變化.

圖10　Cu-(R)-DTBM-SEGPHOS催化不對稱硅氫化1,4-還原β-取代的環(huán)烯酮Fig. 10　Cu-(R)-DTBM-SEGPHOS catalyzed asymmetrichydrosilylation 1,4-reduction of β-substituted cycloalkenones

此外，Lipshutz等發(fā)現(xiàn)N-雜卡賓(NHCS)類手性配體對銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和環(huán)酮也具有較好的催化效率[32](圖 11).

圖11　Cu-NHCS催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和環(huán)酮Fig. 11　Cu-NHCS catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of α,β-unsaturated cycloketones

具有β手性中心的非環(huán)狀脂肪族酮通常是基于Michael加成方法制備的，利用催化不對稱硅氫化方法合成這類化合物一直沒有取得顯著突破，之前雖然也有一些相關(guān)研究，但均未獲得理想的轉(zhuǎn)化率和對映選擇性.直到2003年，Lipshutz在這一領(lǐng)域取得了重要突破[33].

Lipshutz等采用CuCl/手性配體(圖 12，8，9或10)/t-BuONa原位制備的催化體系用于直鏈α,β-不飽和酮的不對稱1,4-還原，高產(chǎn)率(91%~97%)及高對映選擇性(87%~99%ee)獲得了相應(yīng)產(chǎn)物，此外，他們還發(fā)現(xiàn)底物的構(gòu)型會影響產(chǎn)物的立體化學(xué)，例如，采用相同催化體系時(shí)，(E)-和(Z)-構(gòu)型的烯酮得到構(gòu)型相反、對映選擇性相近的產(chǎn)物(圖 13).

圖12　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原非環(huán)狀脂肪族烯酮Fig. 12　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of acyclic aliphatic ketenes

圖13　底物幾何構(gòu)型對催化不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)立體化學(xué)的影響Fig. 13　The influence of the geometry configuration of reactants on the stereochemistry of catalytic asymmetric hydrosilylation1,4-reduction reaction

1.3　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原脫氫氨基酸酯

光學(xué)純β-氨基酸及其衍生物是很多天然產(chǎn)物和手性藥物的重要手性構(gòu)建骨架[34-36]等.制藥業(yè)對于用傳統(tǒng)發(fā)酵方法不能得到，卻能通過不對稱反應(yīng)制備的非天然氨基酸非常關(guān)注.在各種催化法合成β-氨基酸及其衍生物的途徑中，催化不對稱還原β-脫氫氨基酸衍生物是最直接而有效的方法之一[37]，其中，金屬Rh或Ru催化不對稱氫化β-脫氫氨基酸衍生物已經(jīng)取得很好的結(jié)果[38-40]，但關(guān)于使用非貴金屬Cu催化不對稱硅氫還原制備光學(xué)活性β-氨基酸的方法文獻(xiàn)還較少報(bào)道.

2004年，Buchwald等[41]將Cu(OAc)2·H2O/(S)-BINAP (圖1，1a)/PMHS催化體系應(yīng)用于β-氮雜環(huán)-a,β-不飽和丙烯酸酯的不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)中，獲得了理想的反應(yīng)活性(83%~98%)和對映選擇性(81%~99%)(圖 14).進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，空氣氣氛中的反應(yīng)速率高于惰性氣氛中的反應(yīng)速率且產(chǎn)物的ee值保持不變.

圖14　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β-氮雜環(huán)-a,β-不飽和丙烯酸酯Fig. 14　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of β-nitrogen heterocylco-α,β-unsaturated acrylic ester

隨后，鄭卓等[42]將該催化體系應(yīng)用于γ-氨基-α,β-不飽和羧酸酯的不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)中，高對映選擇性地得到了一系列β-芳基-γ-氨基丁酸酯衍生物，并將該合成方法成功地應(yīng)用于手性藥物(R)-Baclofen的不對稱合成中(圖15).

圖15　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原合成β-芳基-γ-氨基丁酸酯衍生物Fig. 15　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of β-aryl-γ-aminobutyric acid esters and its derivatives

我們[43]發(fā)展了Cu(OAc)2·H2O/(S)-P-Phos (圖16，13)/PMHS催化體系，可以高選擇性合成一系列β-烷基取代的β-氨基酸酯(對映選擇性最高達(dá)99%)，有意義的是，底物的(Z)-和(E)-構(gòu)型對反應(yīng)的對映選擇性無明顯影響，大多數(shù)情況下 (Z)-式底物的反應(yīng)活性高于 (E)-底物.我們同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，該類底物中不同的β-烷基取代基和酯基對反應(yīng)活性和對映選擇性有明顯影響.例如，當(dāng)酯基為甲酯時(shí)，β-烷基取代基對催化反應(yīng)無顯著影響，部分產(chǎn)物ee值高達(dá)99%；而當(dāng)酯基為乙酯時(shí)，隨著β-位烷基取代基空間位阻的增大，反應(yīng)活性明顯降低；而當(dāng)β-烷基取代基相同的情況下，隨著酯基體積增大，反應(yīng)對映選擇性和活性都有所降低.

圖16　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β-烷基取代脫氫氨基酸酯Fig. 16　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of β-alkyl substituted dehydroamino acid esters

目前所報(bào)道的通過不對稱還原獲得β-氨基酸衍生物的方法中，大多數(shù)都需要在β-脫氫氨基酸酯的N原子上引入?；鳛楸Ｗo(hù)基，在催化反應(yīng)過程中，這一保護(hù)基作為螯合基團(tuán)和催化劑金屬中心配位以誘導(dǎo)反應(yīng)的立體選擇性，同時(shí)，可以防止N原子與催化劑金屬中心配位，進(jìn)而使催化劑失活，然而引入和脫除保護(hù)基團(tuán)都相對困難限制了這一方法的進(jìn)一步應(yīng)用.N-芳基取代的β-氨基酸衍生物是合成許多天然產(chǎn)物和手性藥物的關(guān)鍵中間體，制備這些化合物的最直接方法就是先合成N-芳基取代的β-丙烯胺酯，再對這些產(chǎn)物進(jìn)行不對稱還原.最近，在空氣氛圍下，我們將CuF2、手性(S)-P-Phos和PMHS原位生成的催化體系首次用于催化不對稱硅氫化1,4-還原非?；Ｗo(hù)的β-甲基-β-脫氫氨基酸酯反應(yīng)中，所得產(chǎn)物的光學(xué)純度最高達(dá)91%，為N-芳基-β-甲基-β-氨基酸及其衍生物的手性合成提供了新方法(圖17)[44].

圖17　銅催化不對稱硅氫還原N-芳基-β-烷基脫氫氨基酸酯Fig. 17　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylationreduction of N-aryl β-alkyl dehydroamino acid ester

1.4　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和硝基化合物

具有光學(xué)活性的硝基化合物是精細(xì)化學(xué)合成中非常重要的手性中間體，例如可以方便地轉(zhuǎn)化為手性胺、醛或酸，在偶極環(huán)加成反應(yīng)中也可以作為氰氧化物前體[45].因此，研究α,β-不飽和硝基化合物的催化不對稱1,4-還原反應(yīng)具有重要的意義.據(jù)我們所知，目前僅Carreira研究小組[46]報(bào)道過采用CuF2/JOSIPHOS(圖 12,10)催化體系[47]，并以硝基甲烷(CH3NO2)為添加劑對β,β′-雙取代-α,β-不飽和硝基化合物催化不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)進(jìn)行研究，得到了較好的ee值(82%~96%)，但有氧的條件不利于該反應(yīng)進(jìn)行(圖18).

圖18　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和硝基化合物Fig. 18　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of α,β-unsaturated nitro compounds

1.5　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和腈

腈基基團(tuán)在一定條件下可以轉(zhuǎn)換成其他官能團(tuán)，如胺、醛或羧酸等.盡管過去40多年金屬催化不對稱氫化反應(yīng)的研究取得了巨大成就，但是α,β-不飽和腈的催化不對稱氫化反應(yīng)一直以來是一個(gè)難題.一方面因?yàn)镃=C雙鍵的選擇性還原常常伴有脫腈、腈基的還原、二聚以及多聚等問題；另一方面α,β-不飽和腈的低反應(yīng)活性及腈基的線性結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致氫化反應(yīng)的對映選擇性低.許健等[48]采用t-BuOCu/BINAP/PhSiH3原位產(chǎn)生的CuH，還原了一系列α,β-不飽和腈，當(dāng)采用5 mol %的催化劑，室溫下反應(yīng)24 h可以以較高產(chǎn)率和較好對映選擇性得到產(chǎn)物.當(dāng)采用5 mol %催化劑前體Cu(OAc)2·H2O和5 mol %手性配體(S)-BINAP，并加入3當(dāng)量的添加劑t-BuOH時(shí)，得到了較好的ee值(93%)，但氧氣會抑制該反應(yīng)的進(jìn)行(圖 19).Yun等[49]隨后發(fā)現(xiàn)Cu(OAc)2/JOSIPHOS/PMHS催化體系對這一類底物具有很好的活性及對映選擇性(94%~99%ee)(圖 20)，此外他們還將這一催化體系應(yīng)用于β-芳基β-吡啶丙烯腈的催化不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)，拓寬了底物范圍，并得到了很好的對映選擇性(圖 21，62%~96%)[50].

圖19　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和腈Fig. 19　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reductionof α,β-unsaturated nitrile compounds

圖20　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β-烷基-β-芳基丙稀腈Fig. 20　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of β-alkyl-β-aryl acrylonitrile

圖21　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β,β′-二芳基丙烯腈Fig. 21　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of β,β′-diaryl acrylonitrile

1.6　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和砜

盡管砜這類化合物在有機(jī)合成中是非常重要的中間體，但相關(guān)的催化不對稱合成具有β-手性中心的砜及其衍生物的研究卻很少涉及，據(jù)我們所知至今僅Carretero課題組報(bào)道過相關(guān)反應(yīng)[51]，采用CuCl/t-BuONa/(R)-BINAP或(R)-

SEGPHOS/PhSiH3催化體系，以甲苯為溶液中，可以高產(chǎn)率和高對映選擇性得到對應(yīng)產(chǎn)物.他們還將該方法應(yīng)用于β,β′-二取代、環(huán)取代α,β-不飽和砜及其順反異構(gòu)體的不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)中，獲得了高產(chǎn)率和高對映選擇性(圖 22)，Z、E異構(gòu)體的不對稱還原得到的手性產(chǎn)物構(gòu)型相反但ee值相同.

圖22　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原β,β′-二芳基丙烯砜Fig. 22　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation1,4-reduction of β,β′-diaryl propylene sulfone

1.7　銅催化不對稱硅氫化1,4-還原α,β-不飽和磷酸酯

關(guān)于合成具有手性中心的烷基磷酸酯類化合物，特別是β取代的手性磷酸酯的報(bào)道相對較少，相關(guān)報(bào)道采用的是對丙烯基磷酸酯進(jìn)行1,4-親核加成獲得手性化合物[52]，或是采用貴金屬如銠[53]對這類底物進(jìn)行氫化還原獲得手性中心.最近鄭卓等采用Cu(OAc)2·H2O/t-BuONa/(R)-SEGPHOS催化體系對這類底物的催化不對稱硅氫化1,4-還原反應(yīng)進(jìn)行了研究，獲得了很好的對映選擇性(圖 23，90%~95%ee)[54].

圖23　銅催化不對稱硅氫還原α,β-不飽和磷酸酯Fig. 23　Copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation reduction of α,β-unsaturated phosphonic acid ester

2結(jié)論與展望

銅催化不對稱硅氫化1,4-還原各類α,β-不飽和Michael受體反應(yīng)的研究近年來取得了不少進(jìn)展，但如何提高催化效率、拓展催化反應(yīng)底物范圍以及深入對該反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識等方面仍是將來需要進(jìn)一步關(guān)注的研究內(nèi)容.

參考文獻(xiàn):

[1] Riant O, Mostefai N, Courmarcel J. Recent advances in the asymmetric hydrosilylation of ketones, imines and electrophilic double bonds[J]. Synthesis,2004,2004(18):2943-2958.

[2] Rendler S, Oestreich M. Polishing a diamond in the rough:“Cu-H” catalysis with silanes[J]. Angew Chem Int Ed,2007,46(4):498-504.

[3] Díez-González S, Nolan S P. Copper, silver, and gold complexes in hydrosilylation reactions[J]. Acc Chem Res,2008,41(2):349-358.

[4] Deutsch C, Krause N, Lipshutz B H. CuH-catalyzed reactions[J]. Chem Rev,2008,108(8):2916-2927.

[5] 李爭寧,劉改玲,趙寶貽.H-Cu-P絡(luò)合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展,2008,20(12):1910-1922.

[6] Arena C G. Recent progress in the asymmetric hydrosilylation of ketones and imines[J]. Mini-Rev Org Chem,2009,6(3):159-167.

[7] Brunner H, Miehling W. Asymmetric catalysis: XXll. Enantioselective hydrosilylation of ketone by CuI-catalyst[J]. J Organomet Chem,1984,275:C17-C21.

[8] Lipshutz B H, Noson K, Chrisman W. Ligand-accelerated, copper-catalyzed asymmetric hydrosilylations of aryl ketones[J]. J Am Chem Soc,2001,123(51):12917-12918.

[9] Schmid R, Foricher J, Cereghetti M,etal. Axially dissymmetric diphosphines in the biphenyl series: synthesis of(6,6′-dimethoxybiphenyl-2,2′-diyl)bis(diphenylphosphine)(‘MeO-BIPHEP’) and analoguesviaanortho-lithiation/iodination ullmann-reaction approach[J]. Helv Chim Acta,1991,74(2):370-389.

[10] Schmid R, Broger E A, Cereghetti M,etal. New developments in enantioselective hydrogenation[J]. Pure Appl Chem,1996,68(1):131-138.

[11] Saito T, Yokozawa T, Ishizaki T,etal. New chiral diphosphine ligands designed to have a narrow dihedral angle in the biaryl backbone[J]. Adv Synth Catal,2001,343(3):264-267.

[12] Kantam M L, Yadav J, Laha S,etal. Asymmetric hydrosilylation of ketones catalyzed by magnetically recoverable and reusable copper ferrite nanoparticles[J]. J Org Chem,2009,74(12):4608-4611.

[13] Junge K, Wendt B, Addis D,etal. Copper-catalyzed enantioselective hydrosilylation of ketones by using monodentate binaphthophosphepine ligands[J]. Chem Eur J,2010,16(1):68-73.

[14] Li M, Li B, Xia H F,etal. Mesoporous silica KIT-6 supported superparamagnetic CuFe2O4nanoparticles for catalytic asymmetric hydrosilylation of ketones in air[J]. Green Chem,2014,16(5):2680-2688.

[15] Paraskar A S, Sudalai A. Co-catalyzed reductive cyclization of azido and cyano substitutedα,β-unsaturated esters with NaBH4: enantioselective synthesis of (R)-baclofen and (R)-rolipram[J]. Tetrahedron,2006,62(20):4907-4916.

[16] Lu X, Lin S. Pd(II)-bipyridine catalyzed conjugate addition of arylboronic acid toα,β-unsaturated carbonyl compounds[J]. J Org Chem,2005,70(23):9651-9653.

[17] Paquin J F, Stephenson C R J, Defieber C,etal. Catalytic asymmetric synthesis with Rh-diene complexes: 1, 4-addition of arylboronic acids to unsaturated esters[J]. Org Lett,2005,7(17):3821-3824.

[18] Lukin K, Zhang Q, Leanna M R. Practical method for asymmetric addition of arylboronic Acids toα,β-unsaturated carbonyl compounds utilizing an in situ prepared rhodium catalyst[J]. J Org Chem,2009,74(2):929-931.

[19] Morigaki A, Tanaka T, Miyabe T,etal. Rhodium (I)-catalyzed 1, 4-conjugate arylation towardβ-fluoroalkylated electron-deficient alkenes: a new entry to a construction of a tertiary carbon center possessing a fluoroalkyl group[J]. Org Biomol Chem,2013,11(4):586-595.

[20] López F, Harutyunyan S R, Meetsma A,etal. Copper-catalyzed enantioselective conjugate addition of Grignard reagents toα,β-unsaturated esters[J]. Angew Chem Int Ed,2005,44(18):2752-2756.

[21] Appella D H, Moritani Y, Shintani R,etal. Asymmetric conjugate reduction ofα,β-unsaturated esters using a chiral phosphine-copper catalyst[J]. J Am Chem Soc,1999,121(40):9473-9474.

[22] Peng Z H, Woerpel K A. Stereoselective synthesis of substitutedγ-butyrolactones by the [3+2] annulation of allylic silanes with chlorosulfonyl isocyanate: enantioselective total synthesis of (+)-Blastmycinone[J]. Org Lett,2001,3(5):675-678.

[23] de Gonzalo G, Brieva R, Sánchez V M,etal. Enzymatic resolution oftrans-4-(4′-fluorophenyl)-3-hydroxymethylpiperidines, key intermediates in the synthesis of (-)-paroxetine[J]. J Org Chem,2001,66(26):8947-8953.

[24] Hughes G, Kimura M, Buchwald S L. Catalytic enantioselective conjugate reduction of lactones and lactams[J]. J Am Chem Soc,2003,125(37):11253-11258.

[25] Rainka M P, Milne J E, Buchwald S L. Dynamic kinetic resolution ofα,β-unsaturated lactones through asymmetric copper-catalyzed conjugate reduction: application to the total synthesis of eupomatilone-3[J]. Angew Chem Int Ed,2005,44(38):6177-6180.

[26] Lipshutz B H, Servesko J M, Taft B R. Asymmetric 1,4-hydrosilylations ofα,β-unsaturated esters[J]. J Am Chem Soc,2004,126(27):8352-8353.

[27] Hou C J, Guo W L, Hu X P,etal. Chiral ferrocenyl phosphine-phosphoramidite ligands for Cu-catalyzed asymmetric conjugate reduction ofα,β-unsaturated esters[J]. Tetrahedron: Asymmetry,2011,22(2):195-199.

[28] Moritani Y, Appella D H, Jurkauskas V,etal. Synthesis ofβ-alkyl cyclopentanones in high enantiomeric excess via copper-catalyzed asymmetric conjugate reduction[J]. J Am Chem Soc,2000,122(28):6797-6798.

[29] Lipshutz B H, Servesko J M, Petersen T B,etal. Asymmetric 1,4-reductions of hinderedβ-substituted cycloalkenones using catalytic SEGPHOS-ligated CuH[J]. Org Lett,2004,6(8):1273-1275.

[30] Lipshutz B H, Frieman B A, Unger J B,etal. Thermally accelerated asymmetric hydrosilylations using ligated copper hydride[J]. Can J Chem,2005,83(6/7):606-614.

[31] Lipshutz B H, Frieman B A. CuH in a bottle: A convenient reagent for asymmetric hydrosilylations[J]. Angew Chem Int Ed,2005,44(39):6345-6348.

[32] Jurkauskas V, Sadighi J P, Buchwald S L. Conjugate reduction ofα,β-unsaturated carbonyl compounds catalyzed by a copper carbene complex[J]. Org Lett,2003,5(14):2417-2420.

[33] Lipshutz B H, Servesko J M. CuH-catalyzed asymmetric conjugate reductions of acyclic enones[J]. Angew Chem Int Ed,2003,42(39):4789-4792.

[34] Schmuck C, Wennemers H. In highlights in bioorganic chemistry: methods and application[M]. Wiley-VCH: Weinheim,2004:63-89.

[35] Juaristi E, Soloshnok V J. Enantioselective synthesis ofβ-amino acids[M]. Hoboken: Wiley & Sons, Inc,2005.

[36] Cole D C. Recent stereoselective synthetic approaches toβ-amino acid[J]. Tetrahedron,1994,50(32):9517-9582.

[37] Weiner B, Szymański W, Janssen D B,etal. Recent advances in the catalytic asymmetric synthesis ofβ-amino acids[J]. Chem Soc Rev,2010,39(5):1656-1691.

[38] Tang W, Zhang X. New chiral phosphorus ligands for enantioselective hydrogenation[J]. Chem Rev，2003,103(8):3029-3070.

[39] 馬元輝,張勇健,張萬斌.β-胺基丙烯酸酯衍生物的不對稱催化氫化反應(yīng)研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué),2007,27(3):289-297.

[40] Bruneau C, Renaud J L, Jerphagnon T. Synthesis ofβ-aminoacid derivativesviaenantioselective hydrogenation ofβ-substituted-β-(acylamino)acrylates[J]. Coord Chem Rev,2008,252(5):532-544.

[41] Rainka M P, Aye Y, Buchwald S L. Copper-catalyzed asymmetric conjugate reduction as a route to novelβ-azaheterocyclic acid derivatives[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2004,101(16):5821-5823.

[42] Deng J, Hu X P, Huang J D,etal. Enantioselective synthesis ofβ-aryl-γ-amino acid derivatives via Cu-catalyzed asymmetric 1,4-reductions ofγ-phthalimido-substitutedα,β-unsaturated carboxylic acid esters[J]. J Org Chem,2008,73(15):6022-6024.

[43] Wu Y, Qi S B, Wu F F,etal.Synthesis ofβ-amino acid derivatives via copper-catalyzed asymmetric 1,4-reduction ofβ-(acylamino)acrylates[J]. Org Lett,2011,13(7):1754-1757.

[44] Sui Y Z, Fang Q, Li M,etal. Cu(II)-catalyzed enanti oselective conjugate reduction for the synthesis ofN-Arylβ-amino acid esters[J]. Chin J Chem,2012,30:2611-2614.

[45] Seebach D. Methods of reactivity umpolung[J]. Angew Chem Int Ed,1979,18(4):239-258.

[46] Czekelius C, Carreira E M. Catalytic enantioselective conjugate reduction ofβ,β-disubstituted nitroalkenes[J]. Angew Chem Int Ed,2003,115(39):4941-4943.

[47] Czekelius C. Carreira E M. Convenient catalytic, enantioselective conjugate reduction of nitroalkenes using CuF2[J]. Org Lett,2004,6(24):4575-4577.

[48] Ren Y L, Xu X L, Sun K P,etal. A new and effective method for providing optically active monosubstituted malononitriles: selective reduction ofα,β-unsaturated dinitriles catalyzed by copper hydride complexes[J]. Tetrahedron: Asymmetry,2005,16(24):4010-4014.

[49] Lee D, Kim D, Yun J. Highly enantioselective conjugate reduction ofβ,β-disubstitutedα,β-unsaturated nitriles[J]. Angew Chem Int Ed,2006,45:2785-2787.

[50] Lee D, Yang Y M, Yun J. Copper-catalyzed asymmetric reduction of 3,3-diarylacrylonitriles[J]. Org Lett,2007,9(14):2749-2751.

[51] Llamas T, Arrayas R G, Carretero J C. Catalytic asymmetric conjugate reduction ofβ,β-disubstitutedα,β-unsaturated sulfones[J]. Angew Chem Int Ed,2007,119(18):3393-3396.

[52] Hayashi T, Senda T, Takaya Y,etal. Rhodium-catalyzed asymmetric 1,4-addition to 1-alkenylphosphonates[J]. J Am Chem Soc,1999,121(49):11591-11592.

[53] Duan Z C, Hu X P, Wang D Y,etal. Enantioselective synthesis of optically active alkanephos-phonates via rhodium-catalyzed asymmetric hydrogenation ofβ-substitutedα,β-unsaturated phosphonates with ferrocene-based monophosphoramidite ligands[J]. Adv Synth Catal,2008,350(13):1979-1983.

[54] Duan Z C, Hu X P, Wang D Y,etal. Cu-catalyzed asymmetric conjugate reduction ofβ-substitutedα,β-unsaturated phosphonates: an efficient synthesis of optically activeβ-stereogenic alkylphosphonates[J]. Tetrahedron Lett,2009,50(48):6720-6722.

Progress in Copper-Catalyzed Asymmetric Hydrosilylation 1,4-Reduction of

α,β-Unsaturated Michael Acceptors

FANG Qiang1,2, SUI Yaozong1, YU Jinglu1, XIE Linjie1, YANG Liyao1, WU Junwen1, WU Jing1

(1.College of Material, Chemistry and Chemical Engineering, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036,China;

2.College of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310035,China)

Abstract:Recent progress in copper-catalyzed asymmetric hydrosilylation 1,4-reduction of α,β-unsaturated Michael acceptors, including α,β-unsaturated esters, ketone, amino acid ester, nitrile, sulfone and phosphonic acid ester, is discussed.

Key words:chiral copper catalysts; asymmetric hydrosilylation; 1,4-reduction; α,β-unsaturated Michael acceptors

第14卷第1期2015年1月杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofHangzhouNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.14No.1Jan.2015

文章編號:1674-232X(2015)01-0001-10

中圖分類號:O621.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

doi:10.3969/j.issn.1674-232X.2015.01.001

通信作者：吳靜(1968—)，女，教授，博士，主要從事不對稱催化領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究. E-mail: jingwubc@hznu.edu.cn

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 91127010, 21172049, 21032003)；教育部“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”項(xiàng)目(IRT1231)；浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LZ13B030001).

收稿日期：2014-12-20