不对称环氧化反应研究进展
发布时间：2021-10-08
摘要：金属络合物是催化不对称氧化的一类重要催化剂。本文综述主要介绍各类金属络合物在不对称环氧化中的有关机理、应用及其特点。
关键词：金属络合物;不对称环氧化;对映选择性
前言
手性环氧化物是一类重要的生物与生理活性化合物，并且是许多反应中的重要有机反应中间体。1956年，Henbest通过手性的樟脑过氧酸氧化双键，所得产物的对映体过量值为8%，此举在不对称氧化反应中具有历史性的重要意义。1980年，关于不对称环氧化又有了突飞猛进的进展，Sharpless等人通过Ti-酒石酸的催化成功实现了对烯丙醇进行环氧化的合成，并因此获得了2001年的诺贝尔化学奖。但是目前关于不对称环氧化的反应仍存在些许局限，绿色氧化越来越被人们所关注，提高目标产物的对映选择性在研究烯烃的不对称环氧化反应中具有深远的意义。近年来，关于金属络合物参与的不对称环氧化已经引起广大有机化学工作者的兴趣。各课题组就有关金属铁、锰、钛、钒、钨、钌、镱参与的不对称环氧化反应进行了深入的研究并做出了巨大贡献。本文主要介绍近年来以过氧化氢、TBHP、CHP做氧化剂，金属络合物参与的不对称环氧化反应的研究进展。
1.钨与H2O2参与的不对称环氧化反应
早在1980年就有报道有关钛参与的不对称环氧化反应。近几年也有有关不对称环氧化的反应研究的相关文献以及介绍，但是这些相关课题组的研究在不对称环氧化的过程中都需要用到具有毒性的氧化剂，并且经济效益底下，对生态影响巨大。因此，从生态与经济的角度考虑我们更应该选取H2O2一类的安全、低价，易于操作且没有副产物的氧化剂参与反应。Katsuki课题组介绍了有关铌与H2O2参与的不对称环氧化反应，但是此反应在底物方面还是具有很大的局限性，尽管如此，相比前者的反应已经有了较大的改良，因此，Yamamoto课题组借鉴之前工作者的研究，以采用钨做配体来参与不对称环氧化反应(图1)。该反应有效的扩大了底物的种类，提高了不对称环氧化反应的对映选择性，同时，产率与ee值均较高，分别达到92%和95%。
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之后该课题组工作者又对该反应的化学选择性，特定选择性以及天然衍生物底物进行拓展，均得到较高产率。该反应通过金属钨催化，大大提高产物的对映选择性。以H2O2做氧化剂解决了反应过程中有关环境方面的问题，而且反应条件简便，底物拓展广泛，在室温下即可对一级，二级，三级烯丙醇与高烯丙醇进行成功环氧化反应。
2.铪与CHP参与的不对称环氧化反应
同样据Yamamoto课题组报道，针对三级烯丙醇以及高级烯丙醇的不对称环氧化反应，该课题组用铪作为配体有效的克服了有关对映选择性、产物手性、反应活性、空间位阻等一系列问题。并且产率以及ee值也比较理想(图2)。
这一反应在0℃，48小时下反应产率可达99%，ee值达到98%。
3.钒与TBHP参与的不对称环氧化反应
关于手性环氧醇的不对称环氧化合成是一个十分重要的有机方法学。它对合成药物，农用化学产品，生物骨架具有很高的价值。包括Katsuki-Sharpless合成法在内的许多方法均可合成手性环氧醇。但是之前工作者的方法有许多局限性，在产率，手性，以及对映异构上均有需要突破的地方。由此Yamamoto课题组采取以金属钒做配体参与不对称环氧化反应，达到优质效果(图3)。
在联萘异羟肟酸(BBHA)催化作用下很好的合成产物。且产物以及ee值均达到理想数值。
4.双金属催化的不对称环氧化反应
前文已介绍许多有关烯烃的不对称环氧化反应。最近Zhao,Yao课题组在参考之前的以多元氨基酸、脯氨酸、以及手性碱参与的经典不对称环氧化反应之后对有碳碳双键的α,β不饱和酮进行有机催化研究。由于之前的反应活性比较低，产率以及ee值也不理想，反应时间较长，该课题组在考虑克服这些问题的前提下对镁锂、铁锰、钪铁等双金属催化进行比较之后提出以镱锂参与含有碳碳双键的α,β不饱和酮进行不对称环氧化反应(图5)。
该反应有效提高了反应产率，产物活性及对映选择性，在双金属催化的不对称环氧化反应中达到前所未有的高度。之后该课题组又对含有碳碳双键的α,β不饱和酮的不对称环氧化反应进行了有效拓展(图6)。
5.结论与展望
综上从上个世纪开始已经有大批大批的有机科研工作者投入到不对称环氧化工作中，现如今不对称环氧化反应已经形成多种手性催化体系、双金属催化体系、手性酮催化体系以及负载手性催化体系等几大体系，并且各具特色。越来越多的金属配体络合物被有机工作者所发现，并有效的运用到合成中。在以双氧水、TBHP、CHP等清洁的有机溶剂参与下也大大保证了反应的环保性。许多成果已经成功运用于生物材料、农业、药物合成等各个方面。但是，从许多反应的机理来看还存在许多不足与争议有待继续研究，并且绿色化学一直是所有科研工作者需要关注的问题。更为重要的是要将科研工作有效的转变到实际生产生活中去。目前，能否发展更为普遍、廉价、节能、高效的金属配体也同样棘手。总的来看这方面的工作还有很多问题需要解决，迈向工业化的道路还很漫长，这一切都有待于更多的科研工作者的关注与参与。——论文作者：杜建宇 谷永忠 周扬 马保 花春霞
