不对称催化氢化反应PPT课件.ppt
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1、关于不对称催化氢化反应第一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 在手性药物分子及有关化合物的合成中,氢对在手性药物分子及有关化合物的合成中,氢对sp2碳的碳的不对称加成反应即不对称氢化反应不对称加成反应即不对称氢化反应(包括:化学还原反包括:化学还原反应应)是最实用的。是最实用的。o 不对称氢化反应及有关还原反应是将碳原子的不对称氢化反应及有关还原反应是将碳原子的sp2轨轨道变为道变为sp3轨道轨道(四面体四面体),共有下列三种形式,并且伴共有下列三种形式,并且伴随随有一个至两个新的不对称手性中心的生成。有一个至两个新的不对称手性中心的生成。第二张,PPT共七十八页,创作于2022年6
2、月三种形式如下:三种形式如下:第三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o这三种不饱和形式双键在药物化学的合成这三种不饱和形式双键在药物化学的合成中均会遇到。中均会遇到。o 近年来,不对称氢化反应的研究与发展在近年来,不对称氢化反应的研究与发展在诸多的反应中一直处于领先地位。诸多的反应中一直处于领先地位。o 由孟山都公司开发成功的由孟山都公司开发成功的L-多巴合成多巴合成,应,应用不对称氢化反应得到用不对称氢化反应得到94%的对映体过量,的对映体过量,底物底物/金属催化剂比可达到金属催化剂比可达到20000:l。第四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o诺诺华华(Novartis)公
3、公司司开开发发的的手手性性Ir(I)配配合合物物催催化化剂剂,用用于于合合成成除除草草剂剂(S)-异异丙丙甲甲草草胺胺(metolachlor)的的重重要要中中间间体体,能能高高效效地地完完成成不不对对称称氢氢化化反反应应,是是不不对对称称催催化化反反应应工工业业化的又一成功例子。化的又一成功例子。o 据据统统计计在在己己工工业业化化的的不不对对称称反反应应应应用用实实例例中,不对称氢化反应约占到中,不对称氢化反应约占到70%。第五张,PPT共七十八页,创作于2022年6月本部分内容提要:本部分内容提要:o一、C=C双键的不对称氢化反应双键的不对称氢化反应;o二、C=O双键的不对称氢化反应双键
4、的不对称氢化反应;o三、亚胺的不对称氢化反应。亚胺的不对称氢化反应。第六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月一、C=C双键的不对称氢化反应:双键的不对称氢化反应:o1、-乙酰胺基丙烯酸及其衍生物的不对称乙酰胺基丙烯酸及其衍生物的不对称氢化反应;氢化反应;o2、,-不饱和羧酸及其衍生物的不对称氢不饱和羧酸及其衍生物的不对称氢化反应。化反应。第七张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o在在C=C双键不对称氢化反应的研究中人们双键不对称氢化反应的研究中人们发现,发现,当当C=C双键上带有极性基团时,往往双键上带有极性基团时,往往可以得到较高的光学产率。可以得到较高的光学产率。o 这是因为:
5、这些极性基团可以和催化剂的这是因为:这些极性基团可以和催化剂的金属配位,增强了催化剂金属配位,增强了催化剂-反应物所形成的配合反应物所形成的配合物的刚性,从而提高了反应的对映选择性。物的刚性,从而提高了反应的对映选择性。第八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 极极性性官官能能团团可可以以是是氨氨基基、酰酰胺胺基基、羧羧基基、酯基、羰基、羟基等。酯基、羰基、羟基等。o 近近年年来来,简简单单烯烯烃烃的的不不对对称称氢氢化化反反应应的的研研究究也也取取得得了了进进展展,在在金金属属铱铱、钛钛等等催催化化剂剂的的作用下,也获得了很好的对映选择性。作用下,也获得了很好的对映选择性。第九张,P
6、PT共七十八页,创作于2022年6月1、-乙酰胺基丙烯酸及其衍生物的不对称氢乙酰胺基丙烯酸及其衍生物的不对称氢化反应:化反应:o -乙乙酰酰胺胺基基丙丙烯烯酸酸及及其其衍衍生生物物是是最最早早进进行行不不对对称称催催化化氢氢化化反反应应并并获获得得成成功功的的烯烯烃烃底底物。物。o 化学结构见右图:化学结构见右图:第十张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(1)基本化学反应:)基本化学反应:第十一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(2)基本反应体系:)基本反应体系:o氢源:氢源:H2o手性催化剂:手性催化剂:过渡金属手性催化剂(常用过渡金属手性催化剂(常用的是手性铑催化剂的是手性铑
7、催化剂 配体为手性膦配体配体为手性膦配体C2对称性对称性)等)等o底物:底物:-乙酰胺基丙烯酸及其衍生物乙酰胺基丙烯酸及其衍生物第十二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月举例说明:举例说明:第十三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 从表中可以看出:从表中可以看出:-乙酰胺基丙烯酸及其衍生物在铑乙酰胺基丙烯酸及其衍生物在铑-手性二膦手性二膦催化剂的作用下,氢化反应的对映选择性已催化剂的作用下,氢化反应的对映选择性已经接近或达到经接近或达到100%。第十四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月手性膦配体的基本结构:手性膦配体的基本结构:第十五张,PPT共七十八页,创作于2022
8、年6月第十六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(3)对底物的要求:)对底物的要求:o为获得高对映选择性,底物必须具备:为获得高对映选择性,底物必须具备:o 烯烃烯烃-碳上必须有强的电负性基团;碳上必须有强的电负性基团;o 除除C=C双键外,需要有第二个配位基团,双键外,需要有第二个配位基团,以便与中心金属生成整合环,增强配合物的刚性;以便与中心金属生成整合环,增强配合物的刚性;o Z-构型比构型比E-构型选择性高。构型选择性高。第十七张,PPT共七十八页,创作于2022年6月原因解释:原因解释:o NMR光谱的研究表明:光谱的研究表明:Z-构型以构型以C=C双键和双键和酰胺键与金属配位
9、,酰胺键与金属配位,而而E-构型以构型以C=C双键和羧双键和羧基配位。基配位。o Z-构型构型-乙酰胺基丙烯酸及其衍生物具有很乙酰胺基丙烯酸及其衍生物具有很高的对映选择性;高的对映选择性;o E-构型构型底物在同样条件下的不对称氢化反应底物在同样条件下的不对称氢化反应对映选择性较差,而且反应速度也慢。对映选择性较差,而且反应速度也慢。第十八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(4)烯胺的不对称氢化反应:)烯胺的不对称氢化反应:o 在铑在铑-手性二膦催化剂的作用下,烯胺手性二膦催化剂的作用下,烯胺(enamide)也可以发生不对称氢化反应。也可以发生不对称氢化反应。o 烯胺的不对称氢化反应
10、是制备手性酰胺烯胺的不对称氢化反应是制备手性酰胺(或或手性胺手性胺)的有效方法之一。的有效方法之一。o 催化反应见下表催化反应见下表:第十九张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(5)应用举例:)应用举例:第二十一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 手性膦配体的手性中心位于磷原子上。手性膦配体的手性中心位于磷原子上。当当烷基为叔丁基时,与烷基为叔丁基时,与Rh(NBD)2+BF4-生成的催生成的催化剂在化剂在-乙酰胺基肉桂酸甲酯的不对称氢化乙酰胺基肉桂酸甲酯的不对称氢化反应中获得了反应中获得了99.9%e.e.的对映选择性。的对映选
11、择性。第二十二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月(S)-奈普生的不对称氢化:奈普生的不对称氢化:第二十三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 利用利用Rh(I)-DIOP配合物配合物为催化剂,可以不为催化剂,可以不对称还原烯胺对称还原烯胺 1,获得,获得92%e.e.的光学产率。的光学产率。第二十四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 该该部部分分化化合合物物包包括括:,-不不饱饱和和羧羧酸酸、,-不不饱饱和和酯酯、,-不不饱饱和和酰酰胺胺的的不不对对称称氢氢化化反反应应,较较引引人人注注目目的的是是-芳芳基基丙丙烯烯酸酸的的不不对对称称氢化反应。氢化反应。2、,-不饱
12、和羧酸及其衍生物的不对不饱和羧酸及其衍生物的不对称氢化反应:称氢化反应:第二十五张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 具有光学活性的具有光学活性的-芳基丙烯酸是一类芳基丙烯酸是一类有效的消炎镇痛药物,例如:奈普生有效的消炎镇痛药物,例如:奈普生(naproxen)和异丁基布洛芬)和异丁基布洛芬(ibuprofen)。)。第二十六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 铑铑-手性二膦催化剂同样也适用于手性二膦催化剂同样也适用于,-不饱和羧酸及其衍生物的不对称氢不饱和羧酸及其衍生物的不对称氢化反应。化反应。o 例如,(例如,(S)-奈普生的不对称合成。奈普生的不对称合成。第二十七张,
13、PPT共七十八页,创作于2022年6月第二十八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o再如:再如:Mibefradil 1 是一种新型钙拮是一种新型钙拮抗剂,用于治疗高血压和心绞痛。为了抗剂,用于治疗高血压和心绞痛。为了引入手性中心合成该化合物的关键中间引入手性中心合成该化合物的关键中间体是(体是(S)-2,它可以通过不饱和酸,它可以通过不饱和酸3的的不对称氢化反应一步合成:不对称氢化反应一步合成:第二十九张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第三十张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o具有具有C2对称性的手性半咕啉对称性的手性半咕啉(semicorrins,A)和钴的配合物,在
14、)和钴的配合物,在NaBH4的存在下,是催化的存在下,是催化,-不饱和不饱和羧酸酯和羧酸酯和,-不饱和酰胺氢化的有效的不饱和酰胺氢化的有效的对映选择性催化剂。对映选择性催化剂。例如:例如:第三十一张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第三十二张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第三十三张,PPT共七十八页,创作于2022年6月第三十四张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 当底物中有共轭双键时,该反当底物中有共轭双键时,该反应只高选择性地氢化还原应只高选择性地氢化还原,-不饱不饱和双键,而对和双键,而对,-双键不发生反应。双键不发生反应。例如:例如:第三十五张,PPT共七十八页
15、,创作于2022年6月第三十六张,PPT共七十八页,创作于2022年6月2、C=O双键的不对称氢化反应双键的不对称氢化反应o 带有官能团的光学活性仲醇,是合成带有官能团的光学活性仲醇,是合成具有生物活性化合物的重要中间体。而具有生物活性化合物的重要中间体。而通通过前手性酮的不对称氢化反应,是获得具过前手性酮的不对称氢化反应,是获得具有光学活性仲醇的重要途径。有光学活性仲醇的重要途径。第三十七张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 对带有手性配体的对带有手性配体的Rh和和Ru配合物催化配合物催化的酮的不对称氢化反应,做了大量的研究的酮的不对称氢化反应,做了大量的研究工作后,人们发现工作后,
16、人们发现含有卤素的含有卤素的Ru-BINAP配合物是带有官能团的酮不对称氢化反应配合物是带有官能团的酮不对称氢化反应的有效催化剂。的有效催化剂。通常情况下,反应都具有通常情况下,反应都具有很高的对映选择性。很高的对映选择性。第三十八张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o 近年来,对酮的不对称氢转移反近年来,对酮的不对称氢转移反应做了很多研究。人们发现应做了很多研究。人们发现Rb、Ru、Ir等金属配合物是芳基、烷基酮不等金属配合物是芳基、烷基酮不对称氢转移反应的有效催化剂。对称氢转移反应的有效催化剂。第三十九张,PPT共七十八页,创作于2022年6月o2.1带有官能团的酮的不对称氢化反应带
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