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第41卷第6期2013年3月广州化工GuangzhouChemicalIndustryV01.41No.6March.2013不对称催化在OL一氨基磷酸酯合成中的应用张培卫,孟飞飞(贵州大学,贵州摘贵阳550025)要:a一氨基膦酸酯作为天然氨基酸的类似物,具有抗肿瘤、抗植物病毒、植物生长调节、除草、杀菌、抑制酶活性、抗氧化及防辐射、破坏生物细胞膜等广泛的生物活性而受到很多科学家的关注。通常合成的a一氨基膦酸酯都是以外消旋体形式存在的,而其生物活性与它的绝对构型有密切关系,所以研究这类化合物的不对称合成具有非常重要的意义。综述了国内外近年来有关不对称合成a一氨基磷酸酯的研究进展,并对反应机理进行了探讨。关键词:&一氨基磷酸酯;不对称;有机催化中图分类号:TQ464,06文献标识码:A文章编号:1001—9677(2013)06—0019—03ApplicationofCatalyticAsymmetrictotheSynthesisof仅一aminophosphonatesZHANGPei—wei,MENGFei—fei550025,China)an(GuizhouUniversity,GuizhouGuiyangAbstract:d—Aminophosphonates,analoguesofnaturalaminoacids,werecompounds,whichwaseffectiveasimportantclassofbiologicallyactivegrowthregulators,antibioticsandantienzymeinhibitors,herbicides,fungicides,plant—tumoragents.Theirsynthesisreceivedgreatattentioninsyntheticorganicchemistryaswellasinmedicinalchemistry.Inaddition,d—Aminophosphonatewasakindofchiralcompoundsandusuallysynthesizedwithracemiconforms.Thebio-logicaltanttoactivityrelatedtothed—aminophosphonicacidunitsdependedtheirabsoluteconfiguration,SOit’Sveryimpor-investigatetheirasymmetricsynthesis.Therecentadvancesincatalyticasymmetric0【一aminophosphonatessynthe・siswerediscussedandthereactionmechanismwasalSOdescribed.Keywords:仅一aminophosphonates;asymmetric;organocatalysis作为天然氨基酸的含磷类似物,d一氨基磷酸酯具有抗菌、杀虫、除草、抗植物病毒、调节植物生长等生物活性¨“o而引起科学家的广泛兴趣,阿拉磷和磷酸酪氨酸就是这类化合物的典型代表(图1)。d一氨基磷酸酯一般是通过类Mannich反应一步合成或由席夫碱与亚磷酸酯加成得到_。…,但是通常所得的Ot一氨基磷酸酯是一外消旋体。而d一氨基磷酸酯的生物活性往往与它的空间绝对构型有密切关系,因此研究这类化合物的不对称催化合成具有非常重要的意义。本文从研发环境友好的手性新药出发,根据所用催化剂的种类,综述了近年来国内外不对称催化合成d一氨基磷酸酯中具有代表性的工作。法‘“1。Jacobsen小组‘123首次发现手性硫脲1a(图2)也是不对称膦氢化反应有效的催化剂。1a用于催化N一苄基醛亚胺的不对称膦氢化反应取得了较好的产率和理想的对映体过量值(Scheme1)。。厂n!坚!竺竺!!丝!-EtlO,r.t.,72hR=Ph,3-pentyl,tert—butyl,(CH,)2C=CH,P—FC…HP—CH,OC6H.,P—HOOCC…Ho—CH3C‘H.,o—CIC…H2-naphtyl,3-pyridyl,2-furyScheme1。H牦酶。H分嗡1CCH手性硫脲催化剂不对称膦氢化反应是合成光学活性d一氨基膦酸主要方图2手性硫脲催化剂1a作者简介:张培卫(1988一),硕士研究生,主要从事绿色农药设计与合成。万方数据
广州化工2013年3月2手性磷酸催化剂2005年,Akiyama等¨引以手性BrCnsted酸1b(图3)为催化剂,间二甲苯作为溶剂、室温下催化了亚磷酸异丙酯与芳环N一取代亚胺1的不对称加成,得到了高收率、高ee值(ee>90%)的ot一氨基磷酸酯2。催化剂1b对反应底物表现出了明显的选择性,底物亚磷酸酯的结构最为显著,在所有做的二烷基亚磷酸酯中,亚磷酸异丙酯的效果最好,催化由肉桂醛合成的亚胺实验效果明显优于其他类型的亚胺,其ee在81%~90%之间,反应式见Scheme2。反应机理表明催化剂1b既是Bi皤nsted酸又是Br谚nsted碱,催化剂1b磷酸上的氢原子通过氢键活化亚胺,磷酰基上的氧原子通过协同底物亚磷酸酯上的氢原子,从而促进底物亚磷酸酯从亚胺船面进攻,得到高对映选择性的氨基磷酸酯。Mo+‰8lsO坤i-P,r篙胁《::Scheme2图3手性BrCnsted酸催化剂lb3金鸡纳碱催化剂2006年,Pettersen等¨4o首次报道了奎宁(QN)在0【一氨基膦酸酯不对称合成中的应用,以N—Boc亚胺与亚磷酸二乙酯为底物,在lOm01%奎宁催化剂用量下,二甲苯为溶剂,一20℃下反应即可得到83%的产率和高达94%的ee。通过对反应机理的初步研究¨5。发现奎宁上的羟基可以和亚胺上的氮原子形成氢键从而固定亚胺,其中亚膦酸二乙酯上的氧原子和奎宁上叔胺的氮原子也可以通过氢原子形成氢键,这样带孤对电子的磷原子就可以轻松的进攻亚胺上的碳原子得到高光学活性的目标产物。其合成路线见Scheme3。。/N踮。+点吼去等》一r★㈣吼A2,5一diMeC…Hr=C。H,,1一naphthyl,2-naphthyl,111MeC。H.,73-pyridyl,PCIC6H.,etcupto83%yieldScheme3MeO图4催化剂奎宁(QN)的结构万方数据2007年,贵州大学宋宝安等016]自主研制开发的我国第一个具有自主知识产权的抗植物病毒剂一病毒星,就是含苯并噻唑基团的仅一氨基膦酸酯,病毒星的室内生物活性测试表明其抗烟草花叶病毒的活性高于商品药宁南霉素,在此基础上还成功研制开发了30%病毒星可湿性粉剂及10%病毒星乳油两种剂型。通过田间药效、毒理学实验分析、环境行为分析,病毒星完全符合绿色新农药标准Ⅲ‘1…。为了得到光学纯的病毒星,袁奇学唧。采用20m01%QN为催化剂,二甲苯为溶剂,室温反应合成了病毒星(Scheme4),得到了41%ee。通过计算机计算结果表明,催化剂作为质子供体和受体通过氢键同时活化两个底物,从而控制底物进攻的方向,但是所形成两个复合物的能量只相差0.7kcal/mol,反应生成某种特定构型产物的倾向不大,所以产物的ee值不大。&hb+七赫&H如Scheme42008年,Ricci课题组Ⅲ1为了得到手性氨基磷酸衍生物,利用相转移催化剂不对称磷氢化原位生成的亚胺与亚磷酸二甲酯的反应,以高达97%的收率和95%的ee得到氨基磷酸酯衍生物(Scheme5)。Pg、Pg、YH+R"'so,Ar齑1KOH,toluene。一78℃c(5m01%)。‰R’’氏…Scheme5MeO图5相转移催化剂lc2009年,Nakamura等嵋2。在利用奎宁、奎尼丁、氢化奎宁、氢化奎尼丁、辛可宁、辛可尼丁筛选底物时发现,氢化奎宁、氢化奎尼丁在和碳酸钾或碳酸钠混合可以高产率和高对映体选择值的催化N一甲磺酰基保护的亚胺和亚膦酸二苯酯的不对称加成反应,产率最高99%,ee值最高97%,对其机理的初步研究发现,加入的碳酸钠的钠离子可以与氢化奎宁或氢化奎尼丁结构上的叔胺以及亚膦酸二苯酯上的磷羰基氧形成过渡键,再者氢化奎宁或氢化奎尼丁上羟基与亚胺上的氮原子形成氢键从而固定了底物使得带孤对电子的磷原子从反面进攻亚胺上的碳原子得到目标产物。其合成路线见Scheme6。旷02№8+H黟%cⅢataln,'yst坐型toluen筹eHQ;orHQD(2m。㈣M830,8ⅫR,“R:XOPh,一2蠢0—-R#卺R(oPh)z℃r。:R产Ph,p-tolyl,p-MeOC6H,,p-CICsH・,p-BrC6H,,p—Fc・H”uplo99%y毛Hm—CIC6H4,m—C1C6H4,m—BrC6H.,2-naphthyt,cylohexyl;97%e。R2=Me,Et.Scheme6
第4l卷第6期张培卫等:不对称催化在or.一氨基磷酸酯合成中的应用21MeOHQHQD图6催化剂氢化奎宁(HQ)、氢化奎尼丁(HQD)的结构4奎宁一硫脲催化剂2012年,Bera等‘趋3首次报道了d一硝基亚磷酸酯和Ⅸ,B一不饱和酮在新型奎宁一硫脲催化剂ld(图7)的催化下的Michael加成,可以得到较高的收率,产物通过Baeyer—ViHiger氧化、还原、分子内环化,很方便得到d一氨基磷酸酯(Scheme7)。呔+n:丫‰,赢ld期(10m%oF咖%,)。。。磷kN0235%~94%eeR.“攀OonEtR产3,4一(Me0)2C。H,Hn2R,=Et:94%eeScheme70一图7奎宁一硫脲催化剂1d4结论与展望不对称催化合成Q一氨基磷酸酯,是一个非常有意义且应用前景很大的课题。现在,已经有各种有机小分子催化剂成功的应用于Ct一氨基磷酸酯的手性合成,取得了较高的对应选择性。但是还存在很多阻碍光学活性d一氨基磷酸酯工业化应用的问题,如催化剂种类非常有限,底物适用范围很窄,手性试剂昂贵等,因此,广大化学工作者应继续在不对称催化方面展开深入研究,寻找催化效率更高、底物适用性更好的催化剂,解决催化合成0【一氨基磷酸酯生产过程中高效高选择性、对环境友好和经济成本等问题,催化合成出具有高光学活性的a一氨基磷酸酯,并以此为先导进行优化结构,有望筛选出高效、绿色、低毒、低残留的手性新药。参考文献陈卓,杨松.自主创制抗植物病毒新农药:毒氟磷[J].世界农药,2009,31(2):52—53.[2]Yang,S.,Gao,X.W.,Song,B.A.eta1.SynthesisandAntifungalActivityofNovelChirald—AminophosphonatesContainingFluorineMoiety[J].Chin.J.O.C.,2006,24:1581—1588.[3]Bartlett,P.A.,Kezer,W.B.PhosphinicAcidDipeptideAnalogues:Potent.Slow—BindingInhibitorsofAsparticPeptidases[J].J.Am.Chem.Soc.1984,106:4282—4283.[4]Tanaka,F.Kinoshita,K.Tanimura,R.eta1.RelaxingSubstrateSpecificityinAntibody—CatalyzedReactions:EnantioselectiveHydrol—万方数据ysisofN—Cbz—AminoAcidEsters[J].J.Am.Chem.Soc.,1996,118:2332—2339.[5]李在国,黄润秋,杨昭,等.含苯并噻唑杂环的a一氨基膦酸二苯酯的合成及生物活性[J].应用化学,1999,16(02):90—92.[6]李在国,黄润秋,杨昭,等.含苯并噻唑杂环的ot一氨基烷基膦酸二乙酯的合成及生物活性[J].高等学校化学学报,1998(12):1970—1974.[7]Schlemminger,I.,Saida,Y.,GrOger,H.,eta1.ConceptofIm・provedRigidity:HowtoMakeEnantioselectiveHydIoPhosphonylacionofCychcIminesCatalyzedbyChiralHeterobimetallieLanthanoidComple—xesAlmostPerfect[J].J.Org.Chem.2000,65:4818—4825.[8]Qian,C.T.,Huang,T.S.One—PotSynthesisofd—AminoPhos—phonatesfromAldehydesUsingLanthanideTriflateasaCatalyst[J].J.Org.Chem.,1998,63:4125—4128.[9]Sasai,H.,Arai,S.,Tahara,Y.,Shibasaki,M.CatalyticAsynunet・ricSynthesisofd—AminoPhosphonatesUsingLanthanoid—Potassium—BINOLComplexes[J].J.Org.Chem.,1995,60:6656—6657.[10]Ranu,B.C.,Hajm,A.,Jana,U.GeneralProcedurefortheSynthe—sisofQ—AminoPhosphonatesfromAldehydesandKetonesUsingIndi—nm(Ⅲ)Chloride∞aCatalyst[J].Org.Leet.,1999:1141—1143.[11]GrOger,H.,Saida,Y.,Sasai,H.J.eta1.ANewandHighlyE伍一eientAsymmetricRoutetoCyclicot—AminoPhosphonates:TheFirstCatalyticEnantioseleetiveHydrophosphonylationofCyclicIminesCata-lyzedbyChiralHeterobimetallicLanthanoidComplexes[J].J.Am.Chem.Soc.,1998。120:3089—3103.[12]Joly,G.D.,Jacobsen,E.N.Thiourea—CatalyzedEnantioselectiveHydrephosphonyaltionofImines:PracticalAccesstoEnantiomerieallyEnricheda—AminoPhosphonicAcids[J].J.Am.Chem.SOc.,2004,126:4102—4103.[13]Akiyama,T.,Morita,H.,Itoh,J.,Fuehibe,K.ChiralBr口nstedAcidCatalyzedEnantioselectiveHydrophosphonylationofImines:AsymmetricSynthesisofot—AminoPhosphonates[J].Org.Leet.,2005,7(13):2583—2585.[14]Pettersen,D.,Mareolini,M.,Bernardi,L.,Fini,F.,Herrera,R.P.,Sgarzani,V.,Ricei,A.DirectAccesstoEnantiomericallyEn—richedd—AminoPhosphonieAcidDerivativesbyOrganocatalyticAsymmetricHydrophosphonylationofImines[J].J.Org.Chem.,2006,71:6269—6272.[15]袁奇学,史福强.金鸡纳碱类化合物在不对称合成中的应用[J].合成化学,2008,16(4):371—377.[16]宋宝安,杨松,胡德禹,等.新型抗病毒剂病毒星的创制研究[J].华中师范大学学报,2007,41(2):218—222.[17]陈卓,李国君,范会涛,等.毒氟磷防治南方水稻黑条矮缩病药效研究[J].中国农学通报,2011,27(18):250—254.[18]陈卓,宋宝安.南方水稻黑条矮缩病防控技术[M].北京:化工出版社,2011:94—95.[19]张培卫,金林红,宋宝安,等.不对称催化反应在手性农药合成中的研究进展[A].中国化工学会农药专业委员会第十五界年会论文集[C].2012:29—34.[20]袁奇学,史福强.金鸡纳碱类化合物在不对称合成中的应用[J].合成化学,2008,16(4):371—377.[21]Fini,F.,Micheletti,G.,Bemardi,L.,eta1.AnEasyEntrytoOpti—callyActived—AminoPhosphonicAcidDerivativesUsingPhase—transferCatalysis(PTC)[J].Chem.Commun.,2008:4345—4347.[22]Nakamura,S.,Hayashi,M.,Hiramatsu,Y.,eta1.CatalyticEnanti-oselectiveHydrophosphonylationofKetiminesUsingCinchonaAlkaloids[J].J.Am.Chem.Soc.,2009,131:18240—18241.[23]Bera,K.Namboothiri,I.N.EnantioselectiveSynthesisofQuaternaryd—AminophosphonatesviaConjugateAdditionofa—Nitrophospho—natestoEnones.[J].Org.Leet.,2012,14:980—983.
不对称催化在α-氨基磷酸酯合成中的应用作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):张培卫, 孟飞飞, ZHANG Pei-wei, MENG Fei-fei贵州大学,贵州 贵阳,550025广州化工Guangzhou Chemical Industry2013,41(6)
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