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手性脂肪醇以及衍生物广泛存在于天然产物和生物活性化合物中,也是许多手性药物的重要结构单元。因此,发展一种高效的不对称合成手性脂肪醇结构单元的方法具有重要的意义。合成手性醇最直接的方法是不对称还原相应的酮,而高对映选择性还原脂肪酮是目前不对称催化还原的一个很具有挑战性的课题。表面活性剂作为添加剂已广泛地应用于不对称催化反应,他们在水中形成的胶束对催化反应表现出胶束促进效应,可是目前对手性表面活性剂型催化剂的研究还不多,具有高对映选择性的则更少。
我们设计并合成了两类新型手性表面活性剂型催化剂,这些催化剂成功应用于脂肪酮和芳香酮的高对映选择性还原。单链的表面活性剂型催化剂对脂肪酮不对称还原表现出非常高的活性和选择性,转化率达到了99%,立体选择性高达96% ee。该类催化剂不仅对长链脂肪酮效果好,而且还能高对映选择性还原多种含官能团的脂肪酮。解决了脂肪酮特别是长链脂肪酮的不对称还原这一挑战性的课题。双长链的表面活性剂型催化剂对芳香酮不对称还原表现出异常高的催化活性,在S/C=1000时反应3小时达到了94%的转化率和98%的对映选择性,是目前二胺转移氢化体系中效果最好的催化剂。
我们通过透射电镜(TEM)等手段研究证实了反应是在胶束中进行的,并详细地研究了在手性胶束中配体结构,金属类型,反应温度,溶剂,底物和催化剂浓度,以及外加表面活性剂等因素对反应的影响。不管是脂肪酮还是芳香酮不对称还原手性胶束都表现出了明显的胶束促进效应。而胶束效应对脂肪酮影响大于芳香酮,主要是在手性胶束中脂肪酮能产生疏水作用。通过产物构型的确定我们认为在手性胶束脂肪酮是过烷基和催化剂Cp*相互排斥起到了立体控制作用,在胶束中底物长链和催化剂长链存在的疏水作用是实现高对映选择性的关键;而芳香酮是通过催化剂和底物CH-π相互作用来控制立体化学的。这种金属催化中心与胶束疏水中心的协同作用表现出明显的仿酶功能,因而建立一个新型的仿酶催化例子,为手性胶束中的不对称催化反应开辟了新的研究领域。