２００７年第２７卷 第ｌ２期，１４９１～１５０１ 有机化学 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ＶＯ１．２７．２００７ ＮＯ．１２．１４９ｌ～ｌ５０１
综述与进展
手性（硫）脲衍生物在不对称有机催化反应中的应用
吴秋华 高勇军 李 芝 王俊敏 王 春木
马晶军 宋双居
（河北农业大学理学院河北省生物无机化学重点实验室保定０７１００１）
摘要手性（硫）脲衍生物是各种亲核试剂对亚胺、醛、缺电子烯烃加成反应的非常有效的有机催化剂之一，已成功应用 于对映选择性催化Ｓｔｒｅｃｋｅｒ反应、Ｍｉｃｈａｅｌ加成反应、Ｍａｎｎｉｃｈ反应、Ｂａｙｌｉｓ—Ｈｉｌｌｍａｎ反应、Ｈｅｎｒｙ反应等一系列重要的 有机合成反应．手性（硫）脲衍生物具有催化活性高、对映选择性和功能基相容性好、易于制备和修饰、适用范围广等优 点，成为近年来研究较多的不对称反应有机催化剂．对手性（硫）脲衍生物在有机催化不对称合成中的应用研究进展进
行了评述． 关键词有机催化不对称合成；对映选择性；手性脲与硫脲
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｒａｌ（Ｔｈｉｏ）ｕｒｅａ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｉｎ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ
ＯｒｇａｎＯＣａｔａＩｙＳｉＳ
ＷＵ，Ｑｉｕ—Ｈｕａ ＧＡＯ，Ｙｏｎｇ—Ｊｕｎ ＬＩ，Ｚｈｉ ＷＡＮＧ Ｊｕｎ—Ｍｉｎ ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎ
ＭＡ，Ｊｉｎｇ—Ｊｕｎ ＳＯＮＧ；Ｓｈｕａｎｇ—Ｊｕ
（Ｈｅｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＢｉｏｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＨｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｈｉｒａｌ（ｔｈｉｏ）ｕｒｅａ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｒｇａｎｏｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅｐｈｉｌｉｃ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅａｃ—
２００３年第２３卷有机化学 Ｖｄ２３， ２（Ｙ０３Ｎｕ． １０， １０７６－ １０８４第１０期。１０７６一１０８４Ｃｈｉ－ Ｊ－ｌＪＯ ｇｅｎｉ几Ｃｈｅｍｉ－
・综述与进展・
Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ反应在不对称合成中的研究进展
丁娅
（中国药科大学张灿
新药研究中心华维一”
南京２１０００９）
摘要狄尔斯一阿尔德（ＤＡ）反应自被发现以来，在有机化学中占有重要地位．对近年来ＤＡ反应中不对称合成催化剂（尤
其是手性Ｉｃｗｉ；酸化合物）、手性助剂和手胜双烯三个主要方面的研究进展进行了讨论．要铃词ＤＡ反商．不对称合成催化门ｓｗ；ｓ酸，手性助剂，手性双烯
Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ＤＩＮＧ， Ｙａ ＺＨＡＮＧ， Ｃａｎ ＨＵＡ， Ｗｅｉ－Ｙｉ－
Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ，ｖ－ Ｄｒｕｇ Ｒｅｓｅａｒｅｈ ， Ｃｈｉｎａ Ｐｌ－＂ｕｅａｌ Ｕｎｉｃｅｒｓｉｔｙ， Ａ＇ａｒｇｉｕｇ ２１０（Ｘ１９
Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ （ＤＡ）ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅｈｉｇｈｌｉｇｈｔｓ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ． Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ
ＤＡ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｃｈｉｒａｌ Ｌｅｗｉｓ ａｃｉｄ
ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ， ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｃｈｉｒａｌ ａｕｘｉｌｉａｒｉｅｓ ａｎｄ ｃｈｉｒａｌ ｄｉｅｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ ｒｅａｃｔｉｏｎ， ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃａｔａｌｙｓｉｓ， Ｌｅｗｉｓ ａｃｉｄ， ｃｈｉｒａｌ ａｕｘｉｌｉａｒｙ， ｃｈｉｒａｌ ｄｉｅｎｅ
1 绿色化学综述 在世纪之交，世界化学和化工学科的发展方向发生了重大的革命性的变革，其标志就是“绿色化学”概念的提出。进入21世纪，人类面临着严峻的资源、能源和环境危机的挑战。世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《2000年地球生态报告》显示： 按目前的资源消耗速度，地球的资源会在2075年耗尽， 全球的生态系统正在向危险的临界值接近，环境恶化导致的自然灾害造成了近10年中6080亿美元的经济损失。中国的资源环境问题更是不容乐观，主要资源的拥有量与人口数量不匹配。 环境污染问题十分严重：一级标准城市只占600多个城市中的不到1％； 水污染严重，流行病的80％是由于水污染传播；固体废弃物以每年10％速度增长，存储量已达6.49亿吨，占地5.17万顷。国家中长期科学与技术发展规划指出：改善生态与环境是事关经济社会可持续发展和人民生活质量提高的重大问题。我国环境污染严重；生态系统退化加剧；污染物无害化处理能力低；全球环境问题已成为国际社会关注的焦点，亟待提高我国参与全球环境变化合作能力。在要求整体环境状况有所好转的前提下实现经济的持续快速增长，对环境科技创新提出重大战略需求。环境问题与化学化工传统的化学工业对环境污染十分严重:化学工业排放的废水、废气和固体废物分别占全国工业排放总量的22.5％、7.82％和5.93％。 化学与化工技术是环境污染治理的最基本、最关键技术。绿色化学与化工：从化学反应的根本上减少污染。美国化学会2003年9月在纽约召开了“绿色化学：应用于解决全球环境问题的多学科的科学和工程” 专题会议(Green Chemistry：Multidisciplinary Science and Engineering Applied to Global Environmental Issues)。美国化学会主席Elsa Reichmanis指出：能源、气候变化、人类健康和生物多样性相互深层次地交织在一起，而且与重大的经济、政治和社会问题相关联。美国化学会深信化学和化学工程能创新性地提供解决这些问题的答案，这些答案需要化学与工程采取与以往不同的途径去获得。 绿色化学的内涵：绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，是21世纪化学工业可持续发展的科学基础，其目的是将现有化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”。绿色化学的理想一方面是实现反应的“原子经济性” ，要求原料中的每一原子进入产品，不产生任何废物和副产品，实现废物的“零排放”，并采用无毒无害的原料、催化剂和溶剂；另一方面是生产环境友好的绿色产品，不产生环境污染。 1984年美国环保局首先提出“废物最小化”，初步体现绿色化学的思想。而到1989年美国环保局提出“污染预防”— —绿色化学思想才初步形成，1990年美国联邦政府通过“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策之后，才第一次出现“绿色化学”这个词汇。尽管这个词出现至今已近l7年，但其含义，也即其定义却也在不断的发展和变化。刚出现时，它更多的是代表一种理念、一种愿望。但随着时间的流 2 逝，它本身在不断的发展变化中逐步趋于实际应用，且其发展与化工密切相关。绿色化学倡导人，原美国绿色化学研究所所长，现耶鲁大学教授P．Anastas教授在1992年提出的“绿色化学”定义是：“The design of chemical products and processes thatreduce or eliⅡuhate the use and generation ofhazardous substances．” 从这个定义上看绿色化学的基础应该是化学，而其应用和实施则更像是化工。实际上，绿色化学代表了化学和化工学科的共同发展趋势和目标之一，即无论是化学还是化工，不仅要面对社会发展对环境、健康和能源等方面日益严格的要求，而且还要面临来自其他新兴学科前所未有的挑战。而绿色化学在连接化学与化工中所起的桥梁作用就体现得越来越明显。绿色化学含义的这种变化不仅得到各国政府的高度关注，而且也使它所涉及的内容也越来越广，越来越丰富。从它现在代表的意思来看，还可用环境友好化学、可持续发展、清洁生产等词汇来描述。但是，绿色化学与环境化学、可持续发展、清洁生产、循环经济等词汇有密切的联系，但却不是等同的概念。比如，与其最接近的清洁生产的概念指的是：清洁技术、废物最小化、源控制、污染预防等。联合国环境规划署和环境规划中，(UNEPIE／PAC)在1989年提出清洁生产这一术语时指出：“清洁生产是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类与环境的风险”。而《中国2l世纪议程》中对清洁生产定义是：“清洁生产是指既可满足人们的需要，又可合理使用自然资源和能源，并保护环境的生产方法和措施。其实质是一种物料和能源消费最小的人类活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中”。 由此可见，清洁生产的概念不仅含有技术上的可行性，还包括经济上的可盈利性，体现了经济效益、环境效益和社会效益的统一。值得注意的是，清洁生产的概念还具有相对性，是与现行的技术和产品相比较而言的。随着经济发展与技术更新，清洁生产本身也在不断完善。而实际上，绿色化学是当今国际化学科研究的前沿，它吸收了当代化学、化工、环境、物理、生物、材料和信息等学科的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。它的研究内容涉及范围很广，下面仅扼要地提出其主要内涵。从科学的观点看，绿色化学是化学和化工科学基础内容的更新，是基于环境友好约束下化学和化工的融合和拓展；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它要求合理地利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。正因为如此，科学家们认为，“绿色化学”将是21世纪科学发展最重要的领域之一，是实现污染预防的基本和重要科学手段。绿色化学以利用可持续发展的方法，把降低维持人类生活水平及科技进步所需的化学产品与过程所使用与产生的有害物质作为努力的目标，因而与此相关的化学化工活动均属于绿色化学的范畴。受到来自社会、技术、经济、环境、政治等多方面的推动力，据Crystal Faraday协会在2004年提出的路线图中给出的8个技术领域?，即绿色产品设计、原料、反应、催化、溶剂、工艺改进、分离技术和实现技术。在此基础上，提出了绿色化工产品设计、原料绿色化及新型原料平台、新型反应技术、催化剂制备的绿色化和新型催化技术、溶剂的绿色化及绿色溶剂、新型反应器及过程强化与耦合技术、新型分离技术、绿色化工过程系统集成、计算化学与绿色化学化工结合等9个方面绿色化学和化工的发展趋势。 1992年6月，在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，通过了“21世 3 纪议程”，要求各国制定和组织实施可持续发展战略、计划和政策，迎接人类社会面临的共同挑战。随之，社会的可持续发展及其所涉及的生态、环境、资源、经济等方面的问题越来越成为国际社会关注的焦点，被提高到发展战略的高度，更为严厉的保护环境的法规不断出台，促使人们尤其是化工界把注意力集中到从本源上杜绝或减少废弃物的产品，即原始污染的预防而并非污染后的治理。 1995年3月16日，美国宣布“总统绿色化学挑战计划”，提出了“绿色化学”的概念。环境友好化学、洁净化学、原子经济性、绿色技术等一系列新的名词也相继出现。根据P.T.Anastas等的定义，绿色化学就是根用化学的技术和方法，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。原子经济性概念首先由美国著名有机化学习B.M.Trost提出，即高效的化学合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中（如完全的加成反应：A+B→C），达到零排放。所谓绿色技术是指在绿色化学基础上发展起来的技术。显然，绿色化学的总体思路是从根本上消灭污染源，使得废物不再产生，不再有废物处理问题，因而绿色化学是一门从源上彻底阻止污染的化学。根据绿色化学或原子经济性的概念，过去发明的许多有关化工“三废”治理的方法均不属于绿色化学之列，因为这些方法对污染是终端控制而不是始端预防。另外，运用改进管理的方法实现了环境污染的预防，因其手段不是化学和化学工程，也不属于绿色化学范畴。绿色化学将给化学工业和环境工程带来革命性的变化，是21世纪化学和化工学科的学科前沿和研究重点，是化学家在21世纪重新的首要领域，成为21世纪可持续发展战略的重要支撑。 绿色化学研究的内容绿色化学研究的内容包括一般化工程的4个基本要素，即目标分子（最资产品）、原材料（起始物）和转化反应的试剂、反应方式和反应条件。评价一个化工过程是否符合绿色化学的要求，需要将这4个要素联系起来，全盘考虑。 目标分子的结构设计或重新探索对人类健康和生存环境更安全的目标物质绿色化学关键，它是利用化学构效关系和分子改性以达到效能和毒性之间的最佳平衡。为此，不仅要重视新化合物的设计，同时还要求对现有的多种化工产品重新评价和设计。例如，联苯胺是很好的染料的中间体，但有极强的致癌性，已被很多国家禁用，对其分子结构加以改造，变为2，2一二乙基联苯胺后，既保持了染料的功能，又消除了致癌性。原材料和试剂开发和应用对人和环境无毒、无危险性的原材料和转化反应的试剂是绿色化学的重要环节。化学反应方式许多专用化学品的合成往往涉及多步骤的分离反应，改变化学合成的方式无疑是绿色技术的重要组成部分。采用近年来发展起来的一釜多步串联反应和釜多组分反应就是一类绿色化学反应方式。反应条件从绿色化学的观点出发，改善反应条件应从改变溶剂和合理使用催化剂两方面着手。在传统的专用化学品合成中，使用的反应介质、分离和配方中使用的熔剂，绝大部分是挥发性的有机溶剂。这些有机溶剂在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成，有的会造成水源污染，严重破坏生态不境，限制这类溶剂的使用是绿色化学重要的研究方向。解决的办法有采用无溶剂化反应、以水为溶剂及以超临 4 界流体（SCF）为溶剂等。无溶剂化反应可在固态或液态（熔融状态或常态）进行，没有废弃物产生，甲基丙烯酸酯的本体聚合就不无溶剂的聚合的工业化过程的重要例子。 以水为溶剂的优点是，来源最为丰富、无毒、价廉、使用安全、不危害环境，但不能忽略可能产生大量污水的问题。用超临界流体作溶剂，特别是采用超临界二氧化碳流体作溶剂是目前最为活跃的研究课题。超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体状态，其密度接近于液体，而粘度接近气体，因而既具有常规液体态溶剂的溶解度，又具有很高的传质速度和很大的可压缩性。流体的密度、溶剂的溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。其中，超临界二氧化碳流体以其临界压力和温度适中、来源广泛、价廉无毒等优点而得到广泛应用。 最近，Burk等人以超临界二氧化碳流体为溶剂提高催化不对称氢化反应的对映选择性就是一种绿色化学合成的方式。采用各种形式的化学催化和生物催化是实现原子经济性反应的重要途径。应用催化方法还可实现普通方法不能进行的反应，缩短合成步骤。但是，许多传统的酸、碱催化剂会严重腐蚀设备，危害人身健康及社会安全，产生的废渣不废液给环境带来严重的污染（如无水三氯化铝催化剂在生产lt酰化产物的同时会带来3t对环境有害的酸性富铝废弃物和蒸气），所以，开发绿色催化剂或环境友好催化剂也是绿色化不研究的热点之一。 比较成功的例子是，在合成药物中间体对一氯二苯甲酮的傅氏酰化反应中，以E—virocatsEPZG取代传统的AL鄄CL3，催化剂用量减少到原来的1/10，废物HCL的排放量减少了3/4，而产率达到70%。水处理剂追求绿色化从可持续发展战略出发，根本绿色化学的概念，绿色化无疑是21世纪水处理剂发展的中心战略。水处理剂产品的绿色化，水处理剂生产用原材料和转化试剂的绿色化，水处理剂生产反应方式的绿色化，水处理剂生产反应条件的绿色化已经成为自然科学的学科前沿和重点研究开发方向。 当前最重的课题是目标分子水处理剂产品的绿色化，因为没有目标分子，就不可能有其生产过程。从绿色化学的概念出发，根据作者的实践和体会，水处理剂的绿色化可以从以下几方面入手。设计更安全的水处理剂绿色化学的概念正在重新塑造水处理技术和水处理化学品的发展方向。可生物降解，即物质可被微生物分解成简单的、环境所允许的形态，是限制化学物质在环境累积的一个重要机理。因此，当设计对环境更友好、对人身更安全的新型水处理剂时，可生物降解性应该首要考虑。 在这方面，突破传统思路是十分重要的，被誉为更新换代的绿色阻垢剂的聚天冬氨酸的研究开发值得借鉴。聚天冬氨酸是受动物代谢过程启发而于近年合成成功的一种生产高分子。 APWheeler和CSSikes在对碳酸钙有机体的研究中发现，从渗入牡蛎壳的蛋白母体得到的糖蛋白具有阻止无机或生物碳酸钙沉积的作用，是一种潜在的阻垢剂，
单原子催化剂 不对称配位
单原子催化剂是指催化剂中只含有一个金属原子的种类。它们通常具有高活性和选择性，因为金属原子的表面位点可提供更多的反应中心。
不对称配位是指在催化剂中，金属原子与配体之间存在不对称的键合方式。这种不对称的配位可以改变催化剂的电子结构和立体构型，进而影响催化剂的催化活性和选择性。
通过不对称配位，催化剂可以调控反应物分子的空间排布，促使特定的反应路径发生，并增强手性诱导效应。这对于许多有机合成反应、不对称催化和药物合成等领域具有重要意义。
由于不对称配位的存在，使得单原子催化剂能够在不对称催化反应中展现优异的催化性能。通过精确控制金属原子与配体之间的配位方式，可以实现高度选择性的催化转化，从而有效提高反应的产率和产物纯度。
不对称配位的研究对于开发新型的不对称催化剂以及理解催化反应机理具有重要意义。通过合理设计和调控金属原子与配体之间的配位方式，可以提高催化剂的效率和选择性，为有机合成领域的绿色化学和可持续发展做出贡献。
