不对称催化氢化—有机反应机理系列32

2001年诺贝尔化学奖就授予了美国的W. S. Knowles、B.Sharpless和日本的Ryoji Noyori，以表彰他们在手性催化氢化反应和手性催化氧化反应研究领域作出的重大贡献。下面我们就来介绍一下不对称催化氢化的反应机理。

 

1 简介 

不对称催化氢化的概念最早由日本科学家Ryoji Noyori（野依良治）提出，因此该反应又叫Noyori asymmetric hydrogenation。1987年，Noyori首次用BINAP-Ru卤化物和羧酸盐作为催化剂实现了酮的催化不对称氢化（Journal of the American Chemical Society, 109: 5856, doi: 10.1021/ja00253a051）。该类催化剂优先还原酮和醛，而烯烃和许多其他取代基不受影响。一般情况催化剂的催化效率都极其之高，某些底物的情况催化循环数（TON）甚至能达到百万次。底物适应范围广，用氢气做还原剂更环保，加上高能量利用率低能耗，在工业生产中广泛应用。

 

2 反应机理

首先钌手性催化剂活化氢气形成钌氢化物，其与底物结合形成非对映异位的中间体（产生手性的基本条件），从而实现Noyori不对称转移氢化反应。

 

Ru催化氢转移不对称催化与Ru催化不对称氢化反应机理类似。区别在于Ru-H的氢源来自于异丙醇。其中Ru不对称双氮配位催化剂的中间态的N-H对底物的固定起到重要的作用。

3 应用

Noyori不对称催化氢化已应用于许多精细化学品的商业合成。如(R)-1,2-丙二醇是左氧氟沙星抗菌素的前体，可以使用Noyori不对称氢化从羟基丙酮高效合成。

(2S,3R)-2-苯甲酰胺基甲基-3-羟基丁酸甲酯是制备抗生素碳青霉烯的重要原料。传统制备工艺中，它是由2-苯甲酰胺基甲基-3-羟基丁酸甲酯的外消旋体通过动态动力学拆分获得的。而通过Noyori不对称氢化反应，我们可以一步还原直接合成高选择性的立体异构体，避免了动力学拆分的步骤，有效提高了合成效率。