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1980年，T.S.R. Noyori及其團(tuán)隊報道了在 BINAP-Rh絡(luò)合物催化下α-(酰基胺基)烯丙酸（酯）進(jìn)行不對稱氫化高對映選擇性得到相應(yīng)的氨基酸衍生物。然而，這類Rh催化劑只能用于合成氨基酸，氫化速率非常慢，對于每個底物如果要實現(xiàn)高對映選擇性，都要仔細(xì)篩選條件。幾年后，他們制備了BINAP-Ru(II)二羧酸絡(luò)合物，用于不對稱還原各類烯烴。[RuX2(BINAP)]類催化劑可以用于催化官能團(tuán)化的酮的不對稱還原，其中C=O官能團(tuán)附近的氮、氧和鹵素原子的配位直接影響了反應(yīng)活性和產(chǎn)物的立體選擇性。在BINAP-Ru(II)類絡(luò)合物催化下，利用氫氣對官能團(tuán)化的烯烴和酮進(jìn)行不對稱氫化還原的反應(yīng)被稱為 Noyori不對稱氫化反應(yīng) 。

野依良治（R. Noyori）氫化催化劑是指手性雙膦配體BINAP與金屬釕（Ru）配位形成的手性絡(luò)合物。此類催化劑可以還原脫氫氨基酸、烯胺、不飽和羧酸、酮酸酯和簡單酮等化合物。野依良治因?qū)Σ粚ΨQ氫化反應(yīng)的貢獻(xiàn)與夏普萊斯共享了2001年諾貝爾化學(xué)獎。Noyori等人發(fā)展的[Ru（II）-(BINAP)]類催化劑可根據(jù)陰離子的不同主要分為：[Ru(OAC)2(BINAP)]、[RuX2(BINAP)]（或[Ru(arene)(BINAP)]X; X=Cl、Br或I）和[RuCl2(BINAP)(diamine)]。這三種催化劑前兩種的穩(wěn)定性較差，要保存在惰性氣體氛圍中，第三種穩(wěn)定性較好。

反應(yīng)特點：一、BINAP是一種C2-軸對稱構(gòu)象的雙膦配體，有兩種對映體形式；二、BINAP-Ru(II)絡(luò)合物催化劑容易制備，催化劑用量??；三、α,β-不飽和或β,γ-不飽和羧酸的還原反應(yīng)通常以醇為溶劑，對映選擇性的程度和底物的取代形式和氫化壓力有關(guān)；四、烯丙醇或高烯丙醇的氫化具有高對映選擇性；五、官能團(tuán)化的酮的氫化還原產(chǎn)物的手性是可預(yù)測的，而底物中原來就存在的手性中心會明顯影響結(jié)果；六、1,3-二酮通過先得到手性β-羥基酮的雙氫化還原，可以生成幾乎100% ee值的反式1,3-二醇；七、β-酮酯是非常好的不對稱氫化底物；八、具有結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定α-手性中心的外消旋β-酮酯可以在堿的存在下通過構(gòu)型的原位反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為具有高選擇性的單一立體異構(gòu)體(動態(tài)動力學(xué)拆分)。

一、[RuOAc2(BINAP)]催化劑

[RuOAc2(BINAP)]催化劑在烯酰胺、不飽和羧酸和異丙醇等的不對稱氫化中表現(xiàn)出極高的手性誘導(dǎo)能力和催化活性。

催化循環(huán)

反應(yīng)實例

【J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 7117】

【J. Org. Chem.1987, 52, 3174】

【J. Am. Chem. Soc.1987, 109, 1596-1598】

【Tetrahedron 2007, 63, 2712-2723】

【J. Org. Chem. 2013, 78,5768–5774】

二、[RuX2(BINAP)]類催化劑

在β-酮酸酯氫化反應(yīng)中，[Ru(OAC)2(BINAP)]幾乎是無效的，而含有鹵離子的[RuX2(BINAP)]類催化劑對該底物的催化卻非常有效。另外對α-位羥基、烷基，二烷基胺基、鹵素等官能團(tuán)的酮類底物同樣表現(xiàn)出了很好的催化活性和對映選擇性。此類羰基化合物的不對稱還原中，氫氣壓力一般要求在50-100atm范圍內(nèi)，甲醇或乙醇作為溶劑，催化劑的轉(zhuǎn)化數(shù)（底物與催化劑的物質(zhì)的量之比）可達(dá)到2000以上，對β-酮酸酯的氫化，產(chǎn)物ee值在98%以上，其他底物的ee值也在92%以上。

反應(yīng)機(jī)理

[RuX2(BINAP)]先在氫氣作用下形成單氫釕配合物，才參與到催化循環(huán)中。產(chǎn)物的對映選擇性在于，羰基在氫離子活化后，負(fù)氫在羰基碳的Si-面還是Re-面。

反應(yīng)實例

【J. Am. Chem. Soc., 1987, 109 (19), pp 5856–5858】

【J. Am. Chem. Soc., 1988, 110 (2), pp 629–631】

【Tetrahedron Lett. 1988, 29, 1555】

【J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 9134】

【J. Am. Chem. Soc.1997, 119, 22-26】

【Org. Lett. 2002, 4, 3719-3722】

【Tetrahedron Lett.1997, 38, 849-852】

【Tetrahedron: Asymmetry 2008, 19, 2620-2631】

三、[RuCl2(BINAP)(diamine)]催化劑

[RuCl2(BINAP)(diamine)]催化劑的制備一般分為兩步：首先BINAP與[RuCl2(benzene)]2在DMF溶液中配位，然后在加入手性雙胺（diamine）得到相應(yīng)的催化劑。此催化劑是Noyori在1995年發(fā)現(xiàn)的一種新型催化劑，它對簡單酮化合物的不對稱氫化非常有效。它在苯乙酮的氫化中，轉(zhuǎn)化數(shù)（底物與催化劑的物質(zhì)的量之比）可達(dá)到2400000。在堿（如叔丁醇鉀）存在下，以異丙醇為溶劑，各種芳酮、雜環(huán)芳酮、不飽和酮等均可以被高效、高對映選擇性地氫化，產(chǎn)物的ee值高達(dá)99%。

BINAP與手性胺必須構(gòu)型匹配：BINAP類配體中，磷原子所連苯基上有3,5-二甲基取代時（Xyl-BINAP），手性誘導(dǎo)效果最佳。手性二胺配體主要是環(huán)己二胺（DACH），1,2-二苯基乙二胺（DPEN）和1,1-二（4-甲氧基苯）-2-異丙基-1,2-乙二胺（DaiPEN）。(R)-Xyl-BINAP與(R)-DaiPEN或者(S)-Xyl-BINAP與(S)-DaiPEN組合的催化劑的效果最佳。

此類催化劑的反應(yīng)中通常要加入強(qiáng)堿，因此不能用于對堿敏感的酮的氫化。但最近Noyori發(fā)展了一類不需要加堿的手性釕-雙膦雙胺催化劑[RuH(BH4)(BINAP)(diamine)]。該催化劑可以在中性條件下實現(xiàn)簡單酮的不對稱氫化，但反應(yīng)速度較慢。

反應(yīng)機(jī)理

產(chǎn)物的構(gòu)型和對映選擇性由雙氫配位化合物J將氫通過六元過渡態(tài)L轉(zhuǎn)移到酮羰基這一過程決定的。該反應(yīng)中異丙醇(IPA)作為還原劑，可以使得該反應(yīng)在室溫進(jìn)行，十分簡便。另外除了IPA-KOH的組合外，HCO2H-Et3N也經(jīng)常作為還原劑組合使用。

反應(yīng)實例

【J. Am. Chem. Soc., 1995, 117 (9), pp 2675–2676】

【Eur. J. Org. Chem. 1999, 2315-2321】

【Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40,40-73】

Air present in a 1-L stainless steel autoclave1,2 equipped with a mechanical stirring blade, a pressure gauge, and a gas inlet tube attached to a hydrogen source was replaced by argon.3 Acetophenone (3) (102.1 g, 0.85 mol)4 in 2-propanol (160 mL)5 which had been degassed by three freeze–thaw cycles and trans-RuH(η1-BH4)[(S)-xylbinap][(S,S)-dpen] [(S,SS)-2] (9.0 mg, 0.0085 mmol) in benzene (3 mL) were added under a stream of argon by cannula to the autoclave which had been heated at 45 °C.6 Air present in the gas inlet tube was removed by flushing with a stream of hydrogen.7 The vessel was pressurized to 8 atm and then the reaction mixture was vigorously stirred at 45 °C6 for 7 h. After cooling to room temperature, the hydrogen gas was carefully vented. The yield and enantiomeric excess (ee) of (R)-1-phenylethanol were determined by GC analysis to be 100 and 99%, respectively.

【J. Am. Chem. Soc., 2002, 124 (23), pp 6508–6509】

【J. Am. Chem. Soc., 2005, 127 (23), pp 8288–8289】

【Org. Synth. 2005, 82, 10】

參考資料

一、《有機(jī)人名反應(yīng)、試劑與規(guī)則》，黃培強(qiáng)等編，P254-260。

二、Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis, LászlóKürti and Barbara Czakó, Noyori asymmetric hydrogenation, page 316-317。

三、Name Reactions （A Collection of Detailed Reaction Mechanisms）, Jie Jack Li, Noyori asymmetric hydrogenation，page 440-442。