CN106660029A - 包含三齿pnp配体的铁(ii)催化剂、它们的合成和其用途 - Google Patents

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R·H·莫里斯
P·O·拉加迪蒂斯
J·索南伯格
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Abstract

本申请描述了用于氢化或不对称氢化的催化材料。具体而言，本申请描述了可用于催化氢化的包含三齿二膦PNP配体的铁(II)络合物。

Description

包含三齿PNP配体的铁(II)催化剂、它们的合成和其用途
发明领域
本申请关于用于氢化或不对称氢化的催化材料。更具体地，本申请涉及可用于催化氢化的包含三齿二膦PNP配体的铁(II)络合物。
引言
考虑到铂族金属的低丰度和毒性——其使它们对于一些应用是非期望的，催化氢化领域中的当前研究已经朝向研发不采用铂族金属的络合物转变[Catalysis withoutPrecious Metals；Bullock,R.M.,Ed.；Wiley-VCH.Hoboken,NJ,2010]。基于3d金属的多种催化剂已经显示可与贵金属基催化剂竞争用于不饱和键的不对称还原[Tondreau,A.M.；Darmon,J.M.；Wile,B.M.；Floyd,S.K.；Lobkovsky,E.；Chirik,P.J.Organometallics2009,28,3928-3940；Monfette,S.；Turner,Z.R.；Semproni,S.P.；Chirik,P.J.J.Am.Chem.Soc.2012,134,4561-4564；Sylvester,K.T.；Chirik,P.J.J.Am.Chem.Soc.2009,131,8772-8774；Wu,J.Y.；Stanzl,B.N.；Ritter,T.J.Am.Chem.Soc.2010,132,13214-13216；Dong,Z.R.；Li,Y.Y.；Yu,S.L.；Sun,G.S.；Gao,J.X.Chin.Chem.Lett.2012,23,533-536；Vasudevan,K.V.；Scott,B.L.；Hanson,S.K.Eur.J.Inorg.Chem.2012,4898-4906；Zhang,G.；Scott,B.L.；Hanson,S.K.Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,12102-12106；Harman,W.H.；Peters,J.C.J.Am.Chem.Soc.2012,134,5080-5082；Federsel,C.；Ziebart,C.；Jackstell,R.；Baumann,W.；Beller,M.Chem.Eur.J.2012,18,72-75；Werkmeister,S.；Fleischer,S.；Junge,K.；Beller,M.Chem.-Asian J.2012,7,2562-2568]。其它系统基于酶[Huisman,G.W.；Liang,J.；Krebber,A.Curr.Opin.Chem.Biol.2010,14,122-129；Savile,C.K.；Janey,J.M.；Mundorff,E.C.；Moore,J.C.；Tam,S.；Jarvis,W.R.；Colbeck,J.C.；Krebber,A.；Fleitz,F.J.；Brands,J.；Devine,P.N.；Huisman,G.W.；Hughes,G.J.Science 2010,329,305-309；Ringenberg,M.R.；Ward,T.R.Chem.Commun.2011,47,8470-8476；Matsuda,T.；Yamanaka,R.；Nakamura,K.Tetrahedron:Asymmetry2009,20,513-557]，或者无金属化合物也已经显示具有希望[Stephan,D.W.；Greenberg,S.；Graham,T.W.；Chase,P.；Hastie,J.J.；Geier,S.J.；Farrell,J.M.；Brown,C.C.；Heiden,Z.M.；Welch,G.C.；Ullrich,M.Inorg.Chem.2012,50,12338-12348；Rueping,M.；Dufour,J.；Schoepke,F.R.GreenChem.2011,13,1084-1105；Sumerin,V.；Chernichenko,K.；Nieger,M.；M.；Rieger,B.；Repo,T.Adv.Synth.Catal.2011,353,2093-2110；Farrell,J.M.；Hatnean,J.A.；Stephan,D.W.J.Am.Chem.Soc.2012,134,15728-15731；Farrell,J.M.；Heiden,Z.M.；Stephan,D.W.Organometallics 2011,30,4497-4500；Mahdi,T.；Heiden,Z.M.；Grimme,S.；Stephan,D.W.J.Am.Chem.Soc.2012,134,4088-4091；Reddy,J.S.；Xu,B.-H.；Mahdi,T.；R.；Kehr,G.；Stephan,D.W.；Erker,G.Organometallics 2012,31,5638-5649]。
近年来，已经研发了多种铁基氢化催化剂[Morris,R.H.Chem.Soc.Rev.2009,38,2282–2291；Junge,K.；Schroder,K.；Beller,M.Chem.Commun.2011,47,4849-4859；Darwish,M.；Wills,M.Catal.Sci.Technol.2012,2,243-255；Gopalaiah,K.Chem.Rev.2013,113,3248-3296；Le Bailly,B.A.F.；Thomas,S.P.RSC Adv.2012,1,1435-1445]。Morris等报道了具有5h-1的翻转频率(TOF)和27％(S)的对映体过量(ee)，在碱性条件下对乙酰苯的不对称氢化适度活性的铁络合物(图1的M1)。作者发现M1的单羰基衍生物是酮的良好的不对称转移氢化预催化剂[Sui-Seng,C.；Freutel,F.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,940-943]，并且稍后，Beller等证明了它还对活化亚胺起作用[Zhou,S.；Fleischer,S.；Junge,K.；Das,S.；Addis,D.；Beller,M.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,8121-8125]。
Morris等还研发了高度活性和对映选择性的铁(II)催化剂[Fe(P-N-N-P)(CO)(Br)][BPh4]，其中P-N-N-P是四齿配体(S,S)-Ph2PCH2CHNC(H)PhC(H)PhNCHCH2PPh2，其通过以铁(II)作为模板缩合(S,S)-二胺与膦醛形成[Mikhailine,A.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2009,131,1394–1395；Mikhailine,A.A.；Morris,R.H.Inorg.Chem.2010,49,11039-11044]。Morris等通过用烷基或取代的苯基取代基取代磷上的苯基取代基来修饰配体以考察对催化性能的作用[Lagaditis,P.O.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Inorg.Chem.2010,49,10057-10066；Sues,P.E.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Organometallics 2011,30,4418-4431]；得到的预催化剂被碱(KOtBu)活化以形成双-烯酰氨基铁(II)络合物，其被异丙醇半还原(half reduce)[Lagaditis,P.O.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2011,133,9662-9665；Mikhailine,A.A.；Maishan,M.I.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2012,134,12266-12280]。预催化剂的酮还原被发现涉及双官能机制，其中配体直接地参与催化[Mikhailine,A.A.；Maishan,M.I.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2012,134,12266-12280；Prokopchuk,D.E.；Morris,R.H.Organometallics 2012,31,7375-7385]。所述催化剂对用异丙醇通过转移氢化还原前手性酮是高效的，其在室温下实现多至55,000h-1的TOF，98％的转化，和醇的一个对映体的90％以上的对映选择性(ee)[Mikhailine,A.A.；Maishan,M.I.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2012,134,12266-12280]。催化剂还对某些活性亚胺的转移氢化具有活性和对映选择性[Mikhailine,A.A.；Maishan,M.I.；Morris,R.H.Org.Lett.2012,14,4638-4641]。
Morris等确定在平衡过程时发生所述酮的转移氢化，有时导致产物外消旋。因此，寻找利用H2气的催化系统，从而能够不可逆的氢化底物，并且完全地转化为产物而没有产物的外消旋。
Kirchner等研发了Fe(P-N-P)(CO)X2络合物的合成，其中P-N-P是三齿2,6-(PiPr2NH)2C5H3N配体，并且X是Cl或Br[Benito-Garagorri,D.；Alves,L.G.；Puchberger,M.；Mereiter,K.；Veiros,L.F.；Calhorda,M.J.；Carvalho,M.D.；Ferreira,L.P.；Godinho,M.；Kirchner,K.Organometallics 2009,28,6902-6914；Benito-Garagorri,D.；Puchberger,M.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,9142-9145]。作者发现当X是Cl时，顺式异构体在无溶剂条件下形成，同时反式异构体在溶液中形成；然而，当X是Br时，总是获得顺式和反式异构体的混合物。Kirchner等还报道了经由使用卤化物提取剂(abstractor)(比如AgBF4)从顺-和反-Fe(P-N-P)(CO)(Br)2异构体的混合物选择性地合成反-[Fe(P-N-P)(CO)2(Br)][BF4]络合物[Benito-Garagorri,D.；Alves,L.G.；Veiros,L.F.；Standfest-Hauser,C.M.；Tanaka,S.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Organometallics2010,29,4932-4942]。
Milstein等的工作证明了包括非手性P-N-P配体的铁(II)络合物可以是有效的氢化催化剂。图1中显示的作者的铁(II)络合物Fe{2,6-(PiPr2CH2)2C5H3N}(H)(CO)(Br)(M2)[Langer,R.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2120-2124]和Fe{2,6-PiPr2CH2)2C5H3N}(H)(CO)(HBH3)(M3)[Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.Eur.J.2012,18,7196-7209]发现对在4.1atm H2下催化氢化酮具有活性。对于M2，乙酰苯氢化获得了多至1720的转换数(TON)，以及40℃下大约430h-1的TOF；并且对于M3，获得了多至1980的TON以及40℃下300h-1的TOF。后者络合物不需要被碱活化。使用实验和DFT方法的机理研究推断催化剂被Milstein证实的P-N-P配体的芳香化-脱芳构化操作，其先前已经被证明在Ru类似物的情况下发生[Yang,X.Inorg.Chem.2011,50,12836-12843；Gunanathan,C.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Science 2007,317,790-792；Gunanathan,C.；Milstein,D.Acc.Chem.Res.2011,44,588-602]。
Casey等发现的Fe(II)络合物在温和条件下使用H2气经由双官能机制催化酮氢化[H.-J.；Heber,J.Synlett 1993,1993,924-926；H.-J.；Heber,J.；Mahler,C.H.Synlett 1992,1992,1002-1004；Casey,C.P.；Guan,H.J.Am.Chem.Soc.2007,129,5816-5817；Casey,C.P.；Guan,H.J.Am.Chem.Soc.2009,131,2499-2507]。Berkessel等通过用手性亚磷酰胺配体替换CO配体合成了的络合物的手性类似物(B1，图1)[Berkessel,A.；Reichau,S.；von derA.；Leconte,N.；J.-M.Organometallics 2011,30,3880-3887]，而Beller等添加了手性磷酸作为助催化剂(B2，图1)[Zhou,S.；Fleischer,S.；Junge,K.；Beller,M.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,5120-5124；Fleischer,S.；Werkmeister,S.；Zhou,S.；Junge,K.；Beller,M.Chem.Eur.J.2012,18,9005-9010]。Berkessel系统在25℃下在10atmH2下用UV辐照氢化乙酰苯，24h中9次转换以30％ee给出1-苯乙醇；Beller系统在65℃下在50atm H2下以多至96％ee产生手性胺，在24h中基于铁的转换为16。
出于以下目的提供上面的信息：使申请人认为已知的信息可能关联于本发明。不必然预期也不应当解释为承认任何在前的信息构成本发明的现有技术。
发明内容
本发明的目标是提供对氢化或不对称氢化有用的催化络合物。本发明的另一个目标是提供对酮、醛和亚胺的催化氢化或不对称氢化有用的包含三齿磷-氮-磷(P-N-P)配体的铁(II)络合物。
根据本申请的一个方面，提供了式(I)的络合物
其中：
虚线指示键可以存在或可以不存在；
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H、AlH3、AlH5或不存在；
每个L1独立地是H、BH4、AlH4、卤根(halide)、CO、N-杂环碳烯、OR12、或NCR13，其中R12和R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代；或L1中的一个可以不存在；
当R7是AlH3或AlH5时，H中的至少一个可以与Fe桥联以与它们连接至的原子一起形成环；
n是0、+1或-1，其中，当n是+1时，络合物进一步包括至少一个非配位阴离子Y；并且，当n是-1时，络合物进一步包括至少一个非配位阳离子Z；以便络合物的总电荷是0；
条件是，当氮单键连接(singly bound)至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，一个L1是CO，并且另两个L1是Br、或Br和H、或BH4和H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基；并且
条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，R7不存在，一个L1不存在，L1中的一个是CO，并且L1中的一个是H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基。
在式(I)的络合物的一个实施方式中，条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，一个L1是CO，并且另两个L1是Br、或Br和H、或BH4和H时，R1和R2取代基不能都是环己基。在式(I)的络合物的另一个实施方式中，条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，R7不存在，一个L1不存在，L1中的一个是CO，并且L1中的一个是H时，R1和R2取代基不能都是环己基。
根据一个实施方式，提供了具有式(Ia)的结构的络合物：
根据另一个实施方式，提供了具有式(Ib)或(Ic)的结构的络合物：
根据另一个实施方式，提供了具有式(Id)的结构的络合物：
其中X是卤根。
根据另一个实施方式，提供了具有式(Ie)或(If)的结构的络合物：
根据另一个实施方式，提供了具有式(Ig)或(Ih)的结构的络合物：
根据另一个实施方式，提供了具有式(Ii)的结构的络合物：
根据另一个实施方式，提供了一种络合物，其中每个R1独立地是C1-C8烷基或C3-C8环烷基；或可选地C1-C4烷基或C3-C6环烷基；并且每个R2独立地是芳基、或杂芳基。在另一个实施方式中，两个R1取代基均是异丙基或环己基；并且两个R2取代基均是苯基。
根据另一个实施方式，提供了一种络合物，其中R3和R6每个独立地是H、C1-C8烷基、芳基、或杂芳基；或可选地H、C1-C4烷基、芳基、或杂芳基；并且R4、R5、R8、R10和R11中的每个是H。在一个实施方式中，R3和R6每个独立地是H、甲基、或苯基。
根据另一个实施方式，提供了一种络合物，其中R12是C1-C8烷基、C2-C8链烯基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基；或可选地，R12是C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C3-C6环烷基、芳基、或杂芳基。在一个实施方式中，R12是甲基、乙基、叔丁基、或叔戊基。
根据另一个实施方式，提供了一种络合物，其中非配位阳离子Z是碱金属阳离子，比如K+、Na+或Li+。
根据另一个实施方式，提供了一种络合物，其中非配位阴离子Y是强酸的共轭碱，比如卤化物、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、NO3 -、ClO4 -、CF3COO-、R14SO3 -、CF3SO3 -、C6H5SO3 -、p-CH3C6H4SO3 -、磷酸盐、TRISPHAT(△-或Λ-P(OC6Cl4O)3 -)、碳硼烷、B(R14)4 -或Al(R14)4 -，其每个可以被取代，其中每个R14独立地是任选地取代的C1-C6烷基、芳基、杂芳基、C6H3(CF3)2和C6F5、卤素、拟卤素、C1-C8醇盐、或芳醚。在一个实施方式中，Y是BF4 -。
根据另一个实施方式，提供了具有式(I)、(Ia)、(Ib)、(Ic)、(Id)、(Ie)或(If)的络合物，其中碳C1、C2或C3、或其任意组合是手性的，并且络合物是对映体富集的，或者是外消旋体。在另一个实施方式中，提供了手性络合物：
根据另一个方面，提供了用于制备络合物(I)和(Ia)-(If)中的任一个的方法，包括在存在铁(II)化合物、CO气氛、和强碱的情况下，使式(II)的膦-醛前体与式(III)的膦-胺反应以形成式(Ie)的络合物，或形成式(Ie)和式(If)的络合物的混合物，
其中R1、R8、R10和R11如上所限定，
其中R2、R3、R4、R5和R6如上所限定，
其中X是卤根，并且
L1是CO；
式(Ie)的络合物，或式(Ie)和式(If)的络合物的混合物在存在银盐和CO气氛的情况下进一步反应，以形成式(Id)的络合物
其在存在还原剂的情况下进一步反应以形成式(Ib)和/或(Ic)的络合物
其中R9是H，
其与过量的伯醇、仲醇或叔醇进一步反应，以形成式(Ia)的络合物
其中R7和R12如上所限定。
根据另一个实施方式，提供了一种方法，其中式(III)的膦-胺的碳C1和/或C2是手性的；和/或式(II)的膦-醛前体的碳C3是手性的；并且，它们是其一部分的化合物是对映体富集的，或者是外消旋体。
根据另一个实施方式，提供了一种方法，其中铁(II)化合物是铁(II)盐；或铁(II)络合物。在另一个实施方式中，铁(II)盐是FeBr2或FeCl2；或铁(II)络合物是Fe(CO)4Br2，其中Fe(CO)4Br2另外在存在UV辐射的情况下反应以帮助形成式(Ie)的络合物；或形成式(Ie)和式(If)的络合物的混合物。
根据另一个实施方式，提供了一种方法，其中强碱是KOtBu，银盐是AgBF4，还原剂是LiAlH4或NaAlH4，并且醇是MeOH、EtOH、tBuOH或tAmylOH。
根据另一个方面，提供了用于制备络合物(Ig)-(Ih)中的任一个的方法，包括在存在碱和H2气氛的情况下，使式(Ia)的络合物反应以形成式(Ig)的络合物和/或式(Ih)的络合物，
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12和L1如上所限定，
根据另一个实施方式，提供了一种方法，其中式(Ia)、(Ig)或(Ih)的络合物的碳C1、C2或C3、或其任意组合是手性的，并且络合物是对映体富集的，或者是外消旋体。
根据另一个实施方式，提供了一种方法，其中碱是KOtBu、NaOtBu、Ph-CH(OK)CH3或NaOMe。
根据另一个方面，提供了通过本文所述的方法制备的本文所述的络合物中的任一个用作氢化预催化剂或氢化催化剂以氢化底物的用途，其中底物是酮、醛或亚胺。
根据另一个实施方式，提供了一种用途，其中氢化预催化剂或氢化催化剂是手性的，并且氢化是不对称氢化。
根据另一个方面，提供了用于底物的氢化的方法，包括在适于氢化的条件下，在存在本文所述的络合物的情况下，使底物与氢源接触。
根据另一个实施方式，提供了用于氢化的方法，其中底物是酮、醛或亚胺，并且氢源是>0atm且小于<70atm的压力下的氢气。
表格和附图简述
为了更好地理解如本文所述的技术，及其其它方面和进一步的特征，参考连同附图和表格使用的下列描述，其中：
表1描述了通过与LiAlH4并且然后与醇反应活化后，由非手性络合物4a-b催化的乙酰苯的氢化；
表2描述了各种酮在使用衍生自(S,S)-4d的原位生成的催化剂的不对称氢化反应中的反应性；
表2a描述了使用原位生成的手性催化剂的乙酰苯的不对称氢化；和
表3描述了使用不同的泛函计算的对映决定(enantio-determining)步骤(EDS)过渡态能量。
图1描绘了用于酮(M1-3和B1)和亚胺(B2)氢化的活性铁催化剂；
图2描绘了铁络合物反-[Fe(P-CH＝N-P′)(CO)2(Br)][BF4]的模板合成；
图3描绘了反-Fe(Cy2PCH2CH＝NCH2CH2PPh2)(CO)(Br)2，2a的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)。为了清楚，移除Ph和Cy取代基的氢原子。选择的键长和键角(度)：Fe(1)-P(1):2.2680(9)；Fe(1)-P(2):2.2613(9)；Fe(1)-N(1):2.011(2)；Fe(1)-Br(1):2.4545(5)；N(1)-C(2):1.269(4)；N(1)-C(3):1.479(4):O(1)-C(5):1.138(4)；C(5)-Fe(1)-N(1):177.6(1)；P(2)-Fe(1)-P(1):167.75(3)；Br(1)-Fe(1)-Br(2):175.12(2)；
图4A描绘了反-Fe(Cy2PCH2CH＝NCH2CH2PPh2)(CO)(Br)2，2a的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)；
图4B描绘了4a的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)；
图4C描绘了4b的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)；
图4D描绘了顺-[Fe(P-N-P′)(CO)2(Br)]2[FeBr4](顺-4a)的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)。为了清楚，移除顺-[Fe(P-N-P′)(CO)2(Br)]2[FeBr4]的第二阳离子、FeBr4 2-阴离子、和Ph和Cy取代基的氢原子。选择的键长和键角(度)：Fe(1)-Br(1):2.444(2)；Fe(1)-P(1):2.281(3)；Fe(1)-N(1):2.030(7)；Fe(1)-C(5):1.77(1)；Fe(1)-C(6):1.82(1)；O(1)-C(5):1.13(1)；N(1)-C(3):1.29(1)；N(1)-C(2):1.40(1)；C(5)-Fe(1)-C(6):90.0(5)；P(2)-Fe(1)-P(1):164.1(1)；C(5)-Fe(1)-Br(1):176.4(3)；C(6)-Fe(1)-N(1):178.9(4)；
图5描绘了5a和6a的氢化物-氢化铝的1H NMR光谱(600MHz,THF-d8)。注意：单-氢化铁化合物在-11.46ppm(JHP＝64.1,71.9Hz)处是明显的；
图6描绘了6b的观察的和计算的氢化物共振。左：-11.18ppm(2JHP＝28,38Hz；线宽：9.00)处的氢化物共振。右：-11.57ppm(2JHP＝31,37Hz；线宽：7.50)处的氢化物共振。(使用Lorentzian分布从MestReC NMR处理软件(版本4.7.0.0)获得模拟)；
图7描绘了(S,S)-5d、6d和6d(第二非对映体)的1H和1H{31P}NMR光谱(600MHz,THF-d8)；
图8描绘了使用DFT计算的氢化物-氢化铝络合物FeH2(CO)(PH2CH2CH2N(AlH2)CH2CH2PH2)(化合物5)的结构。原子颜色：铁，紫色；磷，橙色；氮，蓝色；氧，红色；铝，粉色；碳，灰色；氢，白色。GAUSSIAN09/M06/6-31++G(d,p)/IEF-PCM(THF)；
图9A描绘了使用DFT计算的氢化物-氢化铝络合物Li[FeH2(CO)(PH2CH2CH2N(AlH3)CH2CH2PH2)](化合物6)的结构。原子颜色：铁，紫色；磷，橙色；氮，蓝色；氧，红色；铝，粉色；锂，品红色；碳，灰色；氢，白色。GAUSSIAN09/M06/6-31++G(d,p)/IEF-PCM(THF)；
图9B描绘了络合物9的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)，其中为了清楚，移除苯基和异丙基取代基的氢原子；
图10A描绘了(S,S)-7d的简化模型，其中用6-31G基组处理原子C、H、N、O和P；
图10B描绘了(S,S)-7d的五种可能的非对映体的相对能量。没有显示具有反式于CO的氢化物的第六个高能量非对映体D。结构F的键长：Fe-H＝1.55,Fe-C＝1.69,Fe-O＝1.99,Fe-N＝2.07,Fe-P(PPh2)＝2.23, 键角：H-Fe-C＝100.9°,H-Fe-P(PCy2)＝83.7°,H-Fe-P(PPh2)＝77.8°,H-Fe-N＝89.6°,O-Fe-C＝95.7°,O-Fe-P(PCy2)＝92.4°,O-Fe-P(PPh2)＝102.3°,O-Fe-N＝73.7°,Fe-N-H＝88.5°,Fe-O-H(N-H)＝75.2°,N-H-O＝119.7°,Fe-O-C＝126.5°,Fe-C-O＝173.7°,C-Fe-N＝169.4°,P(PPh2)-Fe-P(PCy2)＝158.9°,H-Fe-O＝163.2°；
图11描绘了络合物5c和6c的1H-31P HMBC光谱(600MHz,THF-d8)；
图12A描绘了具有相邻于N-H的反-(H)(OCH3)和OCH3的(S,S)-7d，F的最稳定的简化模型的Gaussian09M06/6-31++G(d,p)/(IEF-PCM)SMD(THF)结果；
图12B描绘了最稳定的异构体F——(S,S)-7d的简化结构——的GAUSSIAN09/M06/6-31++G(d,p)//IEF-PCM+SMD(THF)优化结构，以及选择的键长和键角(度)；
图13描绘了13a(S＝0)、13a(S＝1)、16a(S＝0)和16a(S＝1)的优化几何结构、吉布斯自由能和焓，其中氢化酰氨基络合物13a以其抗磁性形式相对更稳定，并且还原消除氢化物和酰胺的可能的Fe(0)产物Fe(CO)(P-NH-P')16a以高自旋态相对更稳定；
图14描绘了具有三齿P-N-P配体的先前已知的和本文所述的铁催化剂；
图15描绘了用LiAlH4和醇活化[Fe(PNP’)(CO)2Br][BF4]预催化剂；
图16描绘了具有静息态和过渡态的建议的催化循环，连同如通过DFT计算的相对自由能(和括号中的焓，以kcal/mol为单位)；与以黑体指示的不存在KOtBu的13a比较，7b和14a的相对能量；
图17描绘了在图16中显示的催化循环中的种类的选择的几何结构；为了清楚，省略一个磷上的苯基；
图18描绘了络合物11a的催化途径的自由能曲线；
图19描绘了使用(S,S)-11b——模型络合物A——的简化结构的催化途径的自由能曲线；
图20描绘了来自在图19中显示的催化循环的种类P、TSP,Q(382.85i cm-1)、Q、TSQ,R(1252.40i cm-1)、R、T、TST,U(333.00i cm-1)和U的优化几何结构，以及选择的键长和键角(度)，所述催化循环利用(S,S)-11b的简化结构，其中磷上的苯基替换为氢，主链上的苯基替换为甲基，并且磷上的异丙基替换为甲基；
图21描绘了THF中醇辅助的氢裂解的自由能(焓)曲线；
图22描绘了对映决定步骤(EDS)几何结构，上：图解相对键长的Gaussview模型，其中为了清楚，移除苯基和环己基取代基；下：空间填充形式的完整结构；左：S-异构体EDSS的形成；右：R-异构体EDSR的形成；和
图23图解了对映决定步骤(EDS)和相对基态的能量曲线，其中S-醇形成由‘---‘标记且R-醇形成由‘····’标记。
详述
除非另外限定，本文使用的全部技术和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。
如在说明书和权利要求书中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另外明确地规定。
如本文使用的，将理解术语“包括”意思是列举的下列事项是非排他性的，并且可以或可以不包括任何其它另外的合适的事项，例如，视情况而定，一个或多个进一步的特征(一种或多种)、组分(一种或多种)和/或成分(一种或多种)。
如本文使用的，“取代的”指的是具有一个或多个取代基的结构。取代基是可以认为已经替换连接至母体分子实体的一个或多个氢原子的原子或键合原子团。取代基的实例包括脂肪族基团、卤素、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基硫羰基、烷氧基、磷酸酯、膦氧基(phosphonato)、亚膦基(phosphinato)、氰基、叔氨基、叔酰氨基、叔酰胺、亚氨基、烷硫基、芳硫基、硫酸根(sulfonato)、氨磺酰、叔亚磺酰氨基、腈、三氟甲基、杂环基(heterocyclyl)、芳族和杂芳族部分、醚、酯、含硼部分、叔膦、和含硅部分。术语“任选地取代的”意思是未取代的或取代的。
如本文使用的，“烷基”指的是线型、支化或环状饱和或不饱和烃基团，其可以是未取代的或任选地被一个或多个取代基取代。饱和直链或支链烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基、2-甲基-1-丙基、2-甲基-2-丙基、1-戊基、2-戊基、3-戊基、2-甲基-1-丁基、3-甲基-1-丁基、2-甲基-3-丁基、2,2-二甲基-1-丙基、1-己基、2-己基、3-己基、2-甲基-1-戊基、3-甲基-1-戊基、4-甲基-1-戊基、2-甲基-2-戊基、3-甲基-2-戊基、4-甲基-2-戊基、2,2-二甲基-1-丁基、3,3-二甲基-1-丁基和2-乙基-1-丁基、1-庚基和1-辛基。如本文使用的，术语“烷基”包含环状烷基或环烷基。
如本文使用的，术语“环烷基”指的是包含至少3个碳原子的非芳族饱和单环、二环或三环烃环系统。C3-C12环烷基的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、降冰片基(norbornyl)、金刚烷基、二环[2.2.2]辛-2-烯基、和二环[2.2.2]辛基。
如本文使用的，术语“链烯基”指的是包含至少一个双键的直链、支链或环状烃基团，其可以是未取代的或任选地被一个或多个取代基取代。
如本文使用的，术语“烷氧基”——或者单独地或者与另一种自由基结合——指的是自由基-O-(C1-n)烷基，其中烷基包含一个或多个碳原子，并且包括例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、1-甲基乙氧基、丁氧基、环己氧基、和1,1-二甲基乙氧基。“醇盐”指的是承载负电荷的自由基–O-(C1-n)烷基。
如本文使用的，“芳基”指的是衍生自苯或苯衍生物的烃，其是6至100个碳原子的不饱和芳族碳环基团，其可以或可以不是稠环系统。在一些实施方式中，碳原子数是6至50，在其它实施方式中，碳原子数是6至25，并且在还在其它实施方式中，碳原子数是6至15。芳基可以具有单个环或多个环。如本文使用的，术语“芳基”还包括取代的芳基。实例包括但不限于苯基、萘基、二甲苯、1-或2-苯基乙基、取代的苯基、取代的萘基、取代的二甲苯、取代的4-乙基苯基等。
如本文使用的，术语“芳氧基”——或者单独地或者与另一种自由基结合——指的是自由基-O-芳基，其中芳基如上所限定。
如本文使用的，“杂芳基”指的是包括1至10——在其它实施方式中，1至4——个杂原子的芳基，所述杂原子选自氧、氮和硫，其可以是取代的或未取代的。术语“杂原子”指的是不是碳或氢的原子，比如氮、氧、硫或磷。
如本文使用的，“卤素”或“卤基(halo)”指的是F、Cl、Br或I。术语“卤根”指的是承载负电荷的卤素原子。
如本文使用的，“配位原子”指的是能够与金属原子配位、或形成共价配位键的具有孤电子对的原子。
如本文使用的，化学结构中的虚线意欲指示键可以存在或可以不存在。在其中用虚线显示两个相邻的键以指示双键的存在或不存在的情况下，仅一个键可以是双键。还应当注意，具有似乎如本文描述或显示的不满足的原子价水平的任何碳以及杂原子，或者由于任选的键不存在而假定具有足够数目的氢原子(一个或多个)以满足描述的或显示的原子价。
如本文使用的，术语“吸电子基团”指的是能够极化与碳原子的键的电负性基团。吸电子基团的一些实例是卤素、CF3、硝基、腈、羰基和取代的羰基。
术语“PNP”指的是配体中依次配位至催化剂的金属中心的原子。在描述的三齿配体中，配位原子是磷-氮-磷，因此是P-N-P。
如本文使用的，“催化剂”、“催化剂络合物”和“络合物”指的是铁(II)种类。在本文使用的这些术语指的是催化剂前体以及活性催化剂二者。这些种类可以是不带电荷的并且可以存在而不需要平衡离子，或可以是带正电荷的并且与一个或多个非配位阴离子(一种或多种)缔合以平衡电荷。
如本文使用的，术语“非配位平衡离子”指的是与带正电荷的催化剂缔合的带负电荷的离子；或与带负电荷的催化剂缔合的带正电荷的离子，以使催化剂络合物电荷平衡。非配位阴离子可以是强酸的任意共轭碱，并且非配位阳离子可以是碱金属。
如本文使用的，术语“配体”——缩写L——指的是与催化剂的铁中心配位的化学种类。配体是路易斯碱，例如，其可以是：碳供体比如一氧化碳、碳烯、氰化物或异氰化物(异腈)；氮供体，比如亚硝酰基、胺、亚胺、酰胺、N-杂环化合物、腈、二氮、或肼；磷供体，比如膦或亚磷酸盐；硼供体，比如甲硼烷基；氢供体，比如二氢、氢化物、硼氢化物、氢化铝或其它氢化物络合物；硅烷；硅供体，比如，甲硅烷基；氧供体，比如醇、醇盐、醚、酯、酰胺、羧化物、羧酸、氧化膦、亚砜或砜；硫供体，比如硫醇、亚砜、噻吩或硫醚，卤化物比如氯化物、溴化物或碘化物。
如本文使用的，术语“模板合成”是用于合成配体的方法，所述配体由在几何学上限定的位置——比如八面体或正方形平面——处配位至金属离子并且结合在一起的前体部分形成。金属离子充当用于形成此配体的模板。在相同的反应条件下，但是不存在金属模板，前体部分经常不反应，或反应但形成产物的混合物，其都不具有配体的结构。术语“模板配体”指的是经由“模板合成”合成的配体。
如本文使用的，术语“氢化”指的是由催化剂介导的气态二氢至具有不饱和基团——比如羰基或亚胺——的分子的移动。
如本文使用的，术语“不对称氢化”指的是由对映体或对映纯(enantiopure)的金属络合物催化的前手性分子——比如酮或亚胺——的氢化，以产生对映富集的产物，比如醇或胺。
概述
本文描述和公开了具有PNP配体的铁(II)络合物，其作为催化材料对醛、酮和/或亚胺的氢化、和/或不对称氢化是有用的。
本文描述了不对称氢化方法，其产生特定的对映体，实现了更经济、更高效、更安全、和更绿色的生成以所需的对映体富集的化合物的化学途径。
常规的氢化和不对称氢化催化剂利用铂族金属(PGM)比如Ru、Os、Rh、Ir、Pd和/或Pt[De Vries等,“Handbook of Homogeneous Hydrogenation”Wiley-VCH,volumes 1-3,2007]。PGM是昂贵的，并且因此增加最终产品的成本。此外，它们处于受限供应并且不总是容易获得。相比之下，铁是相对便宜、丰富和生物相容的。本文所述的包含三齿二膦PNP配体的铁(II)催化剂系统展示了醛、酮和/或亚胺的氢化中良好的活性，以及醛、酮和/或亚胺的不对称氢化中良好的活性和对映选择性。
络合物
本文描述了对氢化和/或不对称氢化有用的催化剂。具体地，描述的催化剂是包含三齿二膦(PNP)配体的铁(II)络合物。
如本文所述的络合物具有式(I)的一般结构
其中：
虚线指示键可以存在或可以不存在；
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H、AlH3、AlH5、或不存在；
每个L1独立地是H、BH4、AlH4、卤根、CO、N-杂环碳烯、OR12、或NCR13，其中R12和R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代；或L1中的一个可以是不存在的；
当R7是AlH3或AlH5时，H中的至少一个可以与Fe桥联以与它们连接至的原子一起形成环；
n是0、+1或-1，其中，当n是+1时，络合物进一步包括至少一个非配位阴离子Y；并且，当n是-1时，络合物进一步包括至少一个非配位阳离子Z；以便络合物的总电荷是0；
条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，一个L1是CO，并且另两个L1是Br、或Br和H、或BH4和H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基；并且
条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，R7是不存在的，一个L1是不存在的，L1中的一个是CO，并且L1中的一个是H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基。
当式(I)的络合物具有L1＝H和OR12时，络合物将具有式(Ia)的结构：
当式(I)的络合物具有R7＝AlH3或AlH5时，络合物将具有式(Ib)或(Ic)的结构：
当式(I)的络合物具有N处的亚胺且一个L1＝卤根(X)时，络合物将具有式(Id)的结构：
当式(I)的络合物具有亚胺N处的亚胺且两个L1＝卤根(X)时，络合物将具有式(Ie)或(If)的结构：
当式(I)的络合物具有两个L1＝H时，络合物将具有式(Ih)或(Ig)的结构：
当式(I)的络合物具有一个L1＝不存在的，并且一个L1＝H时，络合物将具有式(Ii)的结构：
本文所述的络合物可以任选地包括至少一个非配位阴离子或阳离子。非配位阴离子可以是强酸的任意共轭碱。阴离子的非限制性实例包括卤根、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、NO3 -、CF3COO-、R14SO3 -、CF3SO3 -、C6H5SO3 -、p-CH3C6H4SO3 -、磷酸盐、TRISPHAT(△-或Λ-P(OC6Cl4O)3 -)、碳硼烷、B(R14)4 -或Al(R14)4 -，其每个可以被取代，其中每个R14独立地是任选地取代的C1-C6烷基、芳基、杂芳基、C6H3(CF3)2和C6F5、卤素、拟卤素、C1-C8醇盐、或芳醚。在一个实施方式中，Y是BF4 -。非配位阳离子可以是任意碱金属离子。阳离子的非限制性实例包括K+、Na+、或Li+。
本文所述的络合物可以任选地包括手性碳，其中络合物是对映体富集的、或者是外消旋体。手性络合物的非限制性实例如下：
铁络合物的合成
先前报道的铁(II)络合物的多组分模板合成(专利申请US 12/609,955和PCT/CA2013-050405，其每个通过引用以其全部并入本文)在本文所述的络合物的合成中改进和实施。
因此，本文提供了用于制备本文所述的络合物(I)和(Ia)-(If)中的任一个的方法，该方法包括在存在铁(II)化合物、CO气氛、和强碱的情况下，使式(II)的膦-醛前体与式(III)膦-胺反应以形成式(Ie)的络合物，或形成式(Ie)和式(If)的络合物的混合物，
其中R1、R8、R10和R11如上所限定，
其中R2、R3、R4、R5和R6如上所限定，
其中X是卤根，并且
L1是CO；
式(Ie)的络合物，或式(Ie)和式(If)的络合物的混合物在存在银盐和CO气氛的情况下进一步反应，以形成式(Id)的络合物
其在存在还原剂的情况下进一步反应以形成式(Ib)和/或(Ic)的络合物
其中R9是H，
其与过量的伯醇、仲醇或叔醇进一步反应，以形成式(Ia)的络合物
本文所述的方法可以任选地涉及手性的式(III)的膦-胺、和/或式(II)的膦-醛前体，其中每个前体任选地是对映体富集的，或者是外消旋体。
在本文所述方法的一个实施方式中，铁源是铁(II)盐，比如FeBr2或FeCl2；或铁(II)络合物，比如Fe(CO)4Br2，其在存在UV辐射的情况下另外地反应以帮助形成式(Ie)的络合物；或形成式(Ie)和式(If)的络合物的混合物。在其它实施方式中，铁源可以是具有在普通有机溶剂中可溶的卤化物(一种或多种)或拟卤化物(一种或多种)的Fe(II)盐，其中卤化物或拟卤化物能够在络合物(I)(例如下面的络合物4a-4d)的制备中沉淀为不溶的银盐或钠盐。
在一个实施方式中，银盐是AgBF4，还原剂是LiAlH4或NaAlH4，并且醇是MeOH、EtOH、tBuOH或tAmylOH。
本文还提供了用于制备络合物(Ig)-(Ig)中的任一个的方法，该方法包括在存在碱和H2气氛的情况下，使式(Ia)的络合物反应以形成式(Ig)的络合物和/或式(Ih)的络合物，
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12和L1如上所限定，
在本文所述的方法的一个实施方式中，式(Ia)、(Ig)或(Ih)的络合物的碳C1、C2或C3、或其任意组合是手性的，并且络合物是对映体富集的，或者是外消旋体。在另一个实施方式中，碱是KOtBu、NaOtBu、Ph-CH(OK)CH3或NaOMe。
催化氢化方法
本文所述的铁(II)络合物对不饱和化学键比如，例如亚胺和羰基的催化氢化是有用的。这些络合物还对有效不对称氢化底物——比如酮和亚胺——以得到对映体或对映体富集的产物——比如醇和胺——是有用的。在一个实施方式中，活性铁(II)络合物已经显示能够将气态H2传递至羰基或亚胺极性键。
正因如此，本文描述了通过本文所述的方法制备的本文所述的络合物中的任一个用作氢化预催化剂或氢化催化剂以氢化底物——比如酮、醛或亚胺——的用途。
在此用途的一个实施方式中，络合物是手性的，并且氢化是不对称氢化。
本文所述的催化剂可以用于制备醇。亚胺基团可以被类似地氢化或不对称氢化以提供胺。可以理解，当使用对映纯的催化剂时，当反应物是前手性的时，这些有机反应的产物可以是对映体富集的。
本文所述的氢化反应的产物在制备商业最终产品——比如，例如，药物、农药、化妆品和营养药——的随后反应中可以是有用的。
正因如此，本文描述了用于底物的氢化的方法，包括在适于氢化的条件下，在存在本文所述的络合物中的任一个的情况下，使底物与氢源接触。
在此方法的一个实施方式中，底物是酮、醛或亚胺。在另一个实施方式中，氢源是>0atm且小于<70atm的压力下的氢气。
为了更好地理解本文所述的发明，陈述下列实施例。应当理解这些实施例仅出于说明性目的。因此，它们不应当以任何方式限制本发明的范围。
实施例
一般方法
涉及空气敏感材料的全部程序和操作使用Schlenk技术或具有N2(g)的手套箱(glove-box)在氩或氮气氛下进行。在全部操作和反应之前使用标准程序使溶剂脱气或干燥。氘化溶剂购自Cambridge Isotope Laboratories或Sigma-Aldrich，在使用之前通过活性分子筛脱气和干燥。全部液体酮底物通过活性分子筛真空蒸馏、脱气和储存。根据文献程序合成磷鎓二聚体1a-c[参见图2；Lagaditis,P.O.；Mikhailine,A.A.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Inorg.Chem.2010,49,1094-1102；Mikhailine,A.A.；Lagaditis,P.O.；Sues,P.E.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Organomet.Chem.2010,695,1824-1830]和Fe(CO)4(Br)2[Turrell,P.J.；Wright,J.A.；Peck,J.N.T.；Oganesyan,V.S.；Pickett,C.J.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,7508-7511]。2-(二苯基膦基)乙胺由DigitalSpecialty Chemicals赠予。全部其它试剂购自Sigma-Aldrich或Strem Chemicals，并且利用而不进一步纯化。使用Varian Gemini在环境温度和压力下记录NMR光谱[1H(400,600MHz),13C{1H}(100,150MHz),31P{1H}(161,242MHz),19F{1H}(356MHz)]。相对于85％H3PO4测量31P化学位移作为外部参考。相对于CFCl3参考19F化学位移。在2a和b的合成中(参见图2)，使用450W汞蒸气灯(型号：Hanovia UV Medium Pressure 450W Immersion Lamp)进行光解。在Perkin-Elmer 2400CHN元素分析仪上进行元素分析。因为由于四氟硼酸盐阴离子的燃烧问题，一些络合物给出了令人不满意的碳分析，但是可接受的氢和氮含量[Marcó,A.；Compano,R.；Rubio,R.；Casals,I.Microchimica Acta 2003,142,13-19]。
实施例1：铁(II)络合物的模板合成
实验
反-Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PCy2)(CO)(Br)2，2a:小瓶装有1a(80mg,0.125mmol)和KOtBu(28mg,0.249mmol)和25mL苯，形成淤浆。允许搅拌淤浆10min，通过该时间其变得浑浊并且然后滤入Schlenk瓶。向此溶液添加2-(二苯基膦基)乙胺(57mg,0.249mmol)，接着添加Fe(CO)4(Br)2(81mg,0.249mmol)。除颜色变为橙色之外，混合物立刻逸出气体。瓶立刻暴露于UV光，并且允许搅拌6小时或直到溶液变为红-紫色。从UV源移除瓶，并且通过硅藻土垫(pad Celite)过滤以移除全部沉淀物。溶剂被浓缩，并且添加丙烷(10mL)以引起淡粉色固体的沉淀。用丙烷(5mL)洗涤固体并在真空下干燥。产量：35％(60mg)。1H NMR(400MHz,C6D6)δ:1.18-1.95(m,HCy),2.47(m,2H,CH2PCy2),2.66(m,2H,CHCy),2.79(m,2H,CH2PPh2),4.11(m,2H,CH2N),6.94(m,2H,HPh),7.05(m,4H,HPh),7.91(m,5H,HPh,CHN).13C{1H}NMR(100MHz,C6D6)δ:26.5(CCy),27.9(CCy),28.7(CH2PPh2),29.9(CCy),30.6(CH2PCy2),36.4(CCy),62.6(CH2N),129.5(CPh),133.1(CPh),135.7(CPh),146.6(CPh),173.3(CHN),227.8(br t,JPC＝24.0Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,C6D6)δ:68.2(d,JPP＝174Hz),71.2(d,JPP＝174Hz)ppm.IR(KBr)1945cm-1(νC≡O)。C29H39NOP2FeBr2的分析计算值：C,50.10；H,5.65；N,2.01；实测值：C,49.52；H,5.88；N,1.75。MS(ESI,甲醇/水；m/z+)：586.1[C28H39NP2FeBr]+。图4A描绘了反-Fe(Cy2PCH2CH＝NCH2CH2PPh2)(CO)(Br)2，2a的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)，其中为了清楚，移除Ph和Cy取代基的氢原子。选择的键长和键角(度)：Fe(1)-P(1):2.2680(9)；Fe(1)-P(2):2.2613(9)；Fe(1)-N(1):2.011(2)；Fe(1)-Br(1):2.4545(5)；N(1)-C(2):1.269(4)；N(1)-C(3):1.479(4):O(1)-C(5):1.138(4)；C(5)-Fe(1)-N(1):177.6(1)；P(2)-Fe(1)-P(1):167.75(3)；Br(1)-Fe(1)-Br(2):175.12(2)。
反-Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PiPr2)(CO)(Br)2，2b:使用针对反-[Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PCy2)(CO)(Br)2]概述的程序合成和分离淡粉色固体产物：1b(80mg,0.166mmol)；KOtBu(38mg,0.331mmol)；2-(二苯基膦基)乙胺(76mg，0.331mmol)；Fe(CO)4(Br)2(108mg，0.331mmol)。产量：25％(50mg)。1H NMR(400MHz,C6D6)δ:0.90(dd,JHP＝7,14Hz,1H,CH(CH3)2),1.21(dd,JHP＝7,13Hz,6H,CH3),1.44(dd,JHP＝7,13Hz,6H,CH3),1.70(dd,JHP＝7,16Hz,1H,CH(CH3)2),2.74(m,2H,CH2PiPr2)2.77(m,2H,CH2PPh2),4.13(m,JHP＝20.6Hz,2H,CH2N),6.93(m,4H,HPh),7.04(m,2H,HPh),7.22(由1H-13C HSQC间接测定,CHN),7.89(m,2H,HPh),7.98(m,2H,HPh),8.45(m,1H,HPh).13C{1H}NMR(100MHz,C6D6)δ:19.35(CH3),19.5(CH(CH3)2),20.5(CH3),25.8(CH(CH3)2),28.2(d,JCP＝20Hz,CH2PPh2),38.0(d,JCP＝17Hz,CH2PiPr2),61.3(CH2N),129.4(CPh),131.5(CPh),132.8(CPh),135.3(CPh),171.8(CHN),227.9(t,JCP＝23.8Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,C6D6)δ:67.4(d,JPP＝176Hz),79.7(d,JPP＝176Hz)ppm.IR(KBr)1945cm-1(νC≡O)。C23H31NOP2FeBr2的分析计算值：C,44.91；H,5.08；N,2.28；实测值：C,43.99；H,5.12；N,2.30。MS(ESI,甲醇/水；m/z+)：507.2[C22H31NP2FeBr]+。
化合物2和3a的31P{1H)NMR化学位移(ppm)和耦合常数(Hz)：
a指定顺式和反式异构体c.f.反-Fe(PCy-CH＝N-PPh)(Br)2(CO)的分离。
反-[Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PCy2)(CO)2(Br)][BF4]，4a：Schlenk瓶装有1a(200mg,0.311mmol)和KOtBu(70mg,0.623mmol)和25mL THF，形成淤浆。允许搅拌淤浆10min，通过该时间混合物变得浑浊。向此溶液添加2-(二苯基膦基)乙胺(143mg,0.623mmol)，接着添加FeBr2(204mg,0.934mmol)。Schlenk瓶然后暴露于CO(～2atm)的气氛；在暴露于CO后，淡黄色淤浆立刻变为暗紫色。允许搅拌反应混合物5小时，通过该时间其颜色变为红-紫色。移除溶剂，并且将任意残余物放在25mL二氯甲烷中。此溶液通过硅藻土垫滤入新的Schlenk瓶，并且再次暴露于CO atm。5mL THF中的AgBF4(130mg,0.668mmol)被注入反应混合物。溶液立刻改变为亮紫色颜色。在搅拌30min后，移除溶剂，放在二氯甲烷中，并且通过硅藻土垫过滤以移除灰色沉淀物。溶液被浓缩，并且添加丙烷(10mL)以硬气紫色固体的沉淀。用丙烷(5mL)洗涤固体并在真空下干燥。产量：89％(454mg)。1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ:1.16-2.50(m,22H,HCy),2.50(m,2H,CH2PCy2),2.92(m,2H,CH2PPh2),3.63(m,2H,CH2N),7.56-7.95(m,11H,HPh,HCN).13C{1H}NMR(100MHz,CD2Cl2)δ:25.7(CCy),27.2(CCy),28.5(CCy),28.8(CCy),37.5(CH2PPh2),37.7(CH2PCy2),63.6(CH2N),129.4(CPh),131.0(CPh),131.8(CPh),182.0(HCN),211.5(dd,JCP＝22,25Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,CD2Cl2)δ:45.7(d,JPP＝85Hz,PPh2),70.8(d,JPP＝85Hz,PCy2).19F{1H}NMR(356MHz,CD2Cl2)δ:-155.5(s,BF4)ppm.IR(KBr)2005cm-1(νC≡O)。C30H39NO2P2FeBrBF4的分析计算值：C,49.35；H,5.38；N,1.92；实测值：C,45.94；H,5.47；N,1.52。MS(ESI,甲醇/水；m/z+):-644.1[C30H39NO2P2FeBr]+。图4B描绘了4a的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)，其中为了清楚，移除BPh4 -阴离子和取代基的氢原子。4a的选择的键长和键角(度)：Fe(1)-C(6):1.829(4)；Fe(1)-N(1):1.980(3)；Fe(1)-P(2):2.271(1)；Fe(1)-Br(1):2.4416(6)；O(1)-C(5):1.104(4)；O(2)-C(6):1.132(4)；N(1)-C(3):1.275(5)；N(1)-C(2):1.482(4)；C(6)-Fe(1)-C(5):172.2(2)；P(2)-Fe(1)-P(1):168.38(4)；N(1)-Fe(1)-Br(1):175.35(9)。
反-[Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PiPr2)(CO)2(Br)][BF4]，4b:使用针对4a概述的程序合成和分离紫色固体产物：1b(200mg,0.415mmol)；KOtBu(93mg,0.830mmol)；2-(二苯基膦基)乙胺(190mg,0.830mmol)；FeBr2(271mg,1.245mmol)；AgBF4(201mg,1.035mmol)。产量：83％(450mg)。1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ:1.13(m,2H,CH(CH3)2),1.45(m,12H,CH3),2.78(m,2H,CH2PiPr2),2.90(m,2H,CH2PPh2),3.62(m,2H,CH2N),7.53(m,4H,HPh),7.91(m,7H,HPh,CHN).13C{1H}NMR(100MHz,CD2Cl2)δ:15.5(CH(CH3)2),19.1(CH3),28.2(CH2PiPr2),28.3(CH2PPh2),63.0(CH2N),129.8(CPh),131.8(CPh),132.1(CPh),181.7(HCN),211.5(dd,JCP＝22,25Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,CD2Cl2)δ:45.5(d,JPP＝86Hz,PPh2),78.2(d,JPP＝86Hz,PiPr2)。19F{1H}NMR(356MHz,CD2Cl2)δ:-155.5(s,BF4)ppm.IR(KBr)2011cm-1(νC≡O)。C24H31NO2P2FeBr2BF4的分析计算值：C,44.35；H,4.81；N,2.15；实测值：C,43.21；H,4.88；N,2.09。MS(ESI,甲醇/水；m/z+):563.2[C24H31NP2O2FeBr]+。图4C描绘了4b的X射线晶体结构的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)。4b的选择的键长和键角(度)：Fe(1)-P(1):2.265(2)；Fe(1)-N(1):1.980(4)；Fe(1)-C(12):1.803(6)；Br(1)-Fe(1):2.4530(8)；O(2)-C(12):1.144(6)；N(1)-C(2):1.270(6)；N(1)-C(3):1.477(7)；C(12)-Fe(1)-C(11):170.4(2)；P(1)-Fe(1)-P(2):167.40(5)；N(1)-Fe(1)-Br(1):174.9(1)。
反-[Fe(Ph2PCH2CH2NCHCH2PPh2)(CO)2(Br)][BF4]，4c。使用针对4a概述的程序合成和分离紫色固体产物：1c(200mg,0.324mmol)；KOtBu(73mg,0.648mmol)；2-(二苯基膦基)乙胺(149mg,0.648mmol)；FeBr2(208mg,0.971mmol)；AgBF4(157mg,0.809mmol)。产量：89％(454mg)。1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ:2.16(m,2H,CH2PPh2),2.99(m,2H,CH2N),3.77(m,2H,CH2PPh2),7.54-7.94(m,21H,HPh,CHN).13C{1H}NMR(100MHz,CD2Cl2)δ:29.2(CH2PPh2),31.7(CH2Ph2),62.5(CH2N),129.4(CPh),131-.6-132.2(CPh),182.4(CHN),208.8(br t,JCP＝24Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,CD2Cl2)δ:47.4(d,JPP＝95Hz,PPh2),51.9(d,JPP＝95Hz,PCy2).19F{1H}NMR(356MHz,CD2Cl2)δ:-155.5(s,BF4)ppm.IR(KBr)2016cm-1(νC≡O)。C30H27NO2P2FeBrBF4的分析计算值：C 50.18；H,3.79；N,1.92；实测值：C,44.38；H,4.21；N,1.58。MS(ESI,甲醇/水；m/z+):632.0[C30H27NO2P2FeBr]+。
反-(S,S)-[Fe(Ph2PCH(Ph)CH(Me)NCHCH2PCy2)(CO)2(Br)][BF4]，(S,S)-4d:
使用针对4a概述的程序合成和分离红-紫色固体产物：1a(100mg,0.156mmol)；KOtBu(35mg,0.312mmol)；(S,S)-Ph2PCH(Ph)CH(Me)NH2(100mg,0.312mmol)；FeBr2(100mg,0.312mmol)；AgBF4(70mg,0.359mmol)。产量：82％(200mg)。1H NMR(400MHz,THF-d8)δ:0.72-2.05(m,HCy),1.11(CH3,经由1H-1H COSY间接测定),2.21(m,1H,HCy),2.61(m,1H,HCy),3.43(CH2PCy2,经由1H-1H COSY间接测定),3.67(CH2PCy2,由1H-1H COSY间接测定),3.85(m,1H,CH(Me)),4.14(m,1H,CH(Ph)),6.80-7.97(m,16H,HPh),7.96(d,由1H-1H COSY间接测定,JHP＝20Hz,CHN).13C{1H}NMR(100MHz,THF-d8)δ:12.5(CCy),17.2(CCy),21.3(CCy),27.1(CCy),28.4(CCy),35.4(CH2PCy2),37.3(CCy),38.2(CCy),51.8(CH(Ph)),70.4(CH(Me)),126.0-135.3(CPh),179.3(CHN),210.5(br t,JCP＝23.5Hz,CO),214.7(br t,JCP＝21.3Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,THF-d8)δ:69.2(d,JPP＝81Hz),67.8(d,JPP＝81Hz).19F{1H}NMR(356MHz,THF-d8)δ:-155.9(s,BF4)ppm.IR(KBr)2000.0cm-1(νC≡O)。C37H45NO2P2FeBrBF4的分析计算值：C 54.17；H,5.53；N,1.71；实测值：C,46.31；H,6.08；N,1.05。MS(ESI,甲醇/水；m/z+):734.1[C37H45NO2P2FeBr]+。
顺-[Fe(Ph2PC2H4NCHCH2PCy2)(CO)2(Br)][BPh4](顺-4a)：1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ:1.31-2.11(m,22H,HCy),2.61(m,2H,CH2PPh2),2.79(m,2H,CH2PCy2),3.00(m,1H,CH2N),3.44(ddd,JHH＝12.0,8.0Hz,JPH＝40.0Hz,CH2N),6.15(d,JHP＝25.0Hz,HCN),6.86-7.70(m,30H,HPh).13C{1H}NMR(100MHz,CD2Cl2)δ:25.46(d,JCP＝13.6,CCy),26.20(CCy),26.50(CCy),25.52(d,JCP＝10Hz,CCy),26.69(d,JCP＝11.6Hz,CCy),27.12(d,JCP＝10.4Hz,CCy),27.48(d,JCP＝12.8Hz,CCy),27.97(CCy),28.65(CCy),29.95(d,JCP＝5.1Hz,CCy),30.50(CCy),36.80(d,JCP＝24.0Hz,CH2PPh2),37.2(d,JCP＝25.0Hz,CH2PCy2),38.16(d,JCP＝18.4Hz,CCy),61.84(CH2N),122.40(m,BCPh),126.30(m,BCPh),128.90(d,JCP＝9.0Hz,CPh),129.80(d,JCP＝10.0Hz,CPh),130.21(d,JCP＝9.0Hz,CPh),131.20(d,JCP＝9.0Hz,CPh),132.70(d,JCP＝8.0Hz,CPh),136.30(m,BCPh),164.30(m,JCB＝49.0Hz,BPh),179.50(HCN),210.70(t,JCP＝21.1Hz,CO),211.80(br.dd,JCP＝19.0Hz,CO).31P{1H}NMR(161MHz,CD2Cl2)δ:59.6(d,JPP＝145Hz,PPh2),78.9(d,JPP＝145Hz,PCy2)ppm.IR(KBr)2038cm-1(νC≡O)；1990cm-1(νC≡O)。C54H59NO2P2FeBrB的分析计算值：C 67.38；H,6.18；N,1.46；实测值：C,65.84；H,6.56；N,1.49。
经-反-[Fe(Br)(CO)2(P-N-P′)][BF4]预催化剂(S)-4e,f,g的一般合成(表2a)：
在填充氮的手套箱中，二环己基磷鎓二聚体(0.05g,0.078mmol)和叔丁醇钾(0.018g,0.16mmol)在8mL THF中搅拌10分钟以生成浑浊的白色溶液。向此溶液添加式(III)的膦-胺(0.16mmol)和FeBr2(0.05g,0.23mmol)，生成淡黄色溶液，并且瓶被传递至Schlenk线并放在CO(g)气氛下。在暴露后，溶液立刻变为紫色。此溶液在CO(g)(～2atm)下搅拌5小时以生成深红-紫色溶液，其然后在减压下干燥，传递至填充氮的手套箱，并且再溶解在8mL的DCM中。此溶液通过硅藻土过滤，传递回Schlenk线，并且暴露于CO(g)气氛。2mL的THF中的AgBF4(0.033g,17mmol)被注入溶液，并且搅拌30分钟。在减压下移除溶剂以得到残余物，并且瓶被传递回填充氮的手套箱内。残余物在5mL的DCM中再溶解，通过硅藻土过滤，并且在减压下浓缩至～1mL。5mL的丙烷被添加以沉淀出紫色粉末产物，其用二乙醚洗涤，并且在减压下干燥。
(S)-4e：R＝Cy，R1＝iPr，R2＝H(使用AgPF6代替AgBF4)；产量＝120mg＝78％；1H NMR(400MHz,THF-d8)δ:8.16(m,1H,Ph-CH),7.92(m,1H,Ph-CH),7.05-7.68(m,9H,7.58的Ph-CH和N＝CH——间接测定1H-13C HSQC),3.26(m,1H,N-C(iPr)H),2.98(m,2H,CH2-PPh),2.35(m,2H,CH2-PCy),1.21(iPr-CH,间接测定1H-1H COSY),0.75(m,6H,iPr-CH3)和0.6-2.1(m,PCy-H)ppm；31P{1H}(161MHz,THF-d8)δ:63.28(d,2JPP＝81.6Hz),46.26(d,2JPP＝81.6Hz)和-137.56(m,PF6 -)ppm；13C{1H}(100MHz,THF-d8)δ:163.19(N＝CH),129-135(Ph-CH),67.02(N-C(iPr)H),42.70(CH2-PPh),35.80(PCy2-C),32.52(CH2-PCy),20-30(PCy2-C),24.07(iPr-CH)和15.23(iPr-CH3)ppm；19F{1H}(356MHz,THF-d8)δ:-64.13(d,PF6 -,J＝790Hz)ppm；[FeC37H45P2NO2Br][PF6]的分析计算值：C 47.73,H 5.46,N 1.69，实测值：C 40.09,H 6.17,N 1.80。**MS(ESI,m/z+):686.1[FeC33H45P2NO2Br]+和628.2[FeC31H45P2NBr]+(损失两个-CO).IR:v(CO)＝2005.8cm-1。
(S)-4f：R＝Cy，R1＝Ph，R2＝H；产量＝110mg＝86％；1H NMR(400MHz,THF-d8)δ:8.15(m,2H,Ar-CH和P-Ar-CH),8.01(m,2H,Ar-CH和P-Ar-CH),7.1-7.6(m,Ar-CH和P-Ar-CH),7.21(N＝CH,由1H-1H COSY间接测定),4.51(t,1H,N-CH,J＝11.6Hz),3.63(CH2-PPh2,由1H-1H COSY间接测定),3.58(CH2-PCy2,由1H-1H COSY间接测定),3.39(CH2-PCy2,由1H-1HCOSY间接测定),3.13(dd,1H,CH2-PPh2,J＝5.1和13.1Hz)和0.9-2.6(m,PCy-H)ppm；31P{1H}(161MHz,THF-d8)δ:66.76(d,2JPP＝81.9Hz)和39.35(d,2JPP＝81.6Hz)ppm；13C{1H}(100MHz,THF-d8)δ:181.6(N＝CH),128-133(Ar-CH和P-Ar-CH),74.1(N-CH),38.5(PCy-C),36.1(PCy2-CH2),34.5(PPh2-CH2),25-29(PCy-C)和13.3(PCy2-C)ppm；19F{1H}(356MHz,THF-d8)δ:-153ppm；[FeC36H43P2NO2Br][BF4]的分析计算值：C 53.6,H 5.40,N 1.70，实测值：C41.93,H 4.98,N 1.40**；MS(ESI,m/z+):720.1[FeC36H43P2NO2Br]+.IR:v(CO)＝2009.2cm-1。
(S)-4g：R1＝CH2Ph，R2＝H；产量＝110mg＝84％；1H NMR(400MHz,THF-d8)δ:8.13(m,1H,N＝CH),7.74(m,1H,Ar-CH和P-Ar-CH),6.9-7.5(m,14H,Ar-CH和P-Ar-CH),3.61(N-CH,由1H-1H COSY间接测定),3.30(CH2-PCy2,由1H-1H COSY间接测定),3.03(CH2-PPh2,由1H-1HCOSY间接测定),2.86((CH2-PPh2,由1H-1H COSY间接测定),1.33(CH2-Ph,由1H-1H COSY间接测定)和0.8-2.5(m,PCy-H)ppm；31P{1H}(161MHz,THF-d8)δ:64.20(d,2JPP＝82.1Hz)和42.55(d,2JPP＝82.1Hz)ppm；13C{1H}(100MHz,THF-d8)δ:146.7(N＝CH),127-133(Ar-CH和P-Ar-CH),66.5(N-CH),41.1(CH2-PPh2),38.6(CH2-PCy2),26.9(CH2-Ph)和22-28(PCy-C)和13.6(PCy2-C)ppm；19F{1H}(356MHz,THF-d8)δ:-153.3ppm。[FeC37H45P2NO2Br][BF4]的分析计算值：C 54.2,H5.5,N 1.7，实测值：C 47.35,H 5.39,N 1.83**；MS(ESI,m/z+):734.1[FeC37H45P2NO2Br]+和676.1[FeC35H45P2NBr]+(损失两个-CO).IR:v(CO)＝2004.4cm-1。
**请注意：已经观察到一些络合物的分析导致令人不满意的碳含量，但是可接受的氢和氮含量。令人不满意的碳含量预计是由于四氟硼酸眼、六氟磷酸盐和四苯基硼酸盐阴离子的燃烧问题的结果，如先前已经在文献中报道的[Marcó,A.；R.；Rubio,R.；Casals,I.Microchim.Acta 2003,142,13]。讨论
已经报道了铁(II)-P-CH＝N-P′络合物[Fe(Ph2PCH2CH2N＝CHCH2PR2)(NCCH3)3]2+的合成，其中R＝Ph或Cy，并且涉及使用乙腈中的作为膦-醛的来源的环磷鎓盐、[Fe(H2O)6][BF4]2、KOtBu和2-(二苯基膦基)乙胺的多组分模板合成[Lagaditis,P.O.；Mikhailine,A.A.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Inorg.Chem.2010,49,1094-1102]。这些P-CH＝N-P′-钳形配体(pincer ligand)具备不等价的磷供体，通过合成P-N-P-钳形配体的常规手段不容易实现该特征[Liang,L.-C.；Li,C.-W.；Lee,P.-Y.；Chang,C.-H.；Man Lee,H.DaltonTrans.2011,40,9004-9011；Liang,L.-C.；Chien,P.-S.；Lee,P.-Y.Organometallics2008,27,3082-3093；Lansing Jr.,R.B.；Goldberg,K.I.；Kemp,R.A.Dalton Trans.2011,40,8950-8958]。两种络合物的31P{1H}NMR光谱展示了具有160Hz(R＝Ph)和148Hz(R＝Cy)的大2JPP耦合的两AB双联体，其指示P是反式；因而指示P-CH＝N-P′配体围绕铁的经式排列。
针对本文所述的方法改进此模板合成，并且使用FeBr2作为铁源(参见图2)。在N2atm下在THF中实施合成以潜在地促进分离Fe(P-CH＝N-P′)(Br)2络合物；然而，不发生反应，直到暴露于一氧化碳。在暴露后，反应混合物(淡黄色淤浆)立刻变为红-紫色。在搅拌足够的时间(5h)和移除盐(KBr和过量的FeBr2)后，分离出红-紫色固体。以磷鎓二聚体1a——其中R＝Cy——开始，基于31P{1H}NMR光谱，铁化合物以大约1:1的比率产生。在67.8和71.9ppm(2JPP＝172Hz)处观察到一组双联体，并且在39.6和60.5ppm(2JPP＝201Hz)处观察到第二组。大的耦合常数指示P-CH＝N-P′配体的P原子围绕铁金属中心是反式。针对1b——其中R＝iPr——和1c——其中R＝Ph——观察到类似的结果(参见上面的[0063]段)。因此，形成了铁络合物的两个异构体——反-Br(2a-c)和顺-Br(3a-c)(参见图2)。两个经-Fe(P-CH＝N-P′)(CO)(Br)2异构体的形成与Milstein的系统形成对比，其中仅分离出反式Br异构体[Langer,R.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2120-2124]。
这些结果类似于Kirchner和同事的那些结果，其基于钳形配体2,6-(PiPr2NH)2C5H3N研发了Fe(P-N-P)(CO)(X)2络合物的合成，其中X是Cl或Br[Benito-Garagorri,D.；Alves,L.G.；Puchberger,M.；Mereiter,K.；Veiros,L.F.；Calhorda,M.J.；Carvalho,M.D.；Ferreira,L.P.；Godinho,M.；Kirchner,K.Organometallics 2009,28,6902-6914；Benito-Garagorri,D.；Puchberger,M.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,9142-9145]。它们发现当X是Cl时，在无溶剂条件下形成顺式异构体，而在溶液中形成反式异构体。然而，当X是Br时，总是获得顺式和反式异构体的混合物。因此，在模板合成中使用1a的Cl盐和FeCl2，做出了合成2和3的Cl类似物的尝试；然而，顺式和反式异构体二者均形成，如由反应混合物的31P{1H}NMR光谱(参见上面的[0063]段)证明的。不希望受限于理论，推测由于在原位制造配体的地方采用多组分反应，不存在顺式和反式Br或Cl异构体的控制。
因此，化合物Fe(CO)4(Br)2[Benito-Garagorri,D.；Wiedermann,J.；Pollak,M.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Organometallics 2007,26,217-222]测试作为初始铁源，理由是：如果卤根已经配位至铁，并且在UV光下移除CO配体，则可以挑选出一个异构体。当使用Fe(CO)4(Br)2代替FeBr2时，存在气体的立刻释放以及颜色改变为橙色。此混合物的31P{1H}NMR光谱揭示出难处理的混合物。其然后暴露于UV光。在至少5h后，溶液变为暗紫色，并且处理(work up)后分离的固体的31P{1H}NMR光谱显示67.8和71.9ppm(2JPP＝175Hz)(R＝Cy，R’＝H)处的异构体是具有平均小于10％的其它种类的主要种类。分离适于X射线晶体学的晶体，并且确认选择性地形成反-Fe(Cy2PCH2CH＝NCH2CH2PPh2)(CO)(Br)2络合物，2a(参见图3)。还使用磷鎓二聚体1b以此方式制造络合物反-Fe(iPr2PCH2CH＝NCH2CH2PPh2)(CO)(Br)2，2b。然而，在磷鎓二聚体1c的情况下，顺式和反式异构体——2c和3c——的混合物在每次尝试中形成。
然而，这些光化学合成具有多个限制，比如低产量和形成顺-[Fe(P-CH＝N-P′)(CO)2(Br)]+。UV模板反应限制于只有苯或甲苯作为溶剂，由于其它溶剂——比如THF或CH2Cl2——引起增加量的其它含铁络合物。而且，反应仅在小于100mg的小规模良好作用；否则，增加其它异构体的量。一个尝试的中试放大导致选择性地合成顺-[Fe(P-N-P′)(CO)2(Br)]2[FeBr4](顺-4a)，如由X射线晶体学测定的，但是此结果是不可重现的(参见图4D)。为了移除顺磁性FeBr4 2-阴离子并且能够通过NMR光谱学完全表征，此络合物被分离为BPh4 -盐。虽然顺-4a的选择性合成迄今为止是不成功的，但是表征此化合物允许鉴定其在粗制品中的存在，并且将2JPP常数区别于反-CO离子络合物4a-d的(图2)。反应产量低(平均30％)，但是反复地以小规模重复反应能够获得足够量的络合物反-Fe(PCy-CH＝N-PPh)(Br)2(CO)和反-Fe(PiPr-CH＝N-PPh)(Br)2(CO)用于合成的下个步骤。不幸地，在使用NaHBEt3或NaBH4合成氢化物化合物的每次尝试中，基于NMR光谱分离难处理的固体。对于LiAlH4(以及随后添加的醇)，在NMR光谱中观察到至少两种铁-氢化物络合物，但是由于观察到负化学位移信号，可以认识到至少在一定程度上P-N-P′配体与金属分离。因此，对于反-Fe(PCy-CH＝N-PPh)(Br)2(CO)与LiAlH4接着甲醇的反应，31P{1H}NMR光谱显示了-2.28和-20.22ppm处的信号。化学位移不对应于2-(二苯基膦基)乙胺，也不对应于膦基-醛，其化学位移分别是-6和-12ppm。两个负信号来自减少的P-N-P′配体(Ph2PC2H4)NH(C2H4PCy2)。使用叔醇——比如叔戊醇——帮助减少配体分离，但是不完全地阻止。因而，聚焦于络合物反-[Fe(P-N-P′)(CO)2(Br)][BF4]，4a-d，并且不进一步继续光化学合成。
Kirchner和同事报道了从卤化物萃取剂(比如AgBF4)与顺-和反-Fe(P-N-P)(CO)(Br)2异构体的混合物的反应选择性地形成反-[Fe(P-N-P)(CO)2(Br)][BF4]化合物[Benito-Garagorri,D.；Alves,L.G.；Veiros,L.F.；Standfest-Hauser,C.M.；Tanaka,S.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Organometallics 2010,29,4932-4942]。因此，调整模板合成以包括AgBF4，在包括其之后，存在络合物4a-c的颜色从红-紫色至亮紫色的立刻颜色变化(图2)。分离的化合物的31P{1H}NMR光谱显示了形成一种具有AB双联体的新的铁络合物，其具有82Hz(R＝Cy)、85Hz(R＝iPr)和94.5Hz(R＝Ph)2的较小JPP耦合，显著地小于具有2JPP＝145Hz的顺-[Fe(P-CH＝N-P′)(CO)2(Br)]+的耦合(参见[00104])。获得适合X射线晶体学的4a和4b的晶体(参见上面)，并且确认也已经出现围绕铁的顺-CO几何结构。不希望受限于理论，可以认为此选择性顺式构型的机制可以遵循由Kirchner和同事提出的一个，只要反应也可以在不存在一氧化碳的情况下发生[Benito-Garagorri,D.；Alves,L.G.；Veiros,L.F.；Standfest-Hauser,C.M.；Tanaka,S.；Mereiter,K.；Kirchner,K.Organometallics 2010,29,4932-4942]。络合物4a-c的13C{1H}NMR光谱展示了210ppm附近处CO配体的仅一个宽的三联体或双联体的双联体(dd)，其指示络合物具有如期望的Cs对称。合成4b的13CO类似物(下称4b-13CO)以经由NMR光谱学进一步确认两个CO配体配位至铁。4b-13CO的31P{1H}NMR(CD2Cl2)光谱展示了45.47和78.31ppm(2JPP＝85.9Hz，2JPC＝21.8Hz)处作为4b的相同的两个磷共振，但是具有取代每个磷原子的双联体的双联体的三联体多重性。4b-13CO的13C{1H}NMR光谱展示了211.72ppm(2JCP＝24.0Hz)处的一个强烈的CO三联体共振。
手性氨基-膦配体(S,S)-2-氨基-1-苯基丙基二苯基膦成功地用于模板合成方法以生成手性络合物：(S,S)-4d。(S,S)-4d设计有配体上的Cy取代基，预计大基团将在催化期间增强与底物的对映体相互作用。(S,S)-4d的13C{1H}NMR光谱显示了在210.5和214.7ppm处具有dd模式的两个不等价的CO共振。络合物4a-d的IR光谱展示了2000至2011cm-1的范围中仅一个νCO吸收，其类似于由Kirchner报道的反-CO铁络合物。
实施例2：催化氢化
实验
使用不锈钢的50mL Parr氢化反应器在恒压下进行全部氢化反应。使用恒温水浴将温度维持在50℃。在添加催化剂和底物、和碱溶液之前，用5atm下的氢气冲洗反应器。对于用原位制备的催化剂的标准催化，小瓶装有[Fe(CO)2(Br)(P-CH＝N-P′)]BF4(5mg,0.006mmol)和3mL THF。向此溶液添加0.05mL的LiAlH4(THF中1M)，并且溶液的颜色立刻从紫色改变为金棕色。在搅拌5min后，添加2-甲基-2-丁醇(0.5mL)；允许搅拌溶液10min或直到气体逸出停止。溶液被传递至装备有12英寸针的注射器。相同的小瓶然后装有底物(6.095mmol)和3mL THF。溶液然后被放入已经包含预催化剂溶液的相同的注射器；然后塞住针。对于用预形成的种类7b和(S,S)-8d的催化(参见[00133-00134])，NMR溶液(THF-d8)被传递至填充氮的手套箱中的小瓶，并且添加THF(6mL)和底物(6.095mmol)。溶液被传递至装备有12英寸针的注射器并被塞住。第二小瓶装有KOtBu(10mg,0.089mmol)和3mL THF。此溶液被传递至装备有12英寸针的第二注射器并同样塞住。从手套箱取出两个注射器，并且逆着氢气流注入准备的Parr反应器。小等分部分的反应混合物在时间间隔处在氢流下与注射器和针快速地取出。可选地，小等分部分的反应混合物从连接至改进的Parr反应器的不锈钢取样汲取管取样。汲取管具有30cm的长度和0.01英寸的内径，并且止回阀被连接至取样管的末端。使用含氧乙醇将用于气相色谱(GC)分析的全部样品本稀释至大约1mL的总体积。全部转化率报道为两次运行的平均值。报道的转化率是可再现的。通过装备有手性柱(CP chirasil-Dex CB 25m×2.5mm)和自动取样能力的Perkin-Elmer Clarus400色谱仪分析氢化酮的转化率和对映体过量。在5psi的柱压以及50mL/min的分流量下，氢被用作流动相。注入器温度是250℃且FID温度是275℃。用于底物的烘箱温度和保留时间(tSM，tR，tS/min)如下a：
aHPLC条件：异丙醇:己烷＝10:90，流量＝0.5mL/min。
讨论
发现预催化剂4a-d的氢化活性，同时用多种氢化物试剂处理铁二羰基络合物以产生具有双官能HN-FeH基团的氢化铁胺络合物，其已知减少C＝O和C＝N键[Morris,R.H.Chem.Soc.Rev.2009,38,2282-2291；Mikhailine,A.A.；Maishan,M.I.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2012,134,12266-12280；Zuo,W.；Li,Y.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Science 2013,342,1080-1083]。与NaHBEt3或NaBH4的反应形成难处理的混合物；LiAlH4是更有希望的。为了生成氢化铁，通常前体与轻微过量的LiAlH4在THF中反应[Antberg,M.；Frosin,K.M.；Dahlenburg,L.J.Organomet.Chem.1988,338,319-327；Antberg,M.；Dahlenburg,L.Z.Naturforsch.,B:Chem.Sci.1985,40,1485-1489；Roger,C.；Marseille,P.；Salus,C.；Hamon,J.-R.；Lapinte,C.J.Organomet.Chem.1987,336,C13-C16；Field,L.D.；Messerle,B.A.；Smernik,R.J.；Hambley,T.W.；Turner,P.Inorg.Chem.1997,36,2884-2892；Liu,T.；Chen,S.；O'Hagan,M.J.；Rakowski DuBois,M.；Bullock,R.M.；DuBois,D.L.J.Am.Chem.Soc.2012,134,6257-6272]；有时添加质子溶剂[Gao,Y.；Holah,D.G.；Hughes,A.N.；Spivak,G.J.；Havighurst,M.D.；Magnuson,V.R.；Polyakov,V.Polyhedron 1997,16,2797-2807；Ohki,Y.；Suzuki,H.Angew.Chem.Int.Ed.2000,39,3120-3122；Argouarch,G.；Hamon,P.；Toupet,L.；Hamon,J.-R.；Lapinte,C.Organometallics 2002,21,1341-1348；Sellmann,D.；Weber,W.J.Organomet.Chem.1986,304,195-201；Jia,G.；Drouin,S.D.；Jessop,P.G.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Organometallics 1993,12,906-916]。对于至少一些本文所述的络合物，已经发现添加至少6当量(equiv.)的LiAlH4对可再现地产生氢化铁络合物的溶液是必要的(参见[00130]段)。然后用醇处理混合物直到气体逸出已经停止。甲醇、乙醇和叔戊醇(2-甲基-2-丁醇，tAmylOH)被发现得到活性催化剂制剂。然后，添加酮或亚胺底物和额外的THF。并且整个溶液被注入准备的压力反应器。此过程允许容易地和高效地筛选用于催化的最佳条件(参见下面的表1)。
虽然25atm H2对催化是有效压力，但是5atm H2仍导致在10min内乙酰苯完全转化至1-苯乙醇。在50℃处观察到比25℃处更快的转化(表1，条目2对3)。用NaAlH4替换LiAlH4不影响反应速率(条目4)。在不存在碱的情况下没有观察到催化(条目7)，其阻止测试碱敏感底物。在催化剂活化过程中使用叔醇tAmylOH比用伯醇——MeOH或乙醇——建立更活跃的系统(条目2对5对6)。不希望受限于理论，考虑醇作用的两个可能的解释：在甲醇盐或乙醇盐作为配体的情况下，催化剂活化期更慢；或者在伯醇盐的情况下，存在更显著发生的其它钝化过程[Fiedler,A.；D.；Schwarz,H.；Tjelta,B.L.；Armentrout,P.B.J.Am.Chem.Soc.1996,118,5047-5055]。使用叔醇还已经阻止了由Al(OR)3介导的非选择性转移氢化。似乎包含至少一个大烷基-取代的磷原子的P-N-P′配体对产生活性催化剂是有利的(表1，条目1和2对9)。使用4a预催化剂的乙酰苯氢化的TOF值(条目8，TON 2000，50℃和5atm H2下TOF 1980h-1)相当于Milstein的络合物M2，40℃、4atm H2下430h-1报道的TOF值。关于本文所述的络合物观察到的一个差异是可以使用THF替换用M2或M3的催化所需的醇溶剂(图1)。
对于苯甲醛氢化，发现10atm H2气的压力相对于5atm H2气的10h促进实现2.5h中90％的转化：
在50℃和5atm H2下使用0.1mol％的由(S,S)-4d制备的活性混合物研究不对称酮氢化反应的底物范围(参见下面的表2)。许多芳基酮以良好的对映选择性——通常大约80％(S)——转化至醇。考虑到其采用H2气，此系统相对于其它铁基催化剂似乎向对映选择性酮氢化提供更高的活性(图1)。注意到(S,S)手性催化剂系统产生(S)醇对映体是有趣的，其中当使用衍生自(S,S)-二胺的配体时，醇的(R)对映体通常是期望的[Noyori,R.；Ohkuma,T.Angew.Chem.Int.Ed.2001,40,40-73；Abdur-Rashid,K.；Faatz,M.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2001,123,7473-7474；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Morris,R.H.Coord.Chem.Rev.2004,248,2201-2237]。
以(S,S)-4d起始的催化剂混合物测试50℃和25℃二者下的乙酰苯氢化。反应的对映选择性从80％增加至89％(S)，同时完整转化时间从30min延长至90min。50℃下的催化混合物还适应额外荷载的底物：以30分钟的间隔添加四批额外的乙酰苯(1000当量)，而不减慢催化剂或影响产物(S)-1-苯乙醇的ee。第五批减慢催化反应但是其仍进行至完成。因为由于酮底物上的大取代基增加而造成的空间位阻，(S,S)-4d系统的对映选择性连同活性降低(参见表2，条目7对8对9)。由于定期地监测反应，低对映选择性不是由于外消旋作用，并且ee保持恒定直到完成。对于不较大的底物，比如苄基丙酮(条目15)，通过(S,S)-4d系统的催化反应是迅速但对映选择性差的(ee＝5％)。对于底物1-苯基-2-丁酮(条目16)，其比苄基丙酮更受空间位阻，ee增加至30％，同时存在催化活性的大量降低(TOF＝90h-1)。此较低的催化活性被认为是由于碱存在而造成的烯醇化物形成的结果。幸运地，烯醇化物的抑制作用不完全地抑制催化剂。预催化剂(S,S)-4d被发现得到非芳族酮的适度高效的氢化(条目17)但是具有较差的对映选择性(ee＝46％)。系统还被发现催化2-乙酰噻吩(条目18)和2-乙酰呋喃(条目19)的反应至接近完成。然而，当与乙酰苯(TOF＝990h-1)比较时，催化是较慢的(对于2-乙酰噻吩，TOF＝240h-1，并且对于2-乙酰呋喃，TOF＝220h-1)。差异被认为是由于结合至铁的杂环的杂原子；然而；由于催化进行至完成，可以假设螯合作用可以是可逆的。螯合作用似乎对底物2-乙酰吡啶更显著(条目20)，以便一小时后催化在20％的转化(或200TON)处停止。可以认为底物、其醇产物、或二者的钝化催化剂。H2压力增加至10atm能够在两个小时内氢化2-乙酰吡啶至60％的转化(或600TON)并且维持74％ee的氢化产物。
(S,S)-4d系统不在5或10atm H2压力下氢化反-4-苯基-3-丁-2-酮——不饱和酮(表2，条目21)。烯烃基团不抑制催化剂，因为(S,S)-4d系统不能够将5-己-2-酮(条目22)完全地氢化至5-己-2-醇，而不影响烯烃，如由NMR光谱学测定的。然而，与苄基丙酮(条目15)——其中催化氢化在一小时内完成——相比，5-己-2-酮的氢化在四小时内完成。而且，在添加1-己烯(500当量)至乙酰苯(1000当量)的氢化反应后，与30min相反，催化在90min内完成。这些结果暗示可以存在类似于杂环底物的情况的一些程度的可逆的烯烃配位(条目18-20)。铁的烯酮(enone)和二烯化合物是已知的并且已经被充分地研究[Brookhart,M.；Nelson,G.O.J.Organomet.Chem.1979,164,193-202；Moulton,B.E.；Duhme-Klair,A.K.；Fairlamb,I.J.S.；Lynam,J.M.；Whitwood,A.C.Organometallics 2007,26,6354-6365；H.-J.Chem.Rev.2000,100,2941-2962；Russell,S.K.；Milsmann,C.；Lobkovsky,E.；Weyhermuller,T.；Chirik,P.J.Inorg.Chem.2011,50,3159-3169]。可以认为存在一些程度的与烯酮和二烯、以及当前要求保护的铁催化剂的可逆配位，因为在添加反-4-苯基-3-丙-2-酮(500当量)至乙酰苯(1000当量)的氢化反应后，催化在90min内完成，而且零转化烯酮添加物。
另外的手性络合物测试50℃下的乙酰苯氢化，并且评估每个反应的对映选择性。结果概述在下面(表2a)。
在更严苛的条件——20atm H2气和在50℃下在1mol％(基于(S,S)-4d)的底物荷载和10mol％碱下——下使用活性(S,S)-4d研究亚胺的氢化。系统被发现对亚胺底物、N-(1-苯基亚乙基)苯胺、或苯基-N-(1-苯基亚乙基)甲胺、或腈底物苄腈的氢化是钝化的。然而，活性亚胺、N-(二苯基膦酰基)苯丙酮亚胺的氢化被观察到在22h中具有5h-1的TOF：
观察到此系统的活性比Beller和同事的协同系统B2的活性更高，其在更严苛的条件下具有大约1h-1的TOF[Zhou,S.；Fleischer,S.；Junge,K.；Beller,M.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,5120-5124]。活性(S,S)-4d的对映选择性高(ee＝90％(S))。
实施例3：催化剂活化步骤的研究
实验
合成络合物5a-d和6a-d的一般程序：小瓶装有THF(5mL)中的[Fe(CO)2(Br)(P-CH＝N-P′)][BF4](～20mg)以生成亮紫色溶液，向其添加LiAlH4直到溶液变为暗黄-棕色(～20mg)。在搅拌10min后，移除溶剂并且将残余物与醚(5-10mL)放在一起以移除灰-黑色沉淀物。添加12-冠醚-4(～4-5滴)以引起灰白色固体([Li(12-冠醚-4)]BH4])的沉淀。真空过滤和干燥得到的溶液以生成黄色残余物。
来自4b-13CO与LiAlH4的反应的化合物化学位移和耦合常数：
具有耦合常数(600MHz,THF-d8)的氢化铁-氢化铝化合物的NMR光谱学化学位移：
a参见图5。b参见图6。c1H NMR(C6D6):-9.5(m),-10.6(m)ppm。d参见图7。合成络合物7和8的一般程序：遵循如针对5a-d和6a-d概述的程序，过量的醇(MeOH或tAmylOH)逐滴添加至最终Et2O溶液直到气体逸出终止(～10滴)。初始黄色的溶液变为橙色。移除溶液并且将残余物与丙烷放在一起并过滤。真空干燥溶液以获得橙色残余物。
7和8的铁预催化剂的NMR化学位移(THF-d8)：
a由于高场氢化物共振的不完全耦合造成的剩余耦合。
如由1H-31P HMBC NMR光谱测定的(S,S)-8d的次要的一氢化铁化合物的NMR光谱学化学位移：
5和6的模型的密度泛函理论计算：使用Gaussian 09进行DFT计算[Frisch,M.J.等,2009,Gaussian 2009Revision B.2001]。M06杂化泛函被用于全部计算[Zhao,Y.；Truhlar,D.Theor.Chem.Acc 2008,120,215-241；Zhao,Y.；Truhlar,D.G.Acc.Chem.Res.2008,41,157-167]。用6-31++G(d,p)基组处理全部原子。自始至终使用消减的(pruned)(99,590)集成网格(Grid＝UltraFine)。使用具有来自SMD溶剂化模型的半径和非静电术语的积分连续介质模型(integral equation formalism polarizablecontinuum model)(IEF-PCM)在四氢呋喃中进行最优化[Marenich,A.V.；Cramer,C.J.；Truhlar,D.G.J.Phys.Chem.B 2009,113,6378-6396]。在最优化的结构上进行完全的振动和热化学分析(1atm,298K)以获得溶剂纠正的自由能(G°)和焓(H°)。最优化的基态被发现具有零的虚频率。
DFT计算(GAUSSIAN09/M06/6-31++G(d,p)/IEF-PCM(THF))——络合物FeH2(CO)(PH2CH2CH2N(AlH2)CH2CH2PH2)(化合物5b的模型；参见图8)的坐标：
电子能＝-2518.60453821
电子能和热能的和＝-2518.391616
电子焓和热焓的和＝-2518.390672
电子能和热自由能的和＝-2518.446116
DFT计算：Li[FeH2(CO)(PH2CH2CH2N(AlH3)CH2CH2PH2)](化合物6b的模型；参见图9A)的坐标：
电子能＝-2526.538617
电子能和热能的和＝-2526.522415
电子焓和热焓的和＝-2526.521471
电子能和热自由能的和＝-2526.581234
合成络合物9的一般程序：虽然已经发现碱对催化是必需的(参见[00118])，但是当底物和氢不存在时，甲醇盐氢化物络合物7b在碱中是不稳定的。当KOtBu被添加至制备的预催化剂7b的C6H6溶液时，橙色溶液在搅拌10min后变为红色。在移除白色沉淀物后，分离的红色残余物的31P{1H}NMR(C6D6)光谱显示了在79.7和101ppm(JPP＝73.0Hz)处作为双联体的主要的化合物，连同次要的化合物和游离的P-CH2NH-P’配体。一旦通过慢扩散丙烷进入C6D6溶液来分离适于X射线衍射的晶体，主要的化合物被鉴定为中性Fe(0)络合物：Fe(Ph2PCH2CH2NHCH2CH2PiPr2)(CO)2，9：
图9B描绘了9的ORTEP图(30％几率下的热椭球体)，其中为了清楚，移除苯基和异丙基取代基的氢原子，并且选择的键长和键角(°)包括Fe(1)-C(6):1.723(2)；Fe(1)-C(5):1.797(2)；Fe(1)-N(1):2.088(2)；Fe(1)-P(2):2.1735(6)；Fe(1)-P(1):2.2038(6)；C(6)-Fe(1)-C(5):93.94(9)；C(6)-Fe(1)-N(1):172.41(9)；C(5)-Fe(1)-N(1):93.07(8)；C(6)-Fe(1)-P(2):89.62(7)；C(5)-Fe(1)-P(2):120.34(6)；C(5)-Fe(1)-P(1):119.37(6)；P(2)-Fe(1)-P(1):119.55(2)；N(1)-Fe(1)-P(2):84.34(5)；C(6)-Fe(1)-P(1):95.00(7)。
讨论
氢化物-氢化铝铁络合物5a-d、6a-d和一氢化物络合物7b(R”’Me)和8b和(S,S)-8d(R”’tAmyl)的合成开始于4a-d的紫色THF溶液，其立刻变为暗棕色并在添加LiAlH4活化剂之后逸出气体：
移除THF和随后移除黑色沉淀物与Et2O得到暗棕-黄色溶液。通过NMR光谱法检验分离的残余物，并且发现包含两个氢化铁-氢化铝种类，其具有如上面显示的在铁上具有经-P-N-P’配体的反式氢(5a-d)、或在铁上具有面-P-N-P’配体的顺式氢(6a-d)。例如，因为5b具有105Hz的大JPP，所以认为其具有经式构型，而认为6b是具有20Hz的小JPP的面式。由于没有添加至反应质子源，所以假设Al仍作为AlH3结合至酰胺。27Al NMR光谱学支持此假设，因为其在100ppm处展示出大的宽信号；与IR光谱学一样，其在1783and 1648cm-1处具有νAl-H吸收[Ares,J.R.；Aguey-Zinsou,K.F.；Porcu,M.；Sykes,J.M.；Dornheim,M.；Klassen,T.；Bormann,R.Mater.Res.Bull.2008,43,1263-1275]。化合物H2Al[N(CH2CH2NMe2)2]AlH3提供了这样的铝烷-酰胺加合物的先例[Luo,B.；Kucera,B.E.；Gladfelter,W.L.DaltonTrans.2006,0,4491-4498]。认为存在多至两种构型的结构5(H反式至H和H反式至N)；然而，如绘制的，只有反式是主要的结构。对于结构6，只存在一种构型和其6a和6b的其对映体，和6c的仅一种(无对映体)，但是对于R或S构型中具有氮的(S,S)-6d存在两种非对映体。如上面显示的，化学位移、耦合常数、以及DFT计算(参见上面)被用于支持氢化铁种类5和6的试验性结构。
对于结构5和6的DFT分析，采用简化的结构，其中氢替换磷上的取代基，如图8(针对氢化物-氢化铝5)和9(针对6)中显示的。反式氢化物-氢化铝具有1.54和的Fe-H距离，后者是由于与铝的反应。氢化物与四极铝以Al-H的反应解释了5b的1H NMR光谱中的-10.9ppm处对应的氢化物共振的增宽。络合物6的顺式氢化物-氢化铝具有的Fe-H距离，并且那些氢处于距铝较远的距离(Al-H 1.92,)，其解释了那些共振为什么没那么宽，并且在区域-11至-12ppm中表现为假AA’XX’图案，这是由于类似的氢化物环境和磷环境在围绕铁的八面体的近似方形平面中的排列。Li+被计算为与AlH3单元成对的离子，但是在THF溶液中，其可能也已经具有THF配位；如记载的，通过NMR检测Li+。
一个观察是络合物5c和6c由包含对称PPh2CH2CH2NCH2CH2PPh2配体的起始络合物4c形成。由31P{1H}NMR光谱明显的是，其中5c和6c给出单峰，这是由于等价的磷原子核(参见图11)。这被认为是显而易见：在催化剂活化期间络合物4a-d中的亚胺基团减少。
观察到催化氢化活性可以取决于使用的醇的性质，并且正因如此，通过NMR分别检验用MeOH和tAmylOH处理氢化铁氢化铝络合物。在添加过量的醇至络合物5和6的C6H6或THF溶液后，形成铁预催化剂经式Fe(H)(OR”’)(CO)(P-CH2NH-P’)(7的情况下R”’＝Me；8的情况下R”’＝tAmyl)(参见[00141])。溶液的颜色随着气体逸出从黄色改变为橙色。分离的残留物的NMR光谱显示了具有类似图案的多种氢化铁络合物；然而，它们是一氢化铁络合物。详细地检验络合物7b、7b-13CO、8b和(S,S)-8d的1H、31P和13C NMR光谱以区分和与tAmylOH反应相比与MeOH反应之间的差异(参见[00134]段)。31P{1H}NMR光谱证明了不存在P-N-P’配体的解离，并且对于8的溶液对7的溶液，存在磷共振的低场(downfield)位移，因而提供醇盐配体的证据。主要的一氢化铁化合物假设具有经式结构，其具有P-N-P’配体的反式磷基团，因为2JPP在120-150Hz的范围内。1H NMR光谱氢化物共振的2JHP值大于50Hz，其还与具有对磷顺式的氢化物的结构一致(参见[00134])。1H-31P HMBCNMR光谱能够关联氢化物共振至7b、7b-13CO和(S,S)-8d的适当的磷共振。7b-13CO的1H-13C HMBC NMR光谱显示独特地关联每个氢化物至一种CO配体。
因此，可以认为每种异构体具有经式构型，其具有一个P-NH-P’、氢化物、醇盐和羰基配体。单齿配体的反式位置因为NH基团的位置是不等价的。因此，可以确定可能的甲醇盐异构体的总数目是：7a和7b六种(和六种对映体)，7c三种且(S,S)-7d六种。8的tAmyl衍生物具有相同数目的异构体(参见下面的DFT分析)。
额外地，多种氢化物种类7b的相对比似乎取决于精确的反应条件轻微地变化：使用稍微少的醇似乎有助于形成在-18.6ppm处具有1H NMR信号的氢化物种类(参见[00134])；而使用过量的醇生成更少的-18.6ppm氢化物种类，和在-22.7ppm处具有1H NMR氢化物信号的新种类。存在不关联至也检测到的任何氢化物的单独的种类，并且指定为零价Fe(CO)2(P-CH2NH-P’)络合物9，其具有101.0和79.7ppm处的31P{1H}双联体以及73Hz的JPP。此络合物的形成与碱的存在相关联(参见[00139])，在LiOH的情况下，其可能由在溶剂中与痕量的水反应的氢化物产生。此络合物的存在显示了配体再分配反应是可能的。在24-48小时的时期内，-18.6ppm处的氢化物信号和全部次要的氢化物种类消失，留下具有-21.6和-22.7处1:1比率的仅两种氢化物种类的光谱。1H-31P HMBC和1H-13C HMBC使氢化物能够关联至每个异构体的其它核心。-21.6ppm的氢化物是具有JHP＝52和57Hz的双联体的双联体，并且关联至在94.8和75.3ppm处具有JPH＝30和JPP＝137Hz的双联体的31P双联体。此氢化物还关联至CO在222.8ppm处的13C{1H}NMR信号、P-C(Ph)的139.7ppm和PC(iPr)的24.5ppm。类似地，-22.7ppm的氢化物是具有JHP＝52和56Hz的双联体的双联体，并且关联至在95.7和75.0ppm处具有JPH＝21和JPP＝136Hz的双联体的31P双联体，和CO在222.4ppm处的13C{1H}NMR信号、P-C(Ph)的139.5ppm和PC(iPr)的24.6ppm。这些种类是相当类似的，并且已知为一氢化物、单羰基、铁PNP种类，并且因而建议为经-Fe(H)(OMe)(CO)(P-CH2NH-P’)，其中N-H分别相对于每个异构体的氢化物上上下下。-21.6ppm的氢化物因此被认为是动力学产物，而-22.7ppm的氢化物被认为是热力学产物。
为了验证甲醇盐配体的存在，标记的醇13CH3OH被用于制备7b。然而，仅检测到自由的13CH3OH共振；这可能由于甲醇盐和甲醇共振的动态平均，因为醇盐配体通常氢键结合至醇作为氢键结合阴离子[ROH..OR]-[Clapham,S.E.；Guo,R.；Zimmer-De Iuliis,M.；Rasool,N.；Lough,A.；Morris,R.H.Organometallics 2006,25,5477-548681；Baratta,W.；Ballico,M.；Esposito,G.；Rigo,P.Chem.Eur.J.2008,14,5588-5595]。没有检测到Fe-13CO信号的增强，并且这显示存在的7b和任何9的异构体不包含衍生自醇的羰基配体[Zhang,J.；Gandelman,M.；Shimon,L.J.W.；Rozenberg,H.；Milstein,D.Organometallics2004,23,4026–4033；Kloek,S.M.；Heinekey,D.M.；Goldberg,K.I.Organometallics 2006,25,3007-3011]。
如最优化的，在-21.6和-22.7ppm处包含仅两种氢化物异构体的7b的预制溶液测试用于在5atm H2压力和50℃下将乙酰苯氢化为1-苯乙醇。这些溶液是活性的，在小于15分钟内转化1000当量的底物，但仅在存在碱的情况下。
没有被络合物9污染的氢化物络合物8b的混合物还测试用于在存在碱(KOtBu)的情况下在THF中在50℃和25atm H2下的乙酰苯氢化。在基于用于合成8b的4b的初始量的0.2mol％的催化剂荷载的情况下，乙酰苯至1-苯乙醇的完全转化在10min内发生。
醇盐种类7和8(参见[00134])的1H NMR氢化物共振被发现在化学位移和耦合常数上与Fe{2,6-(PiPr2CH2)2C5H3N}(H)(CO)(OiPr)类似，如由Milstein等报道的[Langer,R.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2120-2124]。然而，后者展示了在-19.5ppm处具有JHP＝53.5的三联体氢化物共振，并且被认为是预催化剂M2(图1)的催化活性形式。
手性络合物(S,S)-8d还存在为一氢化铁化合物与两种主要的异构体的混合物(参见[00134])。另外，大的2JPP指示P-CH2N-P’配体的反式膦配位，而大的2JHP指示顺式氢化物和膦配体；然而，这些次要化合物的磷化学位移仅经由1H-31P HMBC光谱鉴定，其暗示它们相对于(S,S)-8d的两种主要的异构体处于低浓度(参见[00135])。尽管这些络合物存在为异构体的混合物，但是它们对酮氢化具有活性，并且对于(S,S)-8d具有良好的对映选择性。例如，氢化物的混合物以与原位活化的预催化剂(S,S)-4d相同的e.e.催化乙酰苯氢化为1-苯乙醇：
实施例4：如通过DFT分析测定的异构醇盐氢化物(S,S)-7d的性质
实验
(S,S)-7d的简化模型的密度泛函理论计算：使用Gaussian 09进行DFT计算[Frisch,M.J.等,2009,Gaussian 2009Revision B.2001]。M06杂化泛函被用于全部计算[Zhao,Y.；Truhlar,D.Theor.Chem.Acc 2008,120,215-241；Zhao,Y.；Truhlar,D.G.Acc.Chem.Res.2008,41,157-167]。用6-31++G(d,p)基组处理全部原子。自始至终使用消减的(99,590)集成网格(Grid＝UltraFine)。使用具有来自SMD溶剂化模型的半径和非静电术语的积分连续介质模型(IEF-PCM)在四氢呋喃中进行最优化[Marenich,A.V.；Cramer,C.J.；Truhlar,D.G.J.Phys.Chem.B 2009,113,6378-6396]。在最优化的结构上进行完全的振动和热化学分析(1atm,298K)以获得溶剂纠正的自由能(G°)和焓(H°)。最优化的基态被发现具有零的虚频率。使用GAMESS对(S,S)-7d异构体的完整结构进行DFT气相计算[GAMESS,http://www.msg.chem.iastate.edu/GAMESS/GAMESS.html；Schmidt,M.W.；Baldridge,K.K.；Boatz,J.A.；Elbert,S.T.；Gordon,M.S.；Jensen,J.H.；S.Koseki；Matsunaga,N.；Nguyen,K.A.；Su,S.J.；Windus,T.L.；Dupuis,M.；Montgomery,J.A.J.Comput.Chem.,1993,14,1347]。使用M06泛函。用具有有效原子实势(effectivecore potential)的LANL2DZ基组处理铁[Hay,P.J.；Wadt,W.R.J.Chem.Phys.1985,82,270；ibid 284；ibid 299]。用6-31G基组处理原子C、H、N、O和P(参见图10A)。
具有与N-H相邻的反-(H)(OCH3)和OCH3的(S,S)-7d，F(参见图12A和12B)的大多数稳定的简化模型的示例性密度泛函理论(Gaussian09M06/6-31++G(d,p)/(IEF-PCM)SMD(THF)结果：
Fe-H＝1.55,Fe-C＝1.69,Fe-O＝1.99,Fe-N＝2.07,Fe-P(PPh2)＝2.23,Fe-P
(PCy2)＝2.24
E°＝E°＝4.27
ΔGsolv＝-1598206.011
讨论
为了支撑研究的全部醇盐的结构排列，通过DFT研究分析所述可能的异构体的相对稳定性。初始研究利用大基组处理甲醇盐异构体的简化结构，其中磷上的苯基替换为氢，并且其中环己基和主链苯基替换为甲基。设计此研究以揭示通过NMR研究建立的具有经-P-NH-P’配体立体化学的电子优选的异构体。在六种可能的非对映体中，具有对羰基反式的氢化物的两种异构体被发现能量是高的，并且因而太不稳定而难以形成(参见[00154]段)。具有对甲醇盐反式的氢化物，和具有靠近NH的甲醇盐的异构体是最稳定的。
使用以较小基组处理的完整结构的气相计算探究对异构体的相对稳定性的立体作用(参见图10)。存在四种能量低的非对映体，其具有最稳定的异构体F。甲醇盐氧在N-H基团(O..H:)的氢键距离内。
实施例5：经由二氢化物络合物检验活化的机制
下面描述使用NMR光谱学和DFT计算的研究以测定催化剂活化和使用络合物7b或(S,S)-7d用于酮氢化的催化期间存在的活性氢化物种类的结构和/或特性。这些研究早期，在1H NMR光谱中观察到与先前已知的反式二氢化物络合物类似的氢化物共振[Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.-Eur.J.2012,18,7196-7209]，因此继续进行活化和催化的机制的更详细的检验。
一般实验
除非另外规定，全部程序和操作使用标准的Schlenk线和手套箱技术在氩或氮气氛下进行。除非另外规定，在全部操作和反应之前使用标准程序使溶剂脱气或干燥。氘化溶剂购自Cambridge Isotope Laboratories或Sigma-Aldrich，在使用之前通过活性分子筛脱气和干燥。全部其它试剂购自商业来源，并且利用而不进一步纯化。除非另外规定，使用Varian Gemini 400MHz光谱仪(1H400MHz、13C 100MHz、19F 376MHz、和31P 161MHz)、或Agilent DD2-600MHz光谱仪(1H 600MHz、13C 151MHz、19F 564MHz、和31P 243MHz)在环境温度和压力下记录NMR光谱。相对于部分氘化的溶剂峰至测量1H和13CNMR，但是相对于四甲基硅烷(TMS)报道。相对于85％的磷酸测量31P化学位移作为外部参考。在装备有手性柱(CPchirasil‐Dex CB 25m×2.5mm)的Perkin Elmer Clarus 400色谱仪上进行气相色谱分析以测定底物转化和对映纯度。氢气被用作流动相，并且烘箱温度设定为130℃。苯乙醇的保留时间是7.58和8.03分钟，而对于乙酰苯是4.56分钟。在恒温和恒压下，在50mL不锈钢Parr氢化反应器中进行全部氢化反应。使用恒温水浴将温度维持在50℃，并且通过用5atm的H2(g)冲洗反应器数次来清除氧。
预催化剂的合成：根据前述程序生成铁预催化剂经-反-[Fe(Br)(CO)2(P-CH＝N-P′)][BF4](参见，例如，[00100]段)；与醇盐一氢化物络合物FeH(OR’)(CO)(P-CH2NH-P′)(7b和(S,S)-7d；参见上面)一样。
反式二氢化物络合物(11a-b/12a-b)的合成：遵循醇盐一氢化物络合物FeH(OR’)(CO)(P-CH2NH-P′)(7b和(S,S)-7d)的制备，各个醇盐一氢化物络合物的THF-d8溶液(0.6mL)被传递至Schlenk瓶，并且与1atm氢反应。在H2(g)下搅拌5分钟后，碱(～8mg)被添加在H2(g)下的THF-d8(0.3mL)中。使用的碱包括KOtBu、NaOtBu、Ph-CH(OK)CH3和NaOMe；然而，已经发现NaOMe不上有效的碱，并且贯穿测试主要地使用KOtBu。在添加碱之后，亮橙色溶液迅速地变为亮粉色，然后在30分钟内变为暗绿/棕色。溶液然后被注入填充有H2(g)的NMR管，然后使用31P和1H NMR光谱学观察到由于二氢化物造成的共振。
9:1比率的反式二氢化物11a和顺式二氢化物12a的混合物的NMR数据。11a：31P{1H}NMR(THF-d8)118.0(d)和95.8ppm(d,JPP(反式)118Hz)。1H NMR(THF-d8)-9.05和-9.16ppm(ABXY图案的AB部分，2JHH＝JAB＝9.8Hz，2JPP(反式)＝JXY＝118.0Hz，并且2JHP(顺式)(JAX,JAY,JBX,JBY)＝42.0，42.0，43.0和43.0Hz。12a：31P{1H}NMR(THF-d8)114.5(d)和93.0ppm(d,JPP90Hz)1H NMR(THF-d8)-8.1ppm(m)和-20.6ppm(m)。
1:1比率的反式二氢化物11a和顺式二氢化物12a的混合物的NMR数据。11b：31P{1H}NMR(THF-d8)110.2(d)和106.5ppm(d,JPP 113.6Hz)。1H NMR(THF-d8)-8.56和-8.94ppm(m，ABXY图案的AB部分)。12b：31P{1H}NMR(THF-d8)102.5(d)和109.7ppm(d,JPP(反式)116.4Hz)。1H NMR(THF-d8)-7.31ppm(m)和-21.00ppm(m)。
为了进一步移除过量的碱，苯(3mL)被添加至填充氮的手套箱中的小瓶中的溶液。溶液然后过滤通过硅藻土并被干燥。为了是溶液干燥，THF-d8(0.7mL)被添加并且在H2(g)下进一步搅拌10分钟，并且给出与上面报道的分析一致的分解的1H NMR光谱。
预制的二氢化物催化剂系统的氢化研究：THF(7mL)中的乙酰苯(0.3mL,2.6mmol)的原液逆着氢流注入Parr反应器，其被加热至50℃并且加压至5atm H2(g)。装备有1mL注射器的12英寸针头用于从如上面概述而制备的橡胶隔片加盖的NMR管移除二氢化物11a-b/12a-b的THF-d8溶液，并且逆着氢流注入反应器。在规定时间，使用针头和注射器在氢流下从反应器移除少量的样品，并且注入气相色谱仪用于分析。
原位生成的系统的氢化研究：在填充氩的手套箱中，小瓶装有[Fe(CO)2(Br)(PNP′)][BF4](4b,(S,S)-4d)(5mg,0.006mmol)和3mL THF。向此溶液添加THF(1.0M溶液中0.05mL)中的LiAlH4，在其后溶液的颜色从粉色立刻改变为暗棕色。在搅拌5分钟后，添加醇(例如：2-甲基-2-丁醇)(0.5mL)，并且允许搅拌溶液另外的10分钟。溶液然后被传递至装备有12英寸针头的注射器。相同的小瓶然后装有乙酰苯(0.35mL,3.0mmol)和3mL THF。将溶液放入已经包含预催化剂的相同注射器，并且塞住。在装备有12英寸针头的第二注射器中，放入3mL THF中碱(0.08mmol的KOtBu、NaOtBu或NaOMe)的溶液并且塞住。从手套箱移除两个注射器，并且逆着氢流注入被加热至50℃和加压至5atm H2(g)的Parr反应器。在规定时间，使用针头和注射器在氢流下从反应器移除少量的样品，并且注入气相色谱仪用于分析。如下面讨论的，使用KOtBu或NaOtBu在15分钟内观察到完全转化。然而，使用NaOMe，在3小时后没有观察到转化为产物醇。
对于其中穴状配体被添加至催化剂系统的实验，装备有12英寸针头的第三注射器装有0.8mL THF中的2,2,2-穴状配体(36mg,0.095mmol)并被塞住。在添加催化剂/乙酰苯和碱溶液2分钟后，此溶液被注入Parr反应器。如下面讨论的，转化为醇在15分钟内完成，与没有穴状配体的系统一样；这建议在催化期间没有与阳离子的反应。
计算的细节：使用Gaussian09软件包[Frisch,M.J.2010；Vol.Gaussian09Revision B.01]和M11-L杂化泛函[Peverati,R.；Truhlar,D.G.J.Phys.Chem.Lett.2011,3,117-124；Kulkarni,A.D.；Truhlar,D.G.J.Chem.TheoryComput.2011,7,2325；Zhao,Y.；Truhlar,D.Theor.Chem.Acc.2008,120,215；d)Zhao,Y.；Truhlar,D.G.J.Chem.Phys.2006,125,194101]进行密度泛函理论计算。用于EDS计算的泛函提供在表3中。用6-31++G(d,p)基组处理全部原子，其包括扩散基函数(diffuse basisfunction)，除了其中使用6-31G基组的EDS计算外[Clark,T.；Chandrasekhar,J.；Spitznagel,G.W.；Schleyer,P.V.R.J.Comput.Chem.1983,4,294；Lynch,B.J.；Zhao,Y.；Truhlar,D.G.J.Phys.Chem.A 2003,107,1384；Frisch,M.J.；Pople,J.A.；Binkley,J.S.J.Chem.Phys.1984,80,3265]。自始至终使用消减的(99,590)集成网格(Grid＝UltraFine)。使用具有来自SMD溶剂化模型的半径和非静电术语的积分连续介质模型(IEF-PCM)[Tomasi,J.；Mennucci,B.；Cammi,R.Chem.Rev.2005,105,2999；Tomasi,J.；Mennucci,B.；Cancès,E.J.Mol.Struct.(THEOCHEM)1999,464,211]在THF中进行最优化[Marenich,A.V.；Cramer,C.J.；Truhlar,D.G.J.Phys.Chem.B 2009,113,6378]。通过进行内禀反应坐标(IRC)计算，基态被连接至它们的过渡态[Fukui,K.Acc.Chem.Res.1981,14,363]。以它们的单重态和三重态计算络合物13a和16a用于比较(图13)。驻点由正常模式分析表征。在最优化结构上进行完整的振动和热化学分析(1atm,298K)以获得溶剂纠正的自由能(G°)和焓(H°)。最优化的基态被发现具有零的虚频率，而过渡态被发现具有一的虚频率。通过ChemCraft生成三维可视化的计算的结构。
通过NMR光谱学鉴定二氢化物种类
考虑到前述的工作实施例，目标是鉴定当用碱活化前体醇盐络合物以产生用于酮氢化的催化剂溶液(例如，参见上面的方案)时形成什么含铁种类。在没有碱的情况下，络合物7b与氢在THF-d8中的反应在24h后生成没有改变。在存在氢的情况下，添加碱(KOtBu或NaOMe)至7b导致消耗起始材料，并且形成新的二氢化物种类11a，具有在118.0和95.8ppm处具有JPP 118Hz的31P{1H}NMR双联体，以及具有集中在-9.10ppm处的1H NMR氢化物信号。此外，存在少量(10％)的顺式二氢化物异构体12a，其具有在其31P{1H}NMR光谱中的114.5和93.0ppm处具有JPP 90Hz的双联体，连同在其1H NMR光谱中的-8.1和-20.6ppm处的络合物三联体，其通过31P-1H HMBC相关联(参见下面的方案)。
11a的反式二氢化物信号类似于由Milstein和同事报道的二氢化物J的对应异构体的信号(参见图14)；[Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.-Eur.J.2012,18,7196-7209]，其中差异是本文所述的反式络合物具有不等价的氢化物。选择性地耦合与11a相关联的118.0和95.8ppm31P信号二者将这些信号分解为在-9.05和-9.16ppm处具有JHH 9.8Hz的两个氢化物双联体。由于存在胺基团，反式氢化物是非对映异位的。具有不等价的反式二氢化物的络合物被认为是罕见的：反-FeH2(meso-tetraphos)具有JHH 18Hz[Bautista,M.T.；Earl,K.A.；Maltby,P.A.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.1988,110,4056-4057；Bautista,M.T.；Earl,K.A.；Maltby,P.A.；Morris,R.H.；Schweitzer,C.T.Can.J.Chem.1994,72,547-560]，而顺式二氢化物通常具有13-21Hz范围内的JHH[Lagaditis,P.O.；Sues,P.E.；Sonnenberg,J.F.；Wan,K.Y.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2014,136,1367-1380；Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.-Eur.J.2012,18,7196-7209；Trovitch,R.J.；Lobkovsky,E.；Chirik,P.J.Inorg.Chem.2006,45,7252-7260；Gusev,D.G.；Hubener,R.；Burger,P.；Orama,O.；Berke,H.J.Am.Chem.Soc.1997,119,3716-3731；Schott,D.；Callaghan,P.；Dunne,J.；Duckett,S.B.；Godard,C.；Goicoechea,J.M.；Harvey,J.N.；Lowe,J.P.；Mawby,R.J.；Müller,G.；Perutz,R.N.；Poli,R.；Whittlesey,M.K.Dalton Trans.2004,3218-3224]；并且C6D6中的络合物M(图14)具有JHH9.6[Bornschein,C.；Werkmeister,S.；Wendt,B.；Jiao,H.；Alberico,E.；Baumann,W.；Junge,H.；Junge,K.；Beller,M.Nat.Commun.2014,5,doi10.1038/ncomms5111；Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567]。118Hz JPP的11a具有与7b(JPP 136Hz)类似的量级，其具有金属中心上的经式P-N-P’构型中的反式磷原子核[Lagaditis,P.O.；Sues,P.E.；Sonnenberg,J.F.；Wan,K.Y.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2014,136,1367-1380]，因而指示11a中的配体页处于经式构型，如上面的方案中显示的。使用预测软件MestReNova 8模拟的氢化物的共振图案指示JPH耦合至PiPr2且PPh2基团是42Hz，稍微低于针对络合物7b和(S,S)-7d观察到的50-60Hz分裂，但是类似于针对二氢化物J观察到的40.3Hz[Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.-Eur.J.2012,18,7196-7209]。
THF-d8中的手性系统(S,S)-7d与KOtBu在二氢下的反应以大约1:1的比率分别生成反式和顺式二氢化物异构体(S,S)-11b和(S,S)-12b。对于经式(P-N-P’)配体中的反式磷原子核，二氢化物(S,S)-11b具有在其31P NMR光谱中的110.2和106.5ppm处具有2JPP＝113.6Hz的两个双联体。两组氢化物多重态共振在-8.56和-8.94ppm处具有2JHH＝9.3Hz的其31P NMR光谱中是明显的；它们通过1H-31P HMBC关联于110.2和106.5ppm 31P信号。顺-(S,S)-12b的31P NMR光谱具有在102.5和109.7ppm处具有2JPP＝116.4Hz的双联体，其中氢化物多重态在1H NMR光谱中的具有2JHH＝15.5Hz的-7.31和-21.00ppm处出现，其类似于M的顺式二氢化物异构体[图14，Bornschein,C.；Werkmeister,S.；Wendt,B.；Jiao,H.；Alberico,E.；Baumann,W.；Junge,H.；Junge,K.；Beller,M.Nat.Commun.2014,5,doi 10.1038/ncomms5111；Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567]。
已经报道了图14的反式二氢化物J[Langer,R.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2120-2124]和M[Bielinski,E.A.；Lagaditis,P.O.；Zhang,Y.Y.；Mercado,B.Q.；Wurtele,C.；Bernskoetter,W.H.；Hazari,N.；Schneider,S.J.Am.Chem.Soc.2014,136,10234-10237]在室温下在NMR时标上与顺式二氢化物互换。在11a和12b之间NOESY光谱的中检测不到互换。然而，已经观察到二氢化物总是维持相同的浓度比，这表明它们在较慢的时标上互换。也已经已知其它非刚性的、六配位二氢化铁络合物经历动态异构化[Langer,R.；Iron,M.A.；Konstantinovski,L.；Diskin-Posner,Y.；Leitus,G.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Chem.-Eur.J.2012,18,7196-7209；Gerlach,D.H.；Peet,W.G.；Muetterties,E.L.J.Am.Chem.Soc.1972,94,4545-4549；Meakin,P.；Muetterties,E.L.；Jesson,J.P.J.Am.Chem.Soc.1973,95,75-88.]。
7b与KOtBu在THF-d8中在氩下的反应迅速地产生了二羰基络合物9和其它种类(参见图15)。这与溴代氢化络合物K或溴代氢化络合物L——其与KOtBu在Ar下反应以得到在图14中显示的酰氨基氢化络合物N——的反应形成对比[Bornschein,C.；Werkmeister,S.；Wendt,B.；Jiao,H.；Alberico,E.；Baumann,W.；Junge,H.；Junge,K.；Beller,M.Nat.Commun.2014,5,doi10.1038/ncomms5111；Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567；Bielinski,E.A.；Lagaditis,P.O.；Zhang,Y.Y.；Mercado,B.Q.；Wurtele,C.；Bernskoetter,W.H.；Hazari,N.；Schneider,S.J.Am.Chem.Soc.2014,136,10234-10237]。通过单晶X射线衍射说明N的结构[Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567]。与未观察到的酰氨基种类13a(图16)上的PiPr2和PPh2的组合相比，关于形成铁(0)种类，N中的配体上的两个PiPr2基团似乎对稳定此类型的酰氨基络合物更有效。可以认为更小的PPh2基团可以允许发生分子间羰基交换，其最终通过还原消除过程、或13a中的氢化和酰氨基供体的直接还原消除导致铁(0)二羰基9和其它种类(下面讨论的)。
催化测试
为了确定二氢化物络合物11a/12a是否是本文所述的催化的活性种类，用乙酰苯测试络合物以计量H2下至1-苯乙醇的转化。因此，二氢化物11a/12a的THF-d8溶液连同0.3mL乙酰苯(催化剂:底物～1:500)被注入设定为50℃和5bar H2的加压Parr反应器；在小于15分钟内观察到完全转化为1-苯乙醇。由4b(上面描述的)原位生成的催化剂也在15分钟内实现完全转化。不希望受限于理论，可以认为这表明二氢化物种类11a/12a是活性催化剂，或进入催化循环的进入点。在相同的条件下，对于具有83％(S)-1-苯乙醇的e.e.的手性二氢化物(S,S)-(S,S)-11b/12b的溶液，观察到相同的转化，如针对原位生成系统报道的一样。因而，通过NMR观察到的二氢化物在对映选择性催化系统中是相同的。换句话说，通过NMR可观察到的二氢化物(S,S)-11b/12b显示了与由(S,S)-4d生成的原位系统相同的活性和选择性，其指示其是催化中的活性种类，或直接导致催化中的活性种类。可以观察到，如果0.05mL的乙酰苯被注入包含二氢化物11a/12a的J-Young NMR管，并且维持30℃下1atm H2的压力，则二氢化物共振消失并且通过GC检测到低浓度的1-苯乙醇(phenyethanol)。催化剂系统在30℃下是活性的，但是高于1atm的压力是催化剂转换所必需的。
如上面描述的，生成二氢化物似乎需要碱。为了进一步测试这个，包含二氢化物种类11a/12a的种类被干燥，并且任何残余物重新溶解在苯中，并且过滤出全部过量的碱；二氢化物溶液然后直接地注入加压至5atm H2的反应器。然而，观察到最低的催化，这表明需要碱生成二氢化物络合物，并且催化转换需要碱。假设观察到的对碱的需要是催化期间过量的醇的结果，其可以促进铁络合物被转化回醇盐络合物，比如7b。不希望受限于理论，可以认为过量的碱对使醇盐络合物返回至催化循环是必需的，如下面进一步讨论的。此提议与以下一致：包含络合物8(R”’＝tAmyl)的系统比包含络合物7(R”’＝Me)的系统生成更活跃的催化剂系统，其形成具有更小空间位阻的更稳定的醇盐。
不希望受限于理论，观察到的在催化期间需要碱存在的另一个解释认为如下：由钾稳定的阴离子酰氨基种类参与催化循环。这样的种类的存在已经被建议在酮氢化期间用于Noyori钌二胺催化剂系统[Hartmann,R.；Chen,P.Angew.Chem.Int.Ed.2001,40,3581-3585；John,J.M.；Takebayashi,S.；Dabral,N.；Miskolzie,M.；Bergens,S.H.J.Am.Chem.Soc.2013,135,8578-8584；Dub,P.A.；Henson,N.J.；Martin,R.L.；Gordon,J.C.J.Am.Chem.Soc.2014,136,3505-3521]。已经发现添加1.1当量/2,2,2-穴状配体的钾离子至7b/KOtBu/乙酰苯/H2(5atm)的活性催化剂混合物对催化速率没有影响。因为形成稳定的[K(2,2,2-穴状配体)]+络合物应当已经阻止钾开始与酰氨基配体、醇盐碱或酮底物结合，所以这排除如向Noyori系统建议的钾特异性机制。
酮氢化的假设的机制
观察到反式二氢化胺络合物11a和(S,S)-11b在催化活性溶液中导致建议的氢化途径[Alberico,E.；Sponholz,P.；Cordes,C.；Nielsen,M.；Drexler,H.-J.；Baumann,W.；Junge,H.；Beller,M.Angew.Chem.Int.Ed.2013,125,14412-14416；Chakraborty,S.；Dai,H.；Bhattacharya,P.；Fairweather,N.T.；Gibson,M.S.；Krause,J.A.；Guan,H.J.Am.Chem.Soc.2014,136,7869-7872；Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567；Abdur-Rashid,K.；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Harvey,J.N.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2002,124,15104-15118；Abdur-Rashid,K.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Organometallics 2000,19,2655-2657；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Morris,R.H.Coord.Chem.Rev.2004,248,2201-2237；Hadzovic,A.；Song,D.；MacLaughlin,C.M.；Morris,R.H.Organometallics 2007,26,5987-5999；e)Noyori,R.Angew.Chem.Int.Ed.2002,41,2008-2022；Bertoli,M.；Choualeb,A.；Lough,A.J.；Moore,B.；Spasyuk,D.；Gusev,D.G.Organometallics2011,30,3479-3482]，如图16中显示的。该机制还由在下面讨论的DFT计算支持。
需要碱以生成与二氢反应的中间体，其被认为是氢化酰氨基络合物13a，类同于通过DFT计算确定的结构N，如图14中显示的。类似络合物FeH(CO)(PiPr2CH2CH2NCH2CH2PiPr2)的结构最近已经通过单晶X射线衍射确定[Chakraborty,S.；Brennessel,W.W.；Jones,W.D.J.Am.Chem.Soc.2014,136,8564-8567]。建议碱结合释放的醇，在低介电常数溶剂(THF)中形成形式K[RO-HOR’]的氢键结合的醇盐加合物。根据DFT计算，起始醇盐络合物7b很稳定而不需要添加碱。以与16电子钌氢化酰氨基络合物RuH(NH-L)(PR3)2类似的方式，反式添加二氢至络合物13a中的氢化物[Abdur-Rashid,K.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Organometallics 2000,19,2655-2657；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Morris,R.H.Coord.Chem.Rev.2004,248,2201-2237；Hadzovic,A.；Song,D.；MacLaughlin,C.M.；Morris,R.H.Organometallics 2007,26,5987-5999]，被发现导致反式二氢化物络合物11a。与钌系统不同，已经发现二氢还可以被反式添加至13a中的羰基以产生顺式二氢化物12a。
然后建议反式二氢化物络合物传递来自配体的氮的质子，和来自铁的氢化物至酮的羰基以得到醇产物，因而再生酰氨基络合物13a。已知钌[Abdur-Rashid,K.；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Harvey,J.N.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2002,124,15104-15118；Abdur-Rashid,K.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Organometallics 2000,19,2655-2657；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Morris,R.H.Coord.Chem.Rev.2004,248,2201-2237；Hadzovic,A.；Song,D.；MacLaughlin,C.M.；Morris,R.H.Organometallics 2007,26,5987-5999；Abbel,R.；Abdur-Rashid,K.；Faatz,M.；Hadzovic,A.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2005,127,1870-1882；Hamilton,R.J.；Bergens,S.H.J.Am.Chem.Soc.2008,130,11979-11987；Takebayashi,S.；Bergens,S.H.Organometallics 2009,28,2349-2351；Takebayashi,S.；John,J.M.；Bergens,S.H.J.Am.Chem.Soc.2010,132,12832-12834]和锇[Bertoli,M.；Choualeb,A.；Lough,A.J.；Moore,B.；Spasyuk,D.；Gusev,D.G.Organometallics 2011,30,3479-3482]上的反式二氢化物迅速地攻击在在它们的外配位层中的酮、酯和亚胺；其中在金属-配体双官能过程中，有时以分步的方式，金属转移氢化物至羰基碳，并且胺传递质子至羰基氧[Noyori,R.Angew.Chem.Int.Ed.2002,41,2008-2022；Bertoli,M.；Choualeb,A.；Lough,A.J.；Moore,B.；Spasyuk,D.；Gusev,D.G.Organometallics 2011,30,3479-3482]。已经建议氢化铁络合物进行相同的双官能传递[Morris,R.H.Chem.Soc.Rev.2009,38,2282-2291；Sues,P.E.；Demmans,K.Z.；Morris,R.H.Dalton Trans.2014,43,7650-7667；Sui-Seng,C.；Freutel,F.；Lough,A.J.；Morris,R.H.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,940-943；Prokopchuk,D.E.；Morris,R.H.Organometallics 2012,31,7375-7385；Zuo,W.；Tauer,S.；Prokopchuk,D.E.；Morris,R.H.Organometallics 2014,doi:10.1021/om500479q]。
进一步假设产物醇可能还与酰氨基络合物13a以类似于甲醇的方式反应，如图16中显示的。因而可以认为通过二氢或醇捕集酰氨基络合物13a可以保护它免于可以导致催化降解为二羰基9和其它种类的还原消除途径、或双分子羰基交换途径。
DFT研究
使用泛函M11-L与6-31++G(d,p)基组与THF溶剂化模型，完成参与使用7b的催化循环的每个中间体和过渡态的结构优化。重要的结构和过渡态显示在图17中；催化过程的反应坐标图显示在图18中。全部能量参考二氢化物11a的能量。二氢化物具有扭曲的八面体结构，其具有(H反式于H)的Fe-H距离，由于分别与羰基和胺配体相比更高的氢化物配体的反式影响，其长于针对12a计算的1.54(C反式于H)和(N反式于H)的键长[Abdur-Rashid,K.；Clapham,S.E.；Hadzovic,A.；Harvey,J.N.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2002,124,15104-15118；Abbel,R.；Abdur-Rashid,K.；Faatz,M.；Hadzovic,A.；Lough,A.J.；Morris,R.H.J.Am.Chem.Soc.2005,127,1870-1882；Bau,R.；Chiang,M.Y.；Ho,D.M.；Gibbins,S.G.；Emge,T.J.；Koetzle,T.F.Inorg.Chem.1984,23,2823；Rybtchinski,B.；Ben-David,Y.；Milstein,D.Organometallics 1997,16,3786-3793；Lin,Z.；Hall,M.B.Coord.Chem.Rev.1994,135/136,845-879]。这些值与使用单晶中子衍射在其它氢化铁中测定的那些一致[Bau,R.；Chiang,M.Y.；Ho,D.M.；Gibbins,S.G.；Emge,T.J.；Koetzle,T.F.Inorg.Chem.1984,23,2823；Ho,N.N.；Bau,R.；Mason,S.A.J.Organomet.Chem.2003,676,85；Ricci,J.S.；Koetzle,T.F.；Bautista,M.T.；Hofstede,T.M.；Morris,R.H.；Sawyer,J.F.J.Am.Chem.Soc.1989,111,8823；Sluys,L.S.V.D.；Eckert,J.；Eisenstein,O.；Hall,J.H.；Huffman,J.C.；Jackson,S.A.；Koetzle,T.F.；Kubas,G.J.；Vergamini,P.J.；Caulton,K.G.J.Am.Chem.Soc.1990,112,4831]。遵循如图18中描绘的反应，二氢化物经由NH-O氢键形成与乙酰苯(17a)的弱的加合物，其中能量适度地增加至G°＝5.1kcal/mol。
传递金属氢化物至过渡态结构TS17a,18a(图17和18，完整结构计算)中的酮具有20.9kcal/mol的活化自由能，其与在25-50℃的温度范围中发生的过程一致。可以认为由于空间位阻造成的所述能垒(energy barrier)高于针对简化系统的TSP,Q计算的13.5kcal/mol，其中苯基被替换为氢且异丙基替换为甲基(参见图19)。计算的20.9kcal/mol位垒类似于二氢分裂步骤的位垒(图18的TS21a,11a)，并且期望是更大的酮底物速率决定。此传递产生醇盐加成物(Q，图19的简化系统，还没有定位完整系统)，其从NH基团接收质子以产生苯乙醇加成物19a(参见图20中的类似的简化结构Q和R)。使用简化的配体结构(图20)定位质子传递过渡态，但不是定位完整结构。缓慢的氢化物传递至酮然后使快速的质子传递步骤[Prokopchuk,D.E.；Morris,R.H.Organometallics2012,31,7375-7385；Zweifel,T.；Naubron,J.-V.；Büttner,T.；Ott,T.；Grützmacher,H.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,3245-3249；Zweifel,T.；Naubron,J.-V.；Grützmacher,H.Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,559-563；Bertoli,M.；Choualeb,A.；Gusev,D.G.；Lough,A.J.；Major,Q.；Moore,B.DaltonTrans.2011,40,8941-8949]，或异步氢化物-质子传递[Guo,X.；Tang,Y.；Zhang,X.；Lei,M.J.Phys.Chem.A.2011,115,12321-12330；b)Chen,Y.；Liu,S.；Lei,M.J.Phys.Chem.C2008,112,13524-13527]已经认为对类似的金属-酰氨基酮氢化催化剂(Fe、Ru或Os)是普遍的。
从19a释放醇产物生成抗磁性氢化酰氨基铁络合物13a(G”＝-0.3kcal/mol以及乙酰苯和H2)。此酰氨基络合物是几乎四方锥体，其具有顶点位置中的氢化物，和具有168°的C-Fe-N角度、90°的C-Fe-H角度和103°的N-Fe-H角度的平面酰氨基氮(图17)；围绕氮的角度和是358°。相比之下，氢化酰氨基络合物N(图14)的晶体结构具有朝向三角双锥体的扭曲，其具有156°、83°和90°的对应角度以及358°的围绕N的和。与二氢化物11a的的Fe-N(胺)距离相比，13a具有的更短的Fe-N(酰氨基)距离，其相当于N中的Fe-N(酰氨基)键。扭曲的13a(S＝1)三角双锥体氢化酰氨基结构在三重态中的结构也是最优化的，并且发现能量是高于抗磁性13a(图13)的20.6kcal/mol。可以认为二羰基分解产物9的可能的途径可以经由还原消除13a至铁(0)单羰基胺络合物Fe(CO)(P-NH-P’)16a。然而，这将不得不涉及自旋态改变，因为得到的铁(0)络合物16a计算作为8kcal/mol的扭曲的四面体S＝1结构，比扭曲的方形平面S＝0结构(图13)更稳定。
氢化酰氨基络合物13a与二氢的反应导致具有G°＝4.5kcal/mol的能量的二氢与酰氨基络合物20a的端向加成物，并且然后导致更高能量的η2-H2结构21a(G°＝11.0kcal/mol)。跨越金属和酰氨基氮TS21a，11a(图17、19，G°＝203kcal/mol)分裂配位氢计算为与氢化物攻击在酮上一样积极地要求；正因如此，可以认为其可能在某些条件下是速率决定。还可以认为这可能解释以下实验发现：增加的压力增加某些底物比如2-乙酰吡啶的氢化速率；然而，系统被许多平衡比如与醇的平衡复杂化，以得到无活性的醇盐络合物，而与可烯醇化的酮的平衡，以得到无活性的烯醇化物络合物，其影响活性催化剂的量并因此影响其速率。进一步，检验了产物苯乙醇和其在二氢分裂步骤中经由醇从二氢穿梭质子至酰氨基氮中的作用[Hadzovic,A.；Song,D.；MacLaughlin,C.M.；Morris,R.H.Organometallics2007,26,5987-5999；Ito,M.；Hirakawa,M.；Murata,K.；Ikariya,T.Organometallics2001,20,379-381；Hasanayn,F.；Morris,R.H.Inorg.Chem.2012,51,10808-10818]；然而，已经发现过渡态(TS22a,23a,20.3kcal/mol，图21)在能量上类似于二氢分裂机制的过渡态(TS21a,11a，20.3kcal/mol，图18)，而不需要醇充当从二氢穿梭至酰氨基氮的质子。
在不存在碱的情况中，醇盐络合物7b在能量上计算为9.6kcal/mol，低于THF中的氢化酰氨基络合物13a(图16)。当KOtBu被添加至7b时，系统被计算为5.5kcal/mol，比THF中的氢化酰氨基络合物13a加强氢键结合的盐K[tBuOH—OR’](图17)更稳定。考虑到前述，因此假设碱的存在使醇盐不稳定大约4kcal/mol，如上面建议的。由于existing as在低介电常数的溶剂比如THF中存在为聚集体的KOtBu，可以认为此观察到的作用可以更大[Chisholm,M.H.；Drake,S.R.；Naiini,A.A.；Streib,W.E.Polyhedron 1991,10,337-345；Song,D.；Morris,R.H.Organometallics 2004,23,4406-4413；Evans,W.J.；Sollberger,M.S.；Ziller,J.W.J。Am.Chem.Soc.1993,115,4120-4127]，并且通过使醇氢键结合至醇盐的方式使这些聚集体解体将是熵有利的。类似地，催化反应的1-苯乙醇产物可以形成醇盐Fe(CO)(P-NH-P’)(OCHMePh)(图16，14a)，其计算为具有在没有碱的情况下的-7.1kcal/mol的相对能量，和在KOtBu的情况下的-2.5kcal/mol的相对能量。这表明在催化循环期间，一些活性种类可以恢复回醇盐络合物，而添加钾或钠醇盐可以帮助逆转此过程。
还研究了顺式二氢化物中间体12a的形成，其在上述NMR研究期间在次要浓度中被观察到。如图18中显示的导致12a的二氢种类15a在能量上计算为3.5kcal/mol，高于导致11a的对应的二氢种类21a(图18)。类似地，15a导致异裂氢分裂过渡态TS15a，12a，其具有类似于TS21a，11a(G”＝20.3kcal/mol)的能量以产生12a(G”＝3.7kcal/mol)，其具有比11a更高的能量。这与实验观察一致：顺式二氢化物化合物12a相比反式二氢化物化合物11a处于较少的数量。
除了上述理论性催化机制研究外，在络合物(S,S)-11b的对映决定步骤(EDS)上使用较小的基组(6-31G)，以及乙酰苯作为测试底物，进行完整结构DFT计算。此方法已经成功用于外层酮不对称氢化的其它DFT研究[Dub,P.A.；Henson,N.J.；Martin,R.L.；Gordon,J.C.J.Am.Chem.Soc.2014,136,3505-3521；Chen,H.-Y.T.；Di Tommaso,D.；Hogarth,G.；Catlow,C.R.A.Dalton Trans.2012,41,1867-1877；Feng,R.；Xiao,A.；Zhang,X.；Tang,Y.；Lei,M.Dalton Trans.2013,42,2130-2145]。从铁至酮羰基的氢化物传递步骤被确定为EDS(图22)，并且S-和R-异构体的活化位垒分别计算为19.7kcal/mol和22.1kcal/mol(图24)。此2.4kcal/mol的差异代表了如使用过渡态理论计算的S-异构体中97％的对映体过量，考虑到使用了未加工的基组，其被认为与实验证据25℃下89％ee(参见上面)相当地一致。当采用其它泛函时，观察到朝向S醇生产的一致的偏向，但是预测的ee值改变93-99％(参见表3)。在氢化物传递后，质子传递和醇释放完成前手性乙酰苯转化为(S)-1-苯乙醇。
确定了有助于催化剂的对映选择性的三个因素。第一个是膦配体上的大的环己基取代基和小的苯基取代基之间的大小差异。如图22中描绘的，越多积极有利的EDSS具有在更大的环己基上定向的底物的更小的甲基；则越多积极要求的EDSR具有在那里定位的酮的苯基。第二，在两种情境中，来自膦的苯基和环己基取代基被明显地压缩远离酮，而且酮上的甲基的压缩程度小于苯基。配体上的苯基似乎更加可压缩，因为它们可以彼此堆叠。第三，氢键强度，其被认为也有助于EDSS和EDSR之间的总体能隙。在EDSS中，计算的酮底物中的氧和配体的NH部分中的质子之间的O---H键距离是而在EDSR中，它是这标志着前者结构中更强的氢键。
结论
已经研发了通过缩合由磷鎓二聚体生成的膦-胺与膦-醛以铁(II)为模板高效的合成以制造对称的P-N-P’配体。反式和顺式铁络合物Fe(CO)(Br)2(P-CH＝N-P’)——2和3——的混合物初始合成自在CO(g)气氛下在THF中与磷鎓二聚体(1a-c)、KOtBu、FeBr2和PhP2C2H4NH2的一锅反应。在CO气氛下添加AgBF4至所述络合物后，以高产量合成了新的络合物反-[Fe(CO)2(Br)(P-CHNP’)][BF4](4a-d)。络合物4a-d与LiAlH4反应，接着与醇反应，以生成氢化铁络合物与建议的经-Fe(H)(CO)(OR)(P-CH2NH-P’)结构的混合物，其中R＝Me或tAmyl。在P-CH2NH-P’配体的磷原子中的一个上具有烷基取代基的一氢化铁预催化剂7a、7b或(S,S)-8d的混合物在温和的碱条件下对酮氢化和醛具有活性(T＝50℃，p(H2)＝5atm)。催化性能达到多至2000h-1的TOF、多至2000的TON和多至85％(S)的对映选择性。结果，已经显示多种这样的氢化铁化合物可以从Fe(II)上的醛和胺构造单元在几步中制备。
进一步，通过实验鉴定反式二氢化铁络合物11a和(S,S)-11b，以及它们的顺式二氢化物异构体12a和(S,S)-12b。与Milstein的不包含NH基团的反式二氢化物FeH2(CO)(PNP)不同，络合物11a和(S,S)-11b具有等价的氢化物，并且在30℃下与乙酰苯反应。因此，已经假设NH基团在用于酮氢化的催化设计中是重要的。过量碱的存在也被认为促进催化活性，但是其证明了特异地使用钾抗衡阳离子不是关键的，因为钾-2,2,2-穴状配体也发挥作用。结果，建议在存在另外更稳定的醇盐络合物的情况下，碱对形成未检测到的氢化酰氨基络合物13a是必需的。这些补充有DFT计算的实验观察被用于进行酮氢化的催化循环。氢化酰氨基络合物13a与二氢反应以形成反应性反式二氢化物络合物，其攻击外配位层中的酮，与相关的钌金属-配体双官能系统极其类似。氢化物并且然后质子被分步传递以产生产物醇，和氢化酰氨基中间体13a或(S,S)-13b。使用DFT计算(S,S)-11b系统的pro-S和pro-R过渡态的相对能量，并且其与观察到的有利于(S)醇的对映选择性一致。计算表明氢化物攻击在酮上，和在酰氨基络合物处分裂的二氢的能垒是类似的，并且取决于条件任一个步骤可能是转换数(turn-over)的限制。在不存在二氢的情况下，氢化酰氨基中间体(13a或(S,S)-13b)分解为铁(0)种类。
表1：在非手性络合物4a-b通过与LiAlH4并且然后与醇反应活化后，由其催化的乙酰苯的氢化。a
a原位活化的预催化剂：5mg(4a、b或c)，4当量的LiAlH4(THF中0.05mL 1M)，接着0.5mL醇；6mL THF。b碱(C/B＝1/10)，其溶解于4mL THF并添加入预装有具有预催化剂和底物的THF溶液的反应器以开始催化。c在99％转化下计算。d代替使用的NaAlH4。
表2：各种酮在使用衍生自(S,S)-4d的原位生成的催化剂的不对称氢化反应中的反应性。a
a原位制备的催化剂：(S,S)-4d(5mg,0.007mmol)混合6当量的LiAlH4(THF中0.05mL的1M LiAlH4)，接着混合6mL THF中0.5mL tAmylOH。b通过GC测定。c通过1H NMR光谱学测定。d通过HPLC测定。
表2a：使用原位生成的手性催化剂的乙酰苯的不对称氢化。a
a原位制备的催化剂：“Fe”(0.007mmol)混合6当量的LiAlH4(THF中0.05mL的1MLiAlH4)，接着混合6mL THF中0.5mL tAmylOH。b通过GC测定。
表3：使用不同的泛函计算的对映决定步骤(EDS)过渡态能量a
a使用Gaussian(opt＝(CalcFC,ts))中提供的Berny算法计算全部EDS过渡态。通过最优化受限制的模型定位初始猜测的几何结构，其中铁-氢化物和氢化物-羰基碳距离是固定的；这些距离来自与简化结构一起定位的对应的过渡态，或来自使用其他泛函中的一种发现的EDS TS。
在本说明书中提到的全部出版物、专利和专利申请指示本发明所属领域技术人员的水平，并且通过引用以以下相同的程度并入本文：好像每个单独的出版物、专利和专利申请被具体地和单独地指示通过引用并入。
因而描述了本发明，可以以许多方式改变本发明是明显的。这样的变化不被视为背离本发明的精神和范围，并且如将对本领域技术人员明显的全部这样的修改意欲包括在下列权利要求的范围内。

Claims (37)

1.式(I)的络合物
其中：
虚线指示键可以存在或可以不存在；
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H、AlH3、AlH5或不存在；
每个L1独立地是H、BH4、AlH4、卤根、CO、N-杂环碳烯、OR12、或NCR13，其中R12和R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代；或L1中的一个可以不存在；
当R7是AlH3或AlH5时，H中的至少一个可以与Fe桥联以与它们连接至的原子一起形成环；
n是0、+1或-1，其中，当n是+1时，络合物进一步包括至少一个非配位阴离子Y；并且，当n是-1时，络合物进一步包括至少一个非配位阳离子Z；以便络合物的总电荷是0；
条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，一个L1是CO，并且另两个L1是Br、或Br和H、或BH4和H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基；并且
条件是，当氮单键连接至附连至R9的碳，R3至R11中的每个是H，R7不存在，一个L1不存在，L1中的一个是CO，并且L1中的一个是H时，则R1和R2取代基不能都是异丙基。
2.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Ia)的结构
其中：
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H；
R12独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代；并且
L1是CO、N-杂环碳烯、或NCR13，其中R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代。
3.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Ib)或(Ic)的结构
其中
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
L1是CO、N-杂环碳烯、或NCR13，其中R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代；并且
n是-1，其中所述络合物进一步包括至少一个非配位阳离子Z，并且所述络合物的总电荷是0。
4.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Id)的结构
其中：
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
X是卤根；
L1是CO；并且
n是+1，其中所述络合物进一步包括非配位阴离子Y，并且所述络合物的总电荷是0。
5.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Ie)或(If)的结构
其中：
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
X是卤根；并且
L1是CO、N-杂环碳烯、或NCR13，其中R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代。
6.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Ig)或(Ih)的结构
其中：
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H；并且
L1是CO、N-杂环碳烯、或NCR13，其中R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代。
7.权利要求1所述的络合物，其中所述络合物具有式(Ii)的结构
其中：
每个R1独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C8烷氧基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R1取代基结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R1取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
每个R2独立地是芳基、杂芳基、C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C1-C10烷氧基、芳氧基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或两个偕R2基团结合以形成C2-C4线型烷基双自由基或C3-C10支化烷基双自由基，其每个可以被任选地取代，以便两个R2取代基与它们连接至的磷原子一起形成环；
R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10和R11每个独立地是H、或C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被任选地取代；或R3和R4、R5和R6、和/或R10和R11与它们连接至的碳原子一起形成取代的C5-C10环烷基环；
R7是H；并且
L1是CO、N-杂环碳烯、或NCR13，其中R13独立地是C1-C10烷基、C2-C10链烯基、芳基、杂芳基、或C3-C10环烷基，其每个可以被取代。
8.权利要求1-7中任一项所述的络合物，其中每个R1独立地是C1-C8烷基或C3-C8环烷基；或可选地，C1-C4烷基或C3-C6环烷基；并且每个R2独立地是芳基、或杂芳基。
9.权利要求8所述的络合物，其中每个R1独立地是异丙基或环己基；并且每个R2是苯基。
10.权利要求1-9中任一项所述的络合物，其中R3和R6每个独立地是H、C1-C8烷基、芳基、或杂芳基；或可选地，H、C1-C4烷基、芳基、或杂芳基；并且每个R4、R5、R8、R10和R11是H。
11.权利要求10所述的络合物，其中R3和R6每个独立地是H、甲基、异丙基、苯基、或苄基。
12.权利要求1或2所述的络合物，其中R12是C1-C8烷基、C2-C8链烯基、C3-C10环烷基、芳基、或杂芳基；或可选地，R12是C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C3-C6环烷基、芳基、或杂芳基。
13.权利要求12所述的络合物，其中R12是甲基、乙基、叔丁基、或叔戊基。
14.权利要求1或3所述的络合物，其中Z是碱金属阳离子。
15.权利要求14所述的络合物，其中Z是K+、Na+、或Li+。
16.权利要求1或4所述的络合物，其中Y是强酸的共轭碱。
17.权利要求16所述的络合物，其中Y是卤化物、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、NO3 -、ClO4 -、CF3COO-、R14SO3 -、CF3SO3 -、C6H5SO3 -、p-CH3C6H4SO3 -、磷酸盐、TRISPHAT(△-或Λ-P(OC6Cl4O)3 -)、碳硼烷、B(R14)4 -或Al(R14)4 -，其每个可以被取代，其中每个R14独立地是任选地取代的C1-C6烷基、芳基、杂芳基、C6H3(CF3)2和C6F5、卤素、拟卤素、C1-C8醇盐、或芳醚。
18.权利要求1-17中任一项所述的络合物，其中碳C1、C2或C3、或其任意组合是手性的，并且络合物是对映体富集的，或者是外消旋体。
19.权利要求18所述的络合物，其中所述络合物具有下式的结构：
20.用于制备权利要求1-5中任一项所述的络合物的方法，所述方法包括在存在铁(II)化合物、CO气氛、和强碱的情况下，使式(II)的膦-醛前体与式(III)的膦-胺反应以形成式(Ie)的络合物，或形成式(Ie)和式(If)的络合物的混合物，
其中R1、R8、R10和R11如上所限定，
其中R2、R3、R4、R5和R6如上所限定，
其中X是卤根，并且
L1是CO；
所述式(Ie)的络合物，或所述式(Ie)和式(If)的络合物的混合物在存在银盐和CO气氛的情况下进一步反应，以形成式(Id)的络合物，
其在存在还原剂的情况下进一步反应以形成式(Ib)和/或(Ic)的络合物
其中R9是H，
其与过量的伯醇、仲醇或叔醇进一步反应，以形成式(Ia)的络合物
其中R7和R12如上所限定。
21.权利要求20所述的方法，其中所述式(III)的膦-胺的碳C1和/或C2是手性的；和/或所述式(II)的膦-醛前体的碳C3是手性的；并且，其是一部分的化合物是对映体富集的，或者是外消旋体。
22.权利要求20或21所述的方法，其中所述铁(II)化合物是铁(II)盐；或铁(II)络合物。
23.权利要求22所述的方法，其中所述铁(II)盐是FeBr2或FeCl2；并且所述铁(II)络合物是Fe(CO)4Br2。
24.权利要求23所述的方法，其中Fe(CO)4Br2在存在UV辐射的情况下加成反应以帮助形成所述式(Ie)的络合物；或形成所述式(Ie)和式(If)的络合物的混合物。
25.权利要求20-24中任一项所述的方法，其中所述强碱是KOtBu。
26.权利要求20-25中任一项所述的方法，其中所述银盐是AgBF4，并且所述BF4 -阴离子充当所述式(Id)的络合物的非配位平衡离子。
27.权利要求20-26中任一项所述的方法，其中所述还原剂是LiAlH4或NaAlH4。
28.权利要求20-27中任一项所述的方法，其中所述醇是MeOH、EtOH、tBuOH或tAmylOH。
29.用于制备权利要求6所述的络合物的方法，所述方法包括在存在碱和H2气氛的情况下，使式(Ia)的络合物反应以形成式(Ig)的络合物和/或式(Ih)的络合物，
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R12和L1如上所限定，
30.权利要求29所述的方法，其中所述式(Ia)、(Ig)或(Ih)的络合物的碳C1、C2或C3、或其任意组合是手性的，并且所述络合物是对映体富集的，或者是外消旋体。
31.权利要求29或30所述的方法，其中所述碱是KOtBu、NaOtBu、Ph-CH(OK)CH3、或NaOMe。
32.通过权利要求20-31中任一项所述的方法制备的权利要求1-19中任一项所述的络合物用作氢化预催化剂或氢化催化剂以氢化底物的用途。
33.权利要求32所述的用途，其中所述络合物是手性的，并且所述氢化是不对称氢化。
34.权利要求32或33所述的用途，其中所述底物是酮、醛、或亚胺。
35.用于氢化底物的方法，包括在存在权利要求1-19中任一项所述的络合物的情况下，在适于氢化的条件下使所述底物与氢源接触。
36.权利要求35所述的方法，其中所述底物是酮、醛、或亚胺。
37.权利要求35和36所述的方法，其中所述氢源是>0atm且小于<70atm的压力下的氢气。
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