CN1717376A - 碳－杂原子双键的催化氢化 - Google Patents

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Abstract

一种催化氢化碳－杂原子双键的方法，具体是不对称催化氢化简单酮的方法，所述方法包括在氢化催化剂和碱的存在下使所述被作用物与氢反应，其特征在于所述氢化催化剂各自为具有单膦配体和二齿P－N配体的5－配位钌络合物。

Description

碳-杂原子双键的催化氢化
本发明涉及使用各自具有单膦配体和二齿P-N配体的钌络合物催化氢化碳-杂原子双键的方法，特别是不对称催化氢化简单酮的方法。
在工业化上用于还原碳-杂原子双键的可行方法首先是转移氢化，其次是用分子氢氢化。这两种方法的先决条件是存在活化特定的还原剂的催化剂。由于转移氢化方法的某些条件限制(需要大量溶剂)，因而原则上其可达到的氢化活性不及用分子氢氢化中可达到的催化活性有前途。但是由于分子氢明显比在转移催化中用作还原剂的醇活化困难，近年来一些用于转移氢化的催化剂体系为人所知，但是相比较而言，用氢氢化的催化剂体系几乎没有。特别是，至今几乎没有用于简单酮形式的被作用物的催化剂体系。简单酮为那些在羰基的相邻处没有官能团，或者更精确地说没有杂原子的酮，羰基的相邻处含有杂原子的酮通常如α-酮酯或酰胺、β-酮酯或胺、羟基酮和苯基硫酮。
R.Noyori和T.Ohkuma在Angew.Chem.Int.，2001版，40，40页中描述了催化H2氢化非官能化酮的有效催化剂体系的首个实例。这是一个在异丙醇、摩尔过量的碱、以伯、仲或叔一元胺或者优选二胺形式的含氮有机化合物存在下，使用均相的Cl2Ru(PR3)3类型的Ru(II)络合物，在压力最高可达50巴下，用氢气不对称氢化简单羰基化合物的方法。得到的催化剂前体为6-配位(Cl)2Ru(膦)2N^N)和(Cl)2Ru(P^P)(N^N)络合物。这些络合物的有效作用归于胺配体的特性，这些胺配体在催化过程中，一方面作为被作用物还原的氢原子给体，另一方面作为分子氢的活化的氢原子受体(R.Noyori和T.Ohkuma，Angew.Chem.Int.2001版，40，40ff以及R.H.Morris，Organometallics 2000，19，2655)。
第二个实例是在WO 02/22526A2中描述的能使简单酮氢化的另一类催化剂。该专利描述了具有非胺二齿配体的6-配位钌络合物。该二齿配体可为与P^P配体结合的N^P配体，或者两个N^P配体。
在上述实例中值得注意的是，虽然该络合物具有不同的磷和氮配体，但是就中心钌原子上的配位层而言没有区别，因为所提到的络合物全为6-配位。已知络合物特定的中心原子周围的配位层的性质对该络合物的可能活性有很大的影响。
已发现催化氢氢化简单酮的适合的催化剂前体还可为其配体为一种单膦和一种二齿P^N配体的5-配位钌络合物。
因此本发明提供了一种氢化含碳-杂原子双键的被作用物的方法，所述方法包括在氢化催化剂和碱的存在下使所述被作用物与氢反应，其特征在于所述氢化催化剂为式(I)的过渡金属络合物：
         [XYRu(PR1R2R3)(P-Z-N)]    (1)
其中：
X、Y各自独立为氢原子、卤素原子、C1-8烷氧基或C1-8酰氧基，或包含至少一个具有至少一对自由电子对的杂原子的配位连接的有机溶剂分子，例如以(环)烷基/芳氧基、-硫基或-氨基形式，其中得到的阳离子络合物的电荷由阴离子平衡，例如CN-、OCN-、PF6 -或F3C-SO2O-，
R1、R2、R3各自独立为烷基、烷氧基、烷硫基、二烷基氨基、环烷基、环烷氧基、环烷硫基、二环烷基氨基、芳基、芳氧基、芳硫基或二芳基氨基，这些基团任选被1、2或3个各自独立选自C1-4烷基和C1-4烷氧基的取代基取代，或者R1、R2、R3基团中的一个如上定义，剩余的两个基团通过氧桥连接或直接连接在磷原子上形成包括磷原子的4至8元任选被取代的环。
P-Z-N为式(II)的包含sp2-杂化氮原子的二齿配体：
其中：
R4、R5各自独立为任选被取代的直链、支链或环状的C1-8烷基或C2-8烯基；任选被取代的C6-18芳基、C3-18杂芳基、C3-8环烷基或(C1-8烷基)1-3-(杂)芳基，其中可能的取代基为卤素、有机卤素基团、O(C1-8)烷基，N(C1-8烷基)2；或者R4和R5一起为由包括磷原子的5-10个原子组成的饱和环或芳环，
Ca和Cb各自为具有至少6个π-电子的具芳香性的任选被取代的(杂)芳基的一部分，
R6为氢原子；任选被取代的直链、支链或环状的C1-10烷基或C2-10烯基；任选被取代的芳环；-OR6’或-NR6’R6”基团，其中R6’和R6”如R6的定义，
R7为氢原子；直链、支链或环状的C1-10烷基或C2-10烯基或R7’CO或R7’SO2基团，其中R7’为C1-8烷基或芳基，
或
R6和R7一起为由5-10个任选被取代的环原子组成的不饱和(杂)环，该环包括与R6和R7连接的碳原子和氮原子，并任选包含其他杂原子。
上述方法适用于高选择性地氢化酮，以制备相应的光学纯的醇。
适合的被作用物为通式(S)的酮：
Figure A20038010455600102
当Ra和Rb不相同时，这些酮为前手性酮，由本发明的络合物催化氢化为相应的醇的方法具对映异构体选择性。对映异构体过量(ee)大于80％，优选大于90％，特别是大于95％。
Ra和Rb基团原则上不受限制。所述基团各自独立为氢原子、直链或支链烷基、单环或多环芳基、(杂)芳基或(杂)芳烷基，并且所有基团本身还可包含其他基团，如烷基、(杂)芳基或(杂)芳烷基。待还原的羰基官能团还可被结合在单环或多环结构中。虽然本发明的方法的一个特征特别在于非官能化的酮也能被氢化，但Ra和Rb基团可各自独立具有官能团。对此唯一的限制在于它们不与催化剂反应并破坏催化剂。式(S)中Ra和Rb基团的可能的取代基为卤素、ORx，NR2 x或Rx，其中Rx为H；直链、支链或环状的C1-10烷基或C2-10烯基。
优选的被作用物为式(S)的前手性酮，其中Ra和Rb各自独立为氢原子；环状、直链或支链的C1-8烷基或C2-8烯基；或单环或多环芳基或杂芳基；任选被直链或支链C1-8烷基-、C1-8烷氧基或卤原子取代。
式(S)的被作用物的实例具体包括单环或多环芳基酮或杂芳基酮，任选被直链或支链C1-8烷基-、C1-8烷氧基或卤原子取代。
上述方法还适用于氢化对应于通式(O)的含有C＝N双键的被作用物：
当Ra和Rb不相同时，这些亚胺为前手性亚胺，由本发明的络合物催化氢化为相应的胺的反应具对映异构体选择性。对映异构体过量(ee)大于80％，优选大于90％，特别是大于95％。
Ra和Rb基团原则上不受限制。可能的Ra和Rb基团对应于在式(S)中定义的那些。式(O)中的R例如可为H、OR、SR、P(O)R2基团，其中R可各自为任选被取代的直链或支链C1-8烷基或烯基或任选被取代的芳环。NR基团的可能的取代基为卤素、ORx，NR2 x或Rx，其中Rx为H或直链、支链或环状的C1-10烷基或烯基。
本发明的氢化含碳-杂原子双键的被作用物的方法的特征在于所述氢化催化剂为通式(I)的过渡金属络合物：
            [XYRu(PR1R2R3)(P-Z-N)]    (1)
在式(I)中，X和Y优选各自独立为氢原子或卤素原子，优选为氯原子。特别优选X和Y各自为氯原子。
本发明的式(I)的络合物中优选使用的单膦PR1R2R3为其中R1、R2、R3基团各自独立为C1-4烷基、C5-6环烷基或苯基，任选被1、2或3个各自独立选自C1-4烷基和C1-4烷氧基的基团取代的那些单膦化合物。优选R1、R2、R3各自独立为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、环戊基、环己基、苯基、邻甲苯基、对甲苯基、对异丙基苯基或2，4，6-三甲苯基。特别优选的单膦为三苯基膦、三(C1-4烷基)膦、三甲苯基膦或三(2，4，6-三甲苯基)膦。
本发明的式(I)络合物中的P-Z-N部分为式(II)的包含一个氮原子的二齿配体：
在式(II)中，优选R4、R5各自独立为C1-4烷基，优选各自独立为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和异丁基。更优选R4、R5各自独立为任选被取代的C6-18芳基、C3-18杂芳基、C3-8环烷基、(C1-8烷基)1-3-(杂)芳基，可能的取代基为卤素、有机卤素基团、O(C1-8)烷基、N(C1-8烷基)2；或R4和R5一起为由包括磷原子的5-10个原子组成的饱和环或芳环。
当R4和R5一起形成包括磷原子的饱和环或芳环时，优选R4和R5一起为正亚丁基、正亚戊基或2，2’-亚联苯基。
在式(II)中，Ca和Cb一起形成具有6个或6个以上π-电子的具芳香性的任选被取代的(杂)芳基的一部分。作为金属茂的配体的基本的芳族结构可为以多环芳烃形式的稠合的苯(如萘、蒽、菲)或杂芳烃(如喹啉或异喹啉)或环戊二烯阴离子。各自优选为任选被取代的苯形式的纯6π-电子体系，或者6π-电子或10π-电子的杂芳族体系。
在式(II)中，优选R6和R7各自独立为氢原子、任选被取代的直链或支链C1-4烷基、任选被取代的芳环，或者特别优选R6和R7一起为由5-10个任选被取代的环原子组成的不饱和杂环，该环包括与R6和R7连接的碳原子和氮原子，并任选包含其他杂原子。
优选的式(II)的配体首先为通式(IIIa)的配体：
其中：
n＝1或2，优选为1，
m取决于M，为在中心原子M上的自由配位位置的数目，
M＝Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Mn或Re，优选为Re，
X＝O、S或N，优选为O，
L各自独立为单-或多齿配体，以充满中心原子M上的自由配位位置，例如P(C6-18芳基)3、P(C6-18烷基)3、H2NCH2CH2NH2、(C6-18芳基)2PCH2CH2P(C6-18芳基)2或优选为CO，
R4、R5各自为相应于式(II)中定义的那些基团，
R11为C2-8烷氧基烷基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为C1-8烷基、C6-18芳基，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，
R8，9，10各自独立为C1-8烷基、C2-8烷氧基烷基、C6-18芳基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、C3-8环烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为H，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S。
优选的式(II)的配体还为通式(IIIb)的配体：
Figure A20038010455600132
其中：
n＝1或2，优选为1，
M＝Fe、Ru、Os，优选为Fe，
X＝O、S或N，优选为O，
R4、R5各自为相应于式(II)中定义的那些基团，
R11为C2-8烷氧基烷基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为C1-8烷基、C6-18芳基，特别是异丙基，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，
R8，9，10各自独立为C1-8烷基、C2-8烷氧基烷基、C6-18芳基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、C3-8环烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为H，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，式中下面的环戊二烯配体可按照上面的环戊二烯配体可能的取代形式，相应地被可能的PR4，5和R8，9，10基团取代。
如上所述，式(II)中Ca和Cb一起形成具有6个或6个以上π-电子的具芳香性的任选被取代的(杂)芳基的一部分，优选各自为以任选被取代的苯形式的纯6π-电子体系，或者6π-电子或10π-电子的杂芳族体系。因此优选的式(II)的配体还为通式(IV)和(V)的配体：
其中：
n＝1或2，优选为1，
X＝O、S或N，优选为O，
R4、R5各自为相应于式(II)中定义的那些基团，
R11为C2-8烷氧基烷基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为C1-8烷基、C6-18芳基，特别是异丙基，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，
R12、R13各自独立为C1-8烷基、C1-4烷氧基，或优选为H，或一起为稠合的环烷环或芳环。
优选的式(II)的配体还为通式(V)的配体：
Figure A20038010455600151
其中：
n、X、R4、R5和R11各自如式(IV)中定义，R14和R15一起为6π-或10π-电子杂芳族体系，任选被直链或支链C1-8烷基取代，可能的杂原子为N、O或S。
特别优选的通式(IIIb)的配体对应于以下配体A-G：
Figure A20038010455600163
Figure A20038010455600166
特别优选的通式(IV)的配体对应于式J：
Figure A20038010455600168
特别优选的通式(V)的配体对应于式H、I和K：
Figure A200380104556001611
直链或支链的C1-8烷基被认为是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基或辛基，包括其所有的结构同分异构体。
C2-8烷氧基烷基是指烷基链被至少一个氧官能团隔断的基团，但两个氧原子不连接在一起。碳原子的数目表示在所述基团中碳原子的总数。包括所有的结构同分异构体。
C3-8环烷基是指环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环庚基等。优选被杂原子取代的环烷基，例如1-、2-、3-、4-吡啶基；1-、2-、3-吡咯烷基；2-、3-四氢呋喃基；2-、3-、4-吗啉基。
C3-8环烷基-C1-8烷基代表通过如上定义的烷基连接于分子上的如上所述的环烷基。
C6-8芳基是指具有6-18个碳原子的芳基。这些芳基具体如苯基、萘基、蒽基、菲基和联苯基。
C7-19芳烷基为通过C1-8烷基连接在分子上的C6-18芳基。
在本发明的上下文中，C3-18杂芳基代表由3-18个碳原子组成的五元、六元或七元芳环体系，所述环中有杂原子，例如氮、氧或硫。这些杂芳基具体如1-、2-、3-呋喃基；1-、2-、3-吡咯基；1-、2-、3-噻吩基；2-、3-、4-吡啶基；2-、3-、4-、5-、6-、7-吲哚基；3-、4-、5-吡唑基；2-、4-、5-咪唑基；吖啶基；喹啉基；菲啶基；2-、4-、5-、6-嘧啶基。
C4-19杂芳烷基是指对应于C7-19芳烷基的如上定义的杂芳族体系。
卤素为氟、氯、溴、碘，优选为氯。有机卤素化合物是一个用于以下化合物的集合术语，该化合物除了碳外，还含有卤族元素(包括氟、氯、溴和碘)。一个实例为CF3基团。
通式(II)的特定的二齿P-Z-N配体及其制备方法原则上可从文献得知。一些参考文献引用在实验部分。
如果需要，通式(I)的过渡金属络合物可在包含待氢化的被作用物的反应混合物中原位制备，或者可在氢化反应之前被隔离。原则上所述络合物的制备方法相同。当制备这些络合物时，原则上将所述P-Z-N配体按照化学计算量引入。
最好可将通式(I)的过渡金属络合物特别用于氢化简单酮。实际上即使在羰基附近不含配位杂原子的简单酮也可被高活性和高对映体选择性地氢化。由于所述催化剂的高活性，将非前手性酮还原为非手性醇具有以低成本合成仲醇的实际意义。
通常所述氢化反应在包含式(I)的络合物、被作用物、碱和任选的溶剂的组合物中实现。随后在所需的压力和所需的温度下，将氢注入该组合物。原则上氢化反应选择的条件遵循现有技术已知的常规条件和主要工艺参数，如压力、温度、被作用物和催化剂浓度、溶剂和碱。以下列出的工艺条件仅作为示例：
基于被作用物计算的所述络合物的浓度可在大范围内变化。通常使用被作用物的0.1-50000ppm的络合物。这相当于被作用物/络合物的比率(S/C)为107-20。
使用的碱可为任何常规用于氢化的无机或有机碱。可提及的有碱金属和碱土金属氢氧化物、醇盐和碳酸盐以及季铵盐。优选使用KOH、KOMe、KOiPr、KOtBu、LiOH、LiOMe、LiOiPr、NaOH、NaOMe或NaOiPr。可使用固体或溶解于醇或优选水中(例如KOtBu/tBuOH(1摩尔)或NaOH/H2O(1摩尔))的形式的碱。此外，使用的碱浓度范围较大。碱和金属络合物的摩尔当量的比率(B/M)可为约0.5-50000，优选2-10000。
本发明的方法可在不存在或存在惰性溶剂下进行。适合的溶剂例如有脂族、环脂族和芳族烃(戊烷、己烷、石油醚、环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯、二甲苯)；脂族卤代烃(二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷和四氯乙烷)；腈(乙腈、丙腈、苄腈)；醚(二乙醚、二丁醚、叔丁基甲基醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甘醇二甲醚、四氢呋喃或二噁烷)；酮(丙酮、甲基异丁基酮)；羧酸酯和内酯(乙酸甲酯、乙酸乙酯或戊内酯)；N-取代内酰胺(N-甲基吡咯烷酮)；酰胺(二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺)；非环状脲(四甲基脲)或环状脲(二甲基咪唑烷酮)、亚砜和砜(二甲基亚砜、二甲基砜、四甲基亚砜、四甲基砜)、醇(甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇单乙醚、二甘醇单乙醚)和水。可使用单独的溶剂或至少两种溶剂的混合物。优选使用甲苯。
本发明的氢化方法通常可在压力为10×103至10×105Pa(1-100巴)下进行。最好为20×104至85×104(20-85巴)，特别是80×104Pa(80巴)。
通常氢化反应在标准室温(即约20℃-35℃)下进行。但是，主要根据使用的溶剂，或者更具体地说使用的反应物的溶解性，所选温度还可为约0℃-100℃之间。
以下非限制性的实施例进一步说明了本发明：
                          实施例
使用的被作用物为：
Figure A20038010455600193
Figure A20038010455600195
使用的配体为：
Figure A20038010455600201
Figure A20038010455600202
Figure A20038010455600206
Figure A20038010455600208
根据参考文献(1)制备配体A-D。根据以下的实验部分制备配体E-G。根据参考文献(2)制备配体H、I和K。配体J购自Strem。
根据参考文献(3)制备催化剂[RuCl2(PPh3)(A)]。
(1)S.Uemura等，J.Organometallic Chem.，1999，572，163
(2)L.Tietze等，Synlett，2002，12，2083
(3)S.Uemura，M.Hidai等，Organometallics 1999，18，2291
配体E、F和G的制备：
配体E：
在250ml的三颈烧瓶中装入根据上述参考文献(3)制备的二茂铁-噁唑啉前体(2.0g，6.8mmol)、TMEDA(1.2ml，8.2mmol)和70ml乙醚。将该溶液冷却至-70℃，该溶液变为黄色浑浊。用注射器缓慢(约10分钟)加入正丁基锂(1.6M的己烷溶液，5.5ml，8mmol)，同时保持该反应混合物的温度低于-65℃。加完后，将该混合物在-70℃下搅拌2小时，移去干冰浴，在0-5℃下将该反应溶液再搅拌15分钟。此时用注射器缓慢(约10分钟)加入PCl(二甲苯基)2(3.5g，12.6mmol)。在室温下将变为深橙色的溶液搅拌约15分钟，随后加入50ml乙醚。通过加入30ml饱和NaHCO3溶液中止反应。用乙酸乙酯萃取3次，每次50ml，合并有机相并经Na2SO4干燥。用旋转蒸发器除去溶剂后，得到3.3g橙棕色的油。通过柱层析纯化(240g SiO2，4∶1的庚烷/乙酸乙酯)，得到1.5g纯的橙色晶体产物。产率：1.5g，46％理论值。
1H NMR(300.13MHz，C6D6)：δ0.95(d，3H，HCH3)，1.05(d，3H，HCH3)，1.65(m，1H，CH(CH3)2)，2.1(s，1H，Ar-CH3)，2.2(s，1H，Ar-CH3)，3.80(m，2H，O-CH2-CH-)，3.90(m，1H，O-CH2-CH-)，3.95(m，1H，Cp-H)，4.10(m，1H，Cp-H)，4.30(s，5H，Cp)，5.20(m，1H，Cp-H)，6.80(br.s，1H，Ar-H)，6.90(br.s，1H，Ar-H)，7.35(m，2H，Ar-H)，7.60(m，2H，Ar-H).31P{1H}(121.5MHz，C6D6)：δ-16.4.
配体F：
在250ml的三颈烧瓶中装入根据上述参考文献(3)制备的二茂铁-噁唑啉前体(2.0g，6.8mmol)、TMEDA(1.2ml，8.2mmol)和60ml乙醚。将该溶液冷却至-70℃，该溶液变为黄色。用注射器缓慢(约10分钟)加入正丁基锂(1.6M的己烷溶液，5.5ml，8mmol)，同时保持该反应混合物的温度低于-65℃。加完后，将该混合物在-70℃下搅拌3小时，移去干冰浴，在0-5℃下将该反应溶液再搅拌15分钟。此时用注射器缓慢(约10分钟)加入PCl(p-CF3-芳基)2(1.8g，6mmol)。在室温下将变为深橙色的溶液搅拌约60分钟，随后加入50ml乙醚。通过加入30ml饱和NaHCO3溶液中止反应。用乙酸乙酯萃取3次，每次50ml，合并有机相并经Na2SO4干燥。用旋转蒸发器除去溶剂后，得到棕色的油。加入少量乙酸乙酯以使该油正好溶解。缓慢加入庚烷，结果沉淀出橙色沉淀(1g)，该沉淀借助于多孔玻璃过滤器过滤移去。在旋转蒸发器中除去滤液中的溶剂后，得到棕色的油。通过柱层析纯化(120gSiO2，4∶1的庚烷/乙酸乙酯)，得到1.4g纯的橙色晶体产物。产率：2.4g，65％理论值。
1H NMR(300.13MHz，C6D6)：δ0.95(d，3H，HCH3)，1.05(d，3H，HCH3)，1.65(m，1H，CH(CH3)2)，3.50(broad s，1H，Cp-H)，3.75(m，2H，O-CH2-CH-)，3.95(m，1H，O-CH2-CH-)，4.10(1H，Cp-H)，4.20(s，5H，Cp)，5.10(broad s，1H，Cp-H)，7.20-7.50(m，aryl-H，8H).31P{1H}(121.5MHz，CDCl3)：δ-16.9.
配体G：
在250ml的三颈烧瓶中装入根据上述参考文献(3)制备的二茂铁-噁唑啉前体(2.97g，10mmol)、TMEDA(1.8ml，12.0mmol)和60ml乙醚。将该溶液冷却至-70℃，该溶液变为黄色浑浊。用注射器缓慢(约10分钟)加入正丁基锂(1.6M的己烷溶液，8.6ml，13.6mmol)，同时保持该反应混合物的温度低于-65℃。加完后，将该混合物在-70℃下搅拌2小时，移去干冰浴，在0-5℃下将该反应溶液再搅拌15分钟。此时用注射器缓慢(约10分钟)加入PCl(3，5-CF3-芳基)2(6.0g，12.2mmol)。在室温下将变为深橙色的溶液搅拌约15分钟，随后加入50ml乙醚。通过加入30ml饱和NaHCO3溶液中止反应。用乙醚萃取3次，每次50ml，合并有机相并经Na2SO4干燥。用旋转蒸发器除去溶剂后，得到9.0g棕色的油。通过柱层析纯化(380g SiO2，4∶1的庚烷/乙酸乙酯)，得到3.0g深橙色晶体产物。产率：3.0g，42％理论值。
1H NMR(300.13MHz，CDCl38)：δ0.85(d，3H，HCH3)，0.95(d，3H，HCH3)，1.60(m，1H，CH(CH3)2)，3.40(br.s，1H，Cp-H)，3.70(m，1H，O-CH2-CH-)，3.95(m，1H，O-CH2-CH-)，4.15(6H，Cp-H)，4.40(m，1H，O-CH2-CH-)，4.95(m，1H，Cp-H)，7.60(m，2H，Ar-H)，7.75(m，1H，Cp-H)，7.90(m，3H，Cp-H).31P{1H}(121.5MHz，CDCl3)：δ-15.2.
实验方法：
所有的实验均采用Schlenk技术，并在保护性气氛中进行。
通用的氢化反应：
在适当的预处理后，将特定的催化剂溶液转移到惰性化的50ml的微型高压釜中(通入氩气并减压，重复3次)，随后加入原料(被作用物)和碱。然后，密封该高压釜，并通入氢气至所需压力。打开磁力搅拌器开始反应。当氢化时间结束后，关闭磁力搅拌器，并放空高压釜。采集用于GC分析的样品以确定产率和转化率。
转化率和ee值的确定：
在一个分析步骤中确定转化率和ee值。
柱：Beta-Dex110(30m)；110℃等温；100kPa的H2作为载气，
反应物1＝5.6分钟；E1＝7.7分钟；E2＝8.1分钟，
反应物5＝8.8分钟；E1＝12.5分钟；E2＝13.0分钟，
反应物7＝6.2分钟；E1＝8.4分钟；E2＝8.8分钟，
柱：Beta-Dex110(30m)；110℃等温；120kPa的H2作为载气，
反应物4＝23.4分钟；E1＝25.7分钟；E2＝26.7分钟，
反应物6＝7.3分钟；E1＝13.6分钟；E2＝14.3分钟，
柱：Beta-Dex110(30m)；130℃等温；100kPa的H2作为载气，
反应物2＝5.7分钟；E1＝9.5分钟；E2＝10.9分钟，
反应物3＝7.7分钟；E1＝11.1分钟；E2＝11.7分钟。
结果
实验1-64使用的反应物、反应条件和得到的结果见下表1：
                                           表1
  实验   配体   被作用物   P(H2)   S/C   时间   产率   ee
  [巴]   [小时]   [％]   [产率]
  1   A   1   none   200   20   96   89.0
  2   A   1   1.1   200   20   98   99.0
  3   A   1   80   200   1   99   98.1
  4   B   1   80   200   1   99  -98.3
  5   C   1   80   200   1   98   95.8
  6   D   1   80   200   1   99   98.5
  7   E   1   80   200   1   98   97.2
  8   F   1   80   200   1   99   95.0
  9   G   1   80   200   1   96   92.9
  10   H   1   80   200   1   89   96.9
  11   I   1   80   200   1   77   93.0
  12   J   1   80   200   1   77   86.7
  13   K   1   80   200   1   56   96.1
  14   A   2   80   200   1   99   94.7
  15   B   2   80   200   1   99  -90.4
  16   C   2   80   200   1   99   93.6
  17   D   2   80   200   1   99   92.9
  18   E   2   80   200   1   99   90.2
  19   F   2   80   200   1   99   94.3
  20   G   2   80   200   1   97   93.2
  21   H   2   80   200   1   76   90.7
  22   I   2   80   200   1   61   82.3
  23   J   2   80   200   1   57   72.6
  24   K   2   80   200   1   48   76.8
  25   A   3   80   200   1   99   95.8
  26   B   3   80   200   1   96  -96.9
  27   C   3   80   200   1   98   94.9
  28   D   3   80   200   1   97   96.6
  29   E   3   80   200   1   98   96.4
  30   F   3   80   200   1   98   94.1
  31   G   3   80   200   1   98   91.9
  32   H   3   80   200   1   80   95.0
  33   I   3   80   200   1   72   89.5
  实验   配体   被作用物   P(H2)   S/C   时间   产率   ee
  34   J   3   80   200   1   67   36.7
  35   K   3   80   200   1   55   89.8
  36   A   4   80   200   1   98   95.0
  37   B   4   80   200   1   97  -95.3
  38   C   4   80   200   1   95   95.6
  39   D   4   80   200   1   86   97.5
  40   E   4   80   200   1   98   95.7
  41   F   4   80   200   1   70   84.4
  42   G   4   80   200   1   43   88.4
  43   H   4   80   200   1   51   95.3
  44   I   4   80   200   1   28   90.7
  45   J   4   80   200   1   63   82.4
  46   K   4   80   200   1   27   95.4
  47   A   5   80   200   1   99   98.4
  48   B   5   80   200   1   97  -95.7
  49   C   5   80   200   1   100   98.3
  50   D   5   80   200   1   80   99.3
  51   E   5   80   200   1   98   98.0
  52   F   5   80   200   1   94   96.2
  53   G   5   80   200   1   80   93.7
  54   H   5   80   200   1   56   96.2
  55   I   5   80   200   1   45   95.1
  56   J   5   80   200   1   48   91.6
  57   K   5   80   200   1   14   94.1
  58   A   6   80   200   42   86   97.2
  59   A   7   80   200   1   10   93.9
  60   A   1   80   10000   1   98   98.5
  61   A   1   80   50000   78   99   99.0
  62   A   1   80   10000   6   98   98.5
  63   A   3   20   20000   1   92   96.2
  64   E   3   20   20000   1   92   95.5
  65   E   3   20   20000   1.5   99   97.5
                  实验1和2
实验1和2在典型的转移氢化条件下进行。在10ml异丙醇中加入0.005mmol的[RuCl2(PPh3)(A)]、1mmol的被作用物1和作为碱的0.025mmol的iPrOK。实验1在氩气气氛、室温下进行，实验2在氢气压力为1.1巴、室温下进行。
                    实验3-59
将0.1mmol的配体与0.1ml的[RuCl2(PPh3)3]在20ml甲苯中回流反应1小时原位制备特定的催化剂。随后将2ml得到的溶液加入到在20ml烧瓶内的2mmol被作用物中。再加入1ml的1M NaOH水溶液，将烧瓶置于多平行(multiparallel)高压釜中。随后注入氢气至压力为80巴并保持1小时(除非另有说明，否则均为1小时，见表)。
                    实验60-62
在Schlenk烧瓶中装入0.005mmol的[RuCl2(PPh3)(A)]、50mmol被作用物和18ml甲苯(实验60)，或250mmol被作用物和2ml甲苯(实验61)和1ml的1M NaOH水溶液。将该组合物置于50ml的高压釜中并经受80巴的氢气压力1小时(实验60)或78小时(实验61)。对于反应62，使用与60相同的反应条件，不同之处在于该反应为不含溶剂，即不加甲苯。
                    实验63-65
在Schlenk烧瓶中装入0.005mmol的[RuCl2(PPh3)3]、0.005mmol的配体和9ml甲苯，并回流1小时。随后在室温下往原位制备的催化剂中加入100mmol被作用物和1ml 1M的NaOH水溶液。将该组合物置于50ml的高压釜中，并经受20巴的氢气压力1小时或1.5小时(见表)。
结果讨论
首先在典型的转移氢化条件下进行的两个比较实验表明，使用压力为1.1巴的氢气对于活性没有影响，但是使对映体选择性更高。这个有趣和重要的结果表明，用氢氢化可避免转移氢化的一个主要缺点，即随着时间的延长对映体选择性百分比降低(接近平衡)。也可表明对于在较高压力下的氢化(从20巴增加至80巴)，有机溶剂(如甲苯代替了异丙醇)的存在下，可达到最高可达50000的转换数(turnovernumber)。值得注意还有，在可比较的条件下可高对映体选择性地将已知难以氢化的被作用物(如异丁酰苯(被作用物6))氢化(ee＝97.2％)。
亚胺(被作用物8)的氢化：
                                  表2
  实验   配体   被作用物   P(H2)   S/C   时间   产率   ee
  [巴]   [小时]   [％]   [产率]
  66   A   8   80   50   16   15   90
  67   J   8   80   50   16   14   91
                      实验66和67
将0.1mmol的配体与0.1ml的[RuCl2(PPh3)3]在20ml甲苯中回流反应1小时原位制备特定的催化剂。随后将2ml得到的溶液加入在20ml烧瓶内的2mmol被作用物中。再加入1ml 1M的NaOH，并将该烧瓶置于多平行高压釜中。随后注入氢气至压力为80巴并保持16小时。结果列于上表2。
结果讨论：
有趣的是，我们注意到即使是对于难以氢化的被作用物(如亚胺)，也可使用与酮氢化中所述的类似条件来进行氢化。可达到明显的高于90％的对映体过量。

Claims (17)

1.一种氢化含碳-杂原子双键的被作用物的方法，所述方法包括在氢化催化剂和碱的存在下使所述被作用物与氢反应，其特征在于所述氢化催化剂为式(I)的过渡金属络合物：
            [XYRu(PR1R2R3)(P-Z-N)]    (I)
其中：
X、Y各自独立为氢原子、卤素原子、C1-8烷氧基或C1-8酰氧基，或包含至少一个具有至少一对自由电子对的杂原子的配位连接的有机溶剂分子，例如以(环)烷基/芳氧基、-硫基或-氨基形式，其中得到的阳离子络合物的电荷由阴离子平衡，例如CN-、OCN-、PF6 -或F3C-SO2O-，
R1、R2、R3各自独立为烷基、烷氧基、烷硫基、二烷基氨基、环烷基、环烷氧基、环烷硫基、二环烷基氨基、芳基、芳氧基、芳硫基或二芳基氨基，任选被1、2或3个各自独立选自C1-4烷基和C1-4烷氧基的取代基取代，或者R1、R2、R3基团中的一个如上定义，剩余的两个基团通过氧桥连接或直接连接在磷原子上形成包括磷原子的4至8元任选被取代的环，
P-Z-N为式(II)的包含sp2-杂化氮原子二齿配体：
其中：
R4、R5各自独立为任选被取代的直链、支链或环状的C1-8烷基或C2-8烯基；任选被取代的C6-18芳基、C3-18杂芳基、C3-8环烷基或(C1-8烷基)1-3-(杂)芳基，其中可能的取代基为卤素、有机卤素基团、O(C1-8)烷基，N(C1-8烷基)2；或者R4和R5一起为由包括磷原子的5-10个原子组成的饱和环或芳环，
Ca和Cb各自为具有至少6个π-电子的具芳香性的任选被取代的(杂)芳基的一部分，
R6为氢原子；任选被取代的直链、支链或环状的C1-10烷基或C2-10烯基；任选被取代的芳环；-OR6’或-NR6’R6”基团，其中R6’和R6”如R6的定义，
R7为氢原子；直链、支链或环状的C1-10烷基或C2-10烯基或R7’CO或R7’SO2基团，其中R7’为C1-8烷基或芳基，
或
R6和R7一起为由5-10个任选被取代的环原子组成的不饱和(杂)环，该环包括与R6和R7连接的碳原子和氮原子，并任选包含其他杂原子。
2.权利要求1的方法，其特征在于式(I)中的X、Y各自独立为氢原子或卤素原子。
3.权利要求2的方法，其特征在于式(I)中的X、Y各自为卤原子，特别是氯。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于式(I)中的R1、R2、R3各自独立为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环戊基、环己基、苯基、邻甲苯基、对甲苯基、对异丙基苯基或2，4，6-三甲苯基。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于式(I)中的R4、R5各自独立选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、环己基、苯基、邻甲苯基、对甲苯基、2，4，6-三甲苯基、α-或β-萘基。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于式(II)中的Ca、Cb为以任选被取代的苯形式或以任选被取代的环戊二烯阴离子形式的纯6π-电子体系的一部分，作为金属茂的配体。
7.权利要求1-6中任一项的方法，其特征在于式(II)中的R6和R7一起为由5-10个任选被取代的环原子组成的不饱和杂环，该环包括与R6和R7连接的碳原子和氮原子，并任选包含其他杂原子。
8.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于式(II)的配体为通式(IIIb)的配体：
Figure A2003801045560004C1
其中：
n＝1或2，优选为1，
M＝Fe、Ru、Os，优选为Fe，
X＝O、S或N，优选为O，
R4、R5各自为相应于式(II)中定义的那些基团，
R11为C2-8烷氧基烷基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为C1-8烷基、C6-18芳基，特别是异丙基，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，
R8，9，10各自独立为C1-8烷基、C2-8烷氧基烷基、C6-18芳基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、C3-8环烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为H，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S。
9.权利要求8的方法，其特征在于式(IIIb)的配体选自配体A-G：
10.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于式(II)的配体为通式(IV)的配体：
Figure A2003801045560005C2
其中：
n＝1或2，优选为1，
X＝O、S或N，优选为O，
R4、R5各自为相应于式(II)中定义的那些基团，
R11为C2-8烷氧基烷基、C7-19芳烷基、C3-18杂芳基、C4-19杂芳烷基、(C1-8烷基)1-3-C6-18(杂)芳基、(C1-8烷基)1-3-C6-18环烷基、C3-8环烷基、C3-8环烷基-C1-8烷基，或优选为C1-8烷基、C6-18芳基，特别是异丙基，并且所述基团可被一个或多个杂原子取代，例如卤素、Si、N、O、P、S，或者所述基团在其碳骨架上可具有一个或多个杂原子，例如Si、N、O、P、S，
R12、R13各自独立为C1-8烷基、C1-4烷氧基，或优选为H，或一起为稠合的环烷环或芳环。
12.权利要求11的方法，其特征在于式(IV)的配体对应于式J：
Figure A2003801045560006C1
13.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于式(II)的配体为通式(V)的配体：
Figure A2003801045560006C2
其中：
n、X、R4、R5和R11各自如权利要求10中式(IV)中定义，并且R14和R15一起为6π-或10π-电子杂芳族体系，任选被直链或支链C1-8烷基取代，可能的杂原子为N、O或S。
14.权利要求13的方法，其特征在于式(V)的配体对应于式H、I和K中的一种：
15.权利要求1的方法，其特征在于所述待氢化的被作用物为前手性亚胺或酮。
16.权利要求15的方法，其特征在于所述待氢化的被作用物为通式(S)的前手性酮：
Figure A2003801045560006C4
其中Ra和Rb各自独立为氢原子；环状、直链或支链的C1-8烷基或C2-8烯基；或单环或多环芳基或杂芳基，任选被直链或支链C1-8烷基、C1-8烷氧基或卤原子取代。
17.权利要求16的方法，其特征在于所述待氢化的被作用物为前手性单环或多环芳基酮或杂芳基酮，任选被直链或支链C1-8烷基、C1-8烷氧基或卤原子取代。
18.权利要求17的方法，其特征在于所述待氢化的被作用物选自下面的酮1-7中的一种：
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