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铜催化不对称硅氢化反应的发展进程及机理研究
张莹
仲崇民*
（哈尔滨师范大学, 黑龙江哈尔滨150001）
摘
要：在有机合成领域酮的加成反应十分普遍，特别是硅氢化反应更是应用广泛。因此，我们研究了近些年来铜的氮杂环卡宾配合物催化不
对称硅氢化反应的研究近展，并阐述了不对称硅氢化反应的机理。
关键词：硅氢化反应，铜的氮杂环卡宾配合物；机理催化不对称合成一直是化学家长期以来努力的一个方向，仅用少量手性催化剂就可以将大量前手性底物对映选择性的转化成特定构型的手性产物。实现手性放大，手性倍增。因此，在外消旋体拆分、化学计量不对称合成、催化不对称合成这三种制备手性化合物的化学方法中具有明显的优越性。而金属卡宾在有机合成和
催化不对称高分子化学中得到了广泛的应用[1]。
合成最早报道的是用多相催化剂，由于催化剂表面结构的非均一性，其光学选择性难以提高，而金属有机化学的发展极大的促进了它的进步，我们应用手性配体过渡金属配合物，催化合成具有旋光性地手性化合物。
近些年有机化学家们也对N-杂环卡宾配体在不对称催化合成方面的性质进行着积极的探索，合成出许多结构新颖的金属配合物，在许多反应中展现出很好的对映选择性。我们选择了其中的一个小分支进行研究，即铜的N-杂环卡宾配合物催化酮不对称硅氢加成。
1发展过程
早在1944年,Wurtz 等就报道了金属氢化物CuH 的制备, 但是很长一段时间, 科研工作者
直到一直都没有将它应用于有机合成反应中[1]。
Brunner 首次将CuH 应用于不对称硅氢加成反应（图1）。室温下以Cu(I)化合物[CuOC(CH3) 3, CuO 2CC 6H 5]与手性膦配体1、2、3(图2) 作为催化剂，产物,ee 值达10%～40%。
Lipshutz 等研究了CuH 和手性Roche 配体4b (图3) 原位制备的催化剂体系, 发现该催化体系对芳香酮的不对称硅氢加成具有很好的活性。他们还发现配体5a 与CuH 配位的催化体系能高效地催化具有生理活性的芳香酮中间体的不对称硅氢化[2], 分离产率和立体选择性高达86%以上, 研究表明(R)-BINAP/Cu-Cl/NaO-t-Bu 体系能够有效催化芳基烷基酮的不对称硅氢反应。
20世纪后, 越来越多的科研工作者把铜与氮杂环卡宾配合物作为催化体系应用到不对称硅氢加成研究中。氮杂环卡宾比起膦配体, 具有较高的稳定性, 能在空气中稳定存在。Nolan 用CuCl 和NHC ·HX(NHC＝氮杂环卡宾) 制备得到
该催化剂的应用底物范围广卡宾金属络合物[3]，
泛, 能高效地催化脂肪、芳香和杂环芳香酮的硅氢化反应。他们制备并表征了一系列的催化剂前体，讨论了催化剂活性和结构之间的关系。Nolan 等还制备了能在空气和水中稳定存在的氮杂环卡宾铜络合物催化剂[4]。
直到21世纪才出现关于铜催化脂肪族酮硅氢加成的研究。Nolan 等用CuCl 和NHC ·HX 合成的催化剂在高温下(80℃) 能高效地催化二叔丁基甲酮、二环基甲酮这些具有较大位阻的二烷基酮的硅氢化反应。研究发现[(IPr)2Cu]
BF4/NaO-t-Bu 催化体系，在室温下可以高效地催化脂肪族酮如2-辛酮和2-十一酮等长链烷烃的硅氢化。图1CuH 催化不对称硅氢加成反应
2005年Steven P Nolan 等人研究发现，亚铜的不饱和卡宾配合物[Cy]CuCl在催化空间位阻较大或多官能团的酮的氢硅化烷基化反应中的催化活性较高，转化率
图2手性膦配体>90%，产物的产率在
95%-100%之间（图4）。
2机理
对于铜的氮杂环卡宾配合物催化硅氢化反应提出了一下的
（图5），催化机理[5]
(NHC)CuC和图3与铜配位的配体NaO-t-Bu 反应生成(NHC)CuOtBu，这步已经得到了证实，在相同的反应条件下用核磁检测到了(NHC)CuOtBu 的存在[6]。接着推测有效的催化剂图4[Cy]CuCl催化酮的氢硅化烷基化反应为(NHC)CuH，它是由
(NHC)CuOtBu和氢硅烷进行σ-交换生成[7]。系催化剂的合成方法和应用的研究受到各国研(NHC)CuH和羰基碳结合产生烯酮铜盐中间究学者的重视。铜催化不对称硅氢加成的应用体，再转化为铜烷氧化物，它再经历与另一个氢占有非常重要的地位，尽管已经取得了不少成
但这一领域仍然有许多尚未解决的问题。深硅烷的另一个σ-交换，形成氧硅和活性催化绩，
剂(NHC)CuH，这步在磷化氢-铜体系中已经得入对不对称催化反应机理的认识等方面仍是将
[8,9]
但当时并不能解释为什么普遍要求来需要进一步关注的研究领域。手性催化剂的到证实，
碱过量。(SIMes)CuCl催化剂催化酮的硅氢化反循环利用使其具有工业应用价值也是需要加强应则是不用过量碱的首例。硅氢化反应倾向于的一个研究方向。亲核反应，我们认为过量的碱可以加强与氢硅
深入研烷相互作用，并促进第二次σ-交换[10]。
究这反应的机理还在进行中。
他们认为氢化铜与硅烷结合有两种途径(图6):第一种途径是氢化铜与硅烷作用，形成五配位的中间体；第二种途径是硅烷氧化加成得
两种中间体都到氢化铜，产生Cu(III)中间体[11]，
可与酮加成得到加成产物。
3展望
不对称硅氢加成反应自20世纪80年代以来发展迅速，在基础研究和开发手性配体方面都取得了很大的成功。随着人们对环境保护和经济友好催化体系越来越重视, 近年来有关铜
参考文献
[1]Cornils, B.;Hernmann, W. A. M ultiphase Homogeneous Catalysis [J].weinheim, 1996. [2]Lipshutz, B. H.; Lower, A.; Kucejko, R. J.; Noson, K. Applications of Asymmetric Hydrosi-lylations M ediated by Catalytic (DTBM-SEG-PHOS)CuH [J].Org. Lett., 2006, 8:2969-2972.
[3]Honghua Rao, Hua Fu, Yuyang Jiang, Yufen Zhao, Copper-catalyzed Arylation of Amines Using Diphenyl Pyrrolidine-2-phospho-nate as the new Ligand [J].J. Org. Chem., 2005, 70:8107-8109. （下转33页）
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碳四烃中水含量分析方法的比较
姚建国
（大庆中蓝石化有限公司质检中心，黑龙江大庆163713）
摘要：介绍了两种分析碳四烃中水含量的方法，并对同一样品进行测试，均取得了满意的效果，并比较了两种方法的优缺点
关键词：碳四烃；水含量；分析
1概述
表1我厂的甲乙酮装置于1997年建成投产, 是
国内第一套甲乙酮生产装置, 它是引进德国霍尼韦尔公司的专利技术。由丁烯与水反应合成仲丁醇, 然后再脱氢生产甲乙酮, 丁烯由萃取剂从碳四原料烃中萃取出来, 萃取剂由吗啉和氮甲酰吗啉按一定比例混合而成。由于碳四原料烃中含有的水分可使萃取剂中氮甲酰吗啉转变成吗啉而降低萃取效率, 导致丁烯产率过低, 从
而影响产品产量, 因此, 必需严格控制碳四原料测器）中的含水量在0.1%以下, 我们一直用气相色谱2.1.2浙大智达N-2000工作站仪，采用面积校正归一化法来测定水分的含量。2.1.3100微升耐压取样针2006年公司购进一台大庆日上公司生产的2.1.4分析条件：JF-5型微量水测定仪（带有LG-5型液态烃闪进样器：220℃检测器：220℃蒸汽化取样进样器）, 它采用的是库仑法，用卡初始温度：100℃终止温度：200℃尔费休试剂进行滴定，通过测量溶液导电能力升温速率：10℃/min的变化来确定终点。根据厂家提供的转换系数载气：高纯氢气和碳四原料烃的组成，我们计算出其密度，建立2.2库仑法仪器及分析条件了适合分析其含水的方法，取得了良好的效果，2.2.1JF-5型微量水测定仪（须在通风橱完全可以满足生产的需要。进行测定）
2实验部分2.2.2LG-5型液态烃闪蒸汽化取样进样器2.1气相色谱法仪器及分析条件2.2.3分析条件2.1.1HP-1890型气相色谱仪（热导池检汽化温度：100℃进样量：2升（上接32页）
图1
用上述两种方法对同一样品进行测试，结果如表1（%）
气相色谱法谱图见图1。3结论
3.1两种方法对同一样品的测试结果稍有差异，但都能满足生产的需要，库仑法的重复性稍好。
3.2色谱法进样量少，成本小，库仑法样品用量大，须定期更换卡尔费休试剂，费用相对较高。
3.3色谱法比较安全，而微量水测定仪必须安装在通风良好的通风橱内，否则可能会有爆炸的危险。
[4]Diez-Gonzalez, S.; Scott, N. M .; Nolan, S. P., Cationic Copper (I)Complexes as Efficient Precatalysts for the Hydrosilylation of Carbonyl Compounds [J].Organometallics, 2006, 25:2355-2358.
[5]Silvia, D.; Harneet, K.; Fabiano, K. Z.; Edwin, D. S.; Steven, P. N., A simple and Efficient Copper-catalyzed
图5
Procedure for the
Hydrosilylation of Hindered and Functionalized Ketones [J].J. Org. Chem., 2005, 70:4784-4796.
[6]Mankad, N. P.; Laitar, D. S.; Sadighi, J. P., For Spectroscopic data of [(IPr)CuOtBu]in C6D6[J].Organometallics, 2004, 23:3369-3371.
[7]Lorenz, C.; Schubert, U., An Efficient Catalyst for the Conversion of Hydrosilanes to Alkoxysilanes [J].Chem. Ber. 1995, 128:1267-1269.
[8]Pagenkopf, B. L.; Kruger, J.; Stojanovic, A.; Carreira, E. M ., M echanistic Insights into
硅氢化反应催化机理
图6氢化铜与硅烷结合有两种途径
Copper-Catalyzed 1,4-Reduction and Alkylation [J].Org. Lett. 2001, 3:1129-1132.
[11]Chuit, C.; Corriu, R. J. P.; Reye, C.; Young, J. C., Reactivity of Penta-and Hexacoordinate Silicon Compounds and their role as Reaction Intermediates [J].Chem. Rev. 1993, 93:1371-1448.
Cu-Catalyzed Asymmetric Aldol Reactions:Chemical and Spectroscopic Evidence for a Metalloenolate Intermediate [J].Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37:3124-3126.
[9]Moritami, Y.; Appella, D. H.; Jurkauskas, V.; Buchwald, S. L., Synthesis of β-Alkyl Cyclopentanones in High Enantiomeric Excess via Copper-Catalyzed Asymmetric Conjugate Reduction [J].J. Am. Chem. Soc. 2000, 122:6797-6798.
[10]Yun, J.; Buchwald, S. L., One-Pot Synthesis of Enantiomerically Enriched 2,3-Disubstituted Cyclopentanones via
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铜催化不对称硅氢化反应的发展进程及机理研究
张莹
仲崇民*
（哈尔滨师范大学, 黑龙江哈尔滨150001）
摘
要：在有机合成领域酮的加成反应十分普遍，特别是硅氢化反应更是应用广泛。因此，我们研究了近些年来铜的氮杂环卡宾配合物催化不
对称硅氢化反应的研究近展，并阐述了不对称硅氢化反应的机理。
关键词：硅氢化反应，铜的氮杂环卡宾配合物；机理催化不对称合成一直是化学家长期以来努力的一个方向，仅用少量手性催化剂就可以将大量前手性底物对映选择性的转化成特定构型的手性产物。实现手性放大，手性倍增。因此，在外消旋体拆分、化学计量不对称合成、催化不对称合成这三种制备手性化合物的化学方法中具有明显的优越性。而金属卡宾在有机合成和
催化不对称高分子化学中得到了广泛的应用[1]。
合成最早报道的是用多相催化剂，由于催化剂表面结构的非均一性，其光学选择性难以提高，而金属有机化学的发展极大的促进了它的进步，我们应用手性配体过渡金属配合物，催化合成具有旋光性地手性化合物。
近些年有机化学家们也对N-杂环卡宾配体在不对称催化合成方面的性质进行着积极的探索，合成出许多结构新颖的金属配合物，在许多反应中展现出很好的对映选择性。我们选择了其中的一个小分支进行研究，即铜的N-杂环卡宾配合物催化酮不对称硅氢加成。
1发展过程
早在1944年,Wurtz 等就报道了金属氢化物CuH 的制备, 但是很长一段时间, 科研工作者
直到一直都没有将它应用于有机合成反应中[1]。
Brunner 首次将CuH 应用于不对称硅氢加成反应（图1）。室温下以Cu(I)化合物[CuOC(CH3) 3, CuO 2CC 6H 5]与手性膦配体1、2、3(图2) 作为催化剂，产物,ee 值达10%～40%。
Lipshutz 等研究了CuH 和手性Roche 配体4b (图3) 原位制备的催化剂体系, 发现该催化体系对芳香酮的不对称硅氢加成具有很好的活性。他们还发现配体5a 与CuH 配位的催化体系能高效地催化具有生理活性的芳香酮中间体的不对称硅氢化[2], 分离产率和立体选择性高达86%以上, 研究表明(R)-BINAP/Cu-Cl/NaO-t-Bu 体系能够有效催化芳基烷基酮的不对称硅氢反应。
20世纪后, 越来越多的科研工作者把铜与氮杂环卡宾配合物作为催化体系应用到不对称硅氢加成研究中。氮杂环卡宾比起膦配体, 具有较高的稳定性, 能在空气中稳定存在。Nolan 用CuCl 和NHC ·HX(NHC＝氮杂环卡宾) 制备得到
该催化剂的应用底物范围广卡宾金属络合物[3]，
泛, 能高效地催化脂肪、芳香和杂环芳香酮的硅氢化反应。他们制备并表征了一系列的催化剂前体，讨论了催化剂活性和结构之间的关系。Nolan 等还制备了能在空气和水中稳定存在的氮杂环卡宾铜络合物催化剂[4]。
直到21世纪才出现关于铜催化脂肪族酮硅氢加成的研究。Nolan 等用CuCl 和NHC ·HX 合成的催化剂在高温下(80℃) 能高效地催化二叔丁基甲酮、二环基甲酮这些具有较大位阻的二烷基酮的硅氢化反应。研究发现[(IPr)2Cu]
BF4/NaO-t-Bu 催化体系，在室温下可以高效地催化脂肪族酮如2-辛酮和2-十一酮等长链烷烃的硅氢化。图1CuH 催化不对称硅氢加成反应
2005年Steven P Nolan 等人研究发现，亚铜的不饱和卡宾配合物[Cy]CuCl在催化空间位阻较大或多官能团的酮的氢硅化烷基化反应中的催化活性较高，转化率
图2手性膦配体>90%，产物的产率在
95%-100%之间（图4）。
2机理
对于铜的氮杂环卡宾配合物催化硅氢化反应提出了一下的
（图5），催化机理[5]
(NHC)CuC和图3与铜配位的配体NaO-t-Bu 反应生成(NHC)CuOtBu，这步已经得到了证实，在相同的反应条件下用核磁检测到了(NHC)CuOtBu 的存在[6]。接着推测有效的催化剂图4[Cy]CuCl催化酮的氢硅化烷基化反应为(NHC)CuH，它是由
(NHC)CuOtBu和氢硅烷进行σ-交换生成[7]。系催化剂的合成方法和应用的研究受到各国研(NHC)CuH和羰基碳结合产生烯酮铜盐中间究学者的重视。铜催化不对称硅氢加成的应用体，再转化为铜烷氧化物，它再经历与另一个氢占有非常重要的地位，尽管已经取得了不少成
但这一领域仍然有许多尚未解决的问题。深硅烷的另一个σ-交换，形成氧硅和活性催化绩，
剂(NHC)CuH，这步在磷化氢-铜体系中已经得入对不对称催化反应机理的认识等方面仍是将
[8,9]
但当时并不能解释为什么普遍要求来需要进一步关注的研究领域。手性催化剂的到证实，
碱过量。(SIMes)CuCl催化剂催化酮的硅氢化反循环利用使其具有工业应用价值也是需要加强应则是不用过量碱的首例。硅氢化反应倾向于的一个研究方向。亲核反应，我们认为过量的碱可以加强与氢硅
深入研烷相互作用，并促进第二次σ-交换[10]。
究这反应的机理还在进行中。
他们认为氢化铜与硅烷结合有两种途径(图6):第一种途径是氢化铜与硅烷作用，形成五配位的中间体；第二种途径是硅烷氧化加成得
两种中间体都到氢化铜，产生Cu(III)中间体[11]，
可与酮加成得到加成产物。
3展望
不对称硅氢加成反应自20世纪80年代以来发展迅速，在基础研究和开发手性配体方面都取得了很大的成功。随着人们对环境保护和经济友好催化体系越来越重视, 近年来有关铜
参考文献
[1]Cornils, B.;Hernmann, W. A. M ultiphase Homogeneous Catalysis [J].weinheim, 1996. [2]Lipshutz, B. H.; Lower, A.; Kucejko, R. J.; Noson, K. Applications of Asymmetric Hydrosi-lylations M ediated by Catalytic (DTBM-SEG-PHOS)CuH [J].Org. Lett., 2006, 8:2969-2972.
[3]Honghua Rao, Hua Fu, Yuyang Jiang, Yufen Zhao, Copper-catalyzed Arylation of Amines Using Diphenyl Pyrrolidine-2-phospho-nate as the new Ligand [J].J. Org. Chem., 2005, 70:8107-8109. （下转33页）
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碳四烃中水含量分析方法的比较
姚建国
（大庆中蓝石化有限公司质检中心，黑龙江大庆163713）
摘要：介绍了两种分析碳四烃中水含量的方法，并对同一样品进行测试，均取得了满意的效果，并比较了两种方法的优缺点
关键词：碳四烃；水含量；分析
1概述
表1我厂的甲乙酮装置于1997年建成投产, 是
国内第一套甲乙酮生产装置, 它是引进德国霍尼韦尔公司的专利技术。由丁烯与水反应合成仲丁醇, 然后再脱氢生产甲乙酮, 丁烯由萃取剂从碳四原料烃中萃取出来, 萃取剂由吗啉和氮甲酰吗啉按一定比例混合而成。由于碳四原料烃中含有的水分可使萃取剂中氮甲酰吗啉转变成吗啉而降低萃取效率, 导致丁烯产率过低, 从
而影响产品产量, 因此, 必需严格控制碳四原料测器）中的含水量在0.1%以下, 我们一直用气相色谱2.1.2浙大智达N-2000工作站仪，采用面积校正归一化法来测定水分的含量。2.1.3100微升耐压取样针2006年公司购进一台大庆日上公司生产的2.1.4分析条件：JF-5型微量水测定仪（带有LG-5型液态烃闪进样器：220℃检测器：220℃蒸汽化取样进样器）, 它采用的是库仑法，用卡初始温度：100℃终止温度：200℃尔费休试剂进行滴定，通过测量溶液导电能力升温速率：10℃/min的变化来确定终点。根据厂家提供的转换系数载气：高纯氢气和碳四原料烃的组成，我们计算出其密度，建立2.2库仑法仪器及分析条件了适合分析其含水的方法，取得了良好的效果，2.2.1JF-5型微量水测定仪（须在通风橱完全可以满足生产的需要。进行测定）
2实验部分2.2.2LG-5型液态烃闪蒸汽化取样进样器2.1气相色谱法仪器及分析条件2.2.3分析条件2.1.1HP-1890型气相色谱仪（热导池检汽化温度：100℃进样量：2升（上接32页）
图1
用上述两种方法对同一样品进行测试，结果如表1（%）
气相色谱法谱图见图1。3结论
3.1两种方法对同一样品的测试结果稍有差异，但都能满足生产的需要，库仑法的重复性稍好。
3.2色谱法进样量少，成本小，库仑法样品用量大，须定期更换卡尔费休试剂，费用相对较高。
3.3色谱法比较安全，而微量水测定仪必须安装在通风良好的通风橱内，否则可能会有爆炸的危险。
[4]Diez-Gonzalez, S.; Scott, N. M .; Nolan, S. P., Cationic Copper (I)Complexes as Efficient Precatalysts for the Hydrosilylation of Carbonyl Compounds [J].Organometallics, 2006, 25:2355-2358.
[5]Silvia, D.; Harneet, K.; Fabiano, K. Z.; Edwin, D. S.; Steven, P. N., A simple and Efficient Copper-catalyzed
图5
Procedure for the
Hydrosilylation of Hindered and Functionalized Ketones [J].J. Org. Chem., 2005, 70:4784-4796.
[6]Mankad, N. P.; Laitar, D. S.; Sadighi, J. P., For Spectroscopic data of [(IPr)CuOtBu]in C6D6[J].Organometallics, 2004, 23:3369-3371.
[7]Lorenz, C.; Schubert, U., An Efficient Catalyst for the Conversion of Hydrosilanes to Alkoxysilanes [J].Chem. Ber. 1995, 128:1267-1269.
[8]Pagenkopf, B. L.; Kruger, J.; Stojanovic, A.; Carreira, E. M ., M echanistic Insights into
硅氢化反应催化机理
图6氢化铜与硅烷结合有两种途径
Copper-Catalyzed 1,4-Reduction and Alkylation [J].Org. Lett. 2001, 3:1129-1132.
[11]Chuit, C.; Corriu, R. J. P.; Reye, C.; Young, J. C., Reactivity of Penta-and Hexacoordinate Silicon Compounds and their role as Reaction Intermediates [J].Chem. Rev. 1993, 93:1371-1448.
Cu-Catalyzed Asymmetric Aldol Reactions:Chemical and Spectroscopic Evidence for a Metalloenolate Intermediate [J].Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37:3124-3126.
[9]Moritami, Y.; Appella, D. H.; Jurkauskas, V.; Buchwald, S. L., Synthesis of β-Alkyl Cyclopentanones in High Enantiomeric Excess via Copper-Catalyzed Asymmetric Conjugate Reduction [J].J. Am. Chem. Soc. 2000, 122:6797-6798.
[10]Yun, J.; Buchwald, S. L., One-Pot Synthesis of Enantiomerically Enriched 2,3-Disubstituted Cyclopentanones via