在化学的世界里，不对称催化是合成光学活性化合物的强大工具，而其中的手性磷配体更是扮演着关键角色。今天，让我们一起走进 Tsuneo Imamoto 的研究，深入了解P-Stereogenic Phosphorus Ligands 在不对称催化中的神奇之处。
手性磷配体就像一把把神奇的钥匙，能够开启不对称催化合成的大门，为我们带来具有特定光学活性的化合物。它们主要分为两类：「骨架手性配体」和「P-立体磷配体」。骨架手性配体已经在很多催化不对称转化中频繁使用，但今天我们的主角是「P-立体磷配体」，它虽然在早期因为合成困难而发展缓慢，但近年来却展现出了巨大的潜力。
P-立体磷配体的发现历史之旅
早期探索（1968 - 2000 年）
早在1968年，科学家们就开始了对这类配体的探索。Knowles和 Horner率先使用光学活性膦作为配体，之后又发现了一些具有较好对映选择性的配体，如DIPAMP等。这些研究成果虽然在不对称催化的历史上具有重要意义，但由于合成过程的复杂性，P-立体磷配并没有得到广泛应用。
蓬勃发展（2001 - 2023 年）
进入21世纪，随着研究的深入，大量结构多样的P-立体磷配被设计和合成出来。这些配体可以大致分为三类：
1. C2-对称双磷配体：像 TangPhos、QuinoxP * 等配体，它们具有独特的结构和电子性质，在各种不对称反应中表现出色。例如 TangPhos在Rh催化的不对称氢化反应中对 α-脱氢氨基酸衍生物和α-芳基烯酰胺展现出了极高的对映选择性。
2. C1- 对称双磷配体：包括Trichickenfootphos（TCFP等配体。这类配体在不对称氢化反应中也有着重要应用，如TCFP在功能化烯烃的氢化反应中表现出了很高的对映诱导能力。
3. 单磷配体：具有各种官能团，能够形成环状金属配合物。例如一些含氮官能团的配体在Ir催化的烯烃不对称氢化或Pd催化的C- C键形成反应中发挥了作用。
P-立体磷配体在不对称催中的应用
不对称催化
1. Rh 催化氢化
α-脱氢氨基酸衍生物：这是制备光学活性α-氨基酸的重要反应。多种配体在此反应中表现出高对映选择性，反应机理也得到了深入研究，包括传统的Halpern-Brown机制以及新提出的二氢化物途径机制。
β - 脱氢氨基酸衍生物：同样是合成手性 β - 氨基酸及其衍生物的有效方法，不同配体在该反应中对不同底物的催化性能各有优劣。
其他烯酰胺：N - 酰基烯酰胺的不对称氢化是合成手性胺的有用方法，许多配体在此反应中都能实现高对映选择性，并且部分反应已经应用于手性药物的合成。
未官能化烯烃和芳香环：相较于其他金属，Rh 催化未官能化或低官能化烯烃以及芳香环的不对称氢化更具挑战性，但科学家们仍然取得了一些成果，如使用特定配体实现了茚型四取代烯烃和部分芳香化合物的不对称氢化。
2. Ir、Pd、Ru 催化氢化
Ir催化氢化在不对称氢化反应中也有重要应用，尤其是对未官能化烯烃的氢化，一些P-stereogenicP,N-配体表现出良好性能。
Pd催化的不对称氢化方法在合成光学活性化合物方面也有显著进展，对多种底物如N-磺酰亚胺、β-酮酯等都能实现高效氢化。
Ru催化的不对称氢化则在酮的还原反应中有所应用，虽然P-立体磷配体使用相对较少，但也有相关研究成果。
3. 非贵金属催化氢化
近年来，使用地球丰产金属替代贵金属进行不对称催化氢化成为研究热点。例如 Fe、Co、Ni、Cu 等金属都在不对称氢化反应中展现出了独特的性能。
Fe的一些配合物在芳香酮的转移氢化中表现出良好的对映选择性；
Co催化的不对称氢化可用于合成多种 α - 取代的羧酸等化合物；
Ni催化的反应涵盖了多种底物的氢化，且在一些反应中通过调整反应条件可实现高对映选择性；
Cu催化的不对称氢化则在动态动力学拆分等反应中取得了良好效果。
过渡金属催化的不对称C-C键形成反应
Pd 催化反应
Suzuki-Miyaura交叉偶联反应：是合成轴手性联芳化合物的有效方法，多种 P - stereogenic monophosphine 配体被用于该反应，实现了对多种底物的高效转化，并合成了一些天然存在的手性联芳化合物。
α-芳基化或γ-芳基化反应：对于构建全碳季碳中心具有重要意义，一些配体在这些反应中表现出高效的催化性能，产物可用于合成多种天然产物和药物。
环化反应：包括分子内不对称 α - 芳基化反应以及不对称分子内脱芳构化环化反应等，通过使用不同的配体实现了多种环化产物的合成，这些产物在合成天然产物中具有重要应用。
Rh 催化反应
氢甲酰化反应：是工业上生产光学活性醛及其衍生物的重要过程，一些 P - stereogenic phosphorus ligands 被用于该反应，实现了对多种底物的高效转化。
芳基硼酸对不饱和化合物的加成反应：是构建光学活性化合物的重要方法，多种配体在此反应中实现了对不同底物的加成，产物可用于合成多种天然产物和药物。
Ir、Ru、Au催化反应
Ir催化的不对称加氢芳基化反应、Ru 催化的一些加成反应以及 Au 催化的环化反应等都有相关研究，不同的 P - stereogenic phosphorus ligands 在这些反应中都发挥了重要作用。
非贵金属催化反应
Fe、Co、Ni、Cu 等金属催化的碳 - 碳键形成反应也取得了很多成果。例如 Fe 催化的交叉偶联反应、Co 催化的不对称环化反应、Ni 催化的多种耦合反应以及 Cu 催化的不对称炔丙基化、烯丙基化等反应，都为有机合成提供了新的方法和途径。
过渡金属催化的不对称碳-杂原子键形成反应
C-B键形成反应
烯烃的硼氢化反应：是构建手性有机硼化合物的重要方法，多种金属催化剂与 P - stereogenic phosphorus ligands 配合使用，实现了对不同烯烃的高效硼氢化，产物可进一步转化为多种手性化合物。
烯烃的二硼化反应：通过使用特定配体实现了对不同烯烃的二硼化，产物可用于构建生物活性化合物。
C - N键形成反应
包括吡唑或四唑对末端炔烃的加成、烯胺的分子间氢胺化、Pd 催化的脱羧 C-N键形成反应等，不同的配体在这些反应中实现了对不同底物的转化，为合成手性含氮化合物提供了方法。
C - O键形成反应
通过使用不同的配体实现了多种 C-O键形成反应，如烯基化反应、串联烯丙基取代反应等，合成了多种含氧化合物。
C - Si键形成反应
Rh、Ni、Cu 催化的合成反应被用于构建手性有机硅化合物，不同配体在这些反应中实现了对不同底物的转化。
C - P键形成反应
过渡金属催化的不对称 C-P键形成反应是合成光学活性有机磷化合物的直接方法，一些配体在这些反应中表现出良好的催化性能。
P-立体异构膦有机催化
用于不对称有机催化的 P - 立体异构膦：一些配体在不对称酰化反应和环化反应中表现出高效性能，为合成生物活性化合物提供了方法。
仲醇的动力学拆分：通过使用特定的 P - 立体异构膦实现了对仲醇的动力学拆分，展示了这类配体在不对称催化中的多样性应用。
不对称环化反应：包括取代炔烃和 Morita - Baylis - Hillman 碳酸酯或乙酸酯的环化反应等，不同配体在这些反应中实现了对不同底物的转化，合成了多种手性化合物。
其他不对称反应：如 P - 立体异构膦在不对称 aza - Morita - Baylis - Hillman 反应等中的应用，进一步展示了其在不对称催化中的重要性。
结论与展望 P - stereogenic phosphorus ligands 通过选择磷原子上的取代基能够有效地控制不对称催化的活性和对映选择性。虽然在过去几十年中已经取得了巨大的进展，但仍然存在一些挑战，例如一些底物难以进行不对称催化，部分反应需要较高的催化剂负载量和较长的反应时间等。未来，我们期待科学家们能够设计合成出更多具有新颖结构和优异性能的配体，探索更多新的催化反应，为不对称催化领域带来更多的突破和创新。
