aldol

2018年2月|71

新型脯氨酸类催化剂在不对称Aldol反应中的应用

吴小佳(河北农业大学理工学院，河北黄骅061100)

摘要：新型脯氨酸类催化剂能够有效的催化不对称Aldol反应，通过文献得知其催化产物具有高产率，高对映选择性的特点。本文

综述了四种无论是在制备工艺还是反应条件方面都比较完善的新型脯氨酸类催化剂，并从结构特性和在Aldol反应中实际应用

等方面展开介绍。

关键词：新型脯氨酸;催化剂;Aldol反应

有机小分子催化不对称合成反应在医药生产、材料合成

和生命科学等领域占有举足轻重的地位，不对称Aldol反应是

该反应类型中比较常见的一种，其催化剂具有化学性质稳定、

反应操作要求简单和对环境影响较小等优点。在催化剂的研究

方面，国内外的研究学者曾对多种氨基酸及其他化合物进行探

究，发现其中脯氨酸类催化剂在不对称Aldol反应中表现出的

效果最好，也是目前有机合成领域重点研究方向。

1L-脯氨酸为反应催化剂

脯氨酸分子结构中具有吡咯环、羧基、仲胺基团，这些基

团正是催化剂分子在反应中不可缺少的五元四氢吡咯环和活

泼氢。[1]早在20世纪70年代，已有研究者对脯氨酸催化不对称

Aldol反应进行了研究，发现其产物具有较高的对映选择性，

但仍存在产率较低的问题，由于当时实验条件的有限性，脯氨

酸在不对称Aldol反应中的研究没有进一步深入研究。在21世

纪初，List和Barbas[2]等人对L-脯氨酸催化不对称Aldol反应

展开了深入研究，将脯氨酸作为催化剂分别用于丙酮和芳醛、

α-取代醛、三级醛的不对称Aldol反应中，MDSO作溶剂，得

到了不同的对映选择性值和产率，但发现两者不能同时达到较

高值，仍存在很大的改进空间。之后很多研究者以L-脯氨酸为

载体，在其基础上加以修饰得到了不同催化效果的脯氨酸类催

化剂。

2(4S)-苯氧基-(S)-脯氨酸为反应催化剂

脯氨酸是一种小分子化合物，水中溶解度比其他任何氨基

酸都大，在25℃时100g水中可大约溶解162g脯氨酸，在一些

有机溶剂中溶解度不高，虽然在被誉为“万能溶剂”的DMSO

中表现出了很好的催化性能，但后期的催化剂回收利用还存

在很大问题。在2003年，Zhou[3]等以具有光学活性的天然产

物L-羟基脯氨酸为原料合成了具有手性的催化剂-(4S)-苯

氧基-(S)-脯氨酸。以对硝基苯甲醛和丙酮为反应模型，分别

在DMSO和纯丙酮两种溶剂中进行反应，实验数据表明，在

DMSO溶剂中产率达到78.6%，对映选择性值达到72.73%；在

丙酮溶剂中产率达到75.0%，对映选择性值达到76.47%，从选

择性来看丙酮的实验结果优于DSMO的实验结果，同时丙酮

更容易实现催化剂的回收。

3(4R)-(β-萘甲氧基)-(S)-脯氨酸为反应

催化剂

在2004年，Chen团队[4]也发现了脯氨酸在有机相中溶解

度很小的问题，试图通过改变氮原子附近的立体化学环境和羟

基醚化的方式，增加催化剂的溶解性。同样用易得到的光学活

性氨基酸(4R)-羟基-(S)-脯氨酸作为原料合成了具有手性

的脯氨酸类催化剂—(4R)-(β-萘甲氧基)-(S)-脯氨酸。在实

验中探究了催化剂用量和温度对反应的影响，在不同催化剂用

量下丙酮和几种芳香醛进行反应，发现温度对产物的立体选择

性影响不明显，从产物的对映选择性考虑催化剂用量5mol%为

最佳；在低温(-25℃)下，(4R)-(β-萘甲氧基)-(S)-脯氨酸

和L-脯氨酸催化邻硝基苯甲醛和丙酮，通过结果比较得出新

型脯氨酸催化剂的催化活性更好。

44,5甲基-L-脯氨酸为反应催化剂

4,5-L-脯氨酸是有效治疗糖尿病药物的关键中间体，在

医药生产中具有很重要的作用。4,5-L-脯氨酸是基于脯氨酸

的基本骨架，在其基础上具有一个刚性的三元骈环和手性桥头

碳氢，其还有顺式和反式两种结构，为催化剂的研究增加了方

向。Yu等[5]以L-谷氨酸为原料通过多步反应得到催化剂—

trans-4,5甲基-L-脯氨酸和cis-4,5,-L-脯氨酸。分别通过

丙酮和多种醛的反应，环己酮和多种醛的反应以及对硝基苯甲

醛和其他环酮的反应进行了适应性探究，结果发现，顺反异构

的两种脯氨酸类催化剂表现出的对映选择性值和产率都有优

于L-脯氨酸的催化性能，但trans-4,5甲基-L-脯氨酸的催

化性能更好。

5结语

综合来看，新型脯氨酸类催化剂具备了优于其他催化剂的

反应特点，正适应当今发展的要求，无论在工业上还是在科研

上都具有举足轻重的地位。但从催化剂的回收利用和绿色化学

的角度出发，脯氨酸类催化剂还不能完全达到要求，还需集中

国内外学者的力量深入探究，促进有机合成领域的快速发展。

参考文献：

[1]王雷.新型L-脯氨酸衍生物的合成及催化不对称

Aldol反应性能研究[D].湖南:中南大学，2013.

[2]王琳，姚军，左海燕.手性催化剂脯氨酸在不对称合成

中的应用进展[J].河北工业科技，2007.

[3]周华.新型脯氨酸类催化剂的合成及其在催化不对称

直接羟醛缩合反应中的应用[D].苏州:苏州大学，2003.

[4]陈五红.(4R)-(β-萘甲氧基)-(S)-脯氨酸催化的不

对称Aldol反应[D].苏州:苏州大学，2004.

[5]于娜.4,5-甲基-L-脯氨酸的合成及其催化不对称

Aldol反应的性能研究[D].上海:上海应用技术大学，2016.

作者简介：吴小佳(1996-)，女，河北唐山人，本科，专业方向为化

学工程与工艺。