硫脲有机催化

在有机催化领域， （硫）脲有机催化指利用脲或硫脲来加快有机反应速率或控制立体化学。与经典的催化方法不同，这种催化方法的利用的是底物和（硫）脲之间形成的氢键作用（可以认为发生“部分质子化”）。（硫）脲有机催化的应用包括立体选择性应用与非立体选择性应用

 历史 
Kelly、Etter、Jorgensen、Hine、Curran、Göbel和De Mendoza（参见下文引用的参考文献）在非金属小分子氢键催化领域作出了开创性贡献。Peter R. Schreiner及其同事确定并引入了缺电子的硫脲衍生物作为氢键有机催化剂。Schreiner的选择的硫脲为N,N'-二[3,5-二(三氟甲基)苯基]硫脲，这种催化剂结合了双氢键介导的有机催化剂的所有结构特征：

 缺电子
 具有刚性结构
 苯环的3,4 和/或 5 位上具有非配位吸电子取代基
 3,5-二(三氟甲基)苯基是优选的取代基

 催化剂-底物相互作用 
硫脲衍生物和羰基底物之间形成了两个氢键。（硫）脲中共面的两个氨基取代基是氢键的给体。Alexander Wittkopp, Peter R. Schreiner, "Diels-Alder Reactions in Water and in Hydrogen-Bonding Environments", book chapter in "The Chemistry of Dienes and Polyenes" Zvi Rappoport (Ed.), Volume 2, John Wiley & Sons Inc.; Chichester, 2000, 1029-1088. .Alexander Wittkopp, "Organocatalysis of Diels-Alder Reactions by Neutral Hydrogen Bond Donors in Organic and Aqueous Solvents", dissertation written in German, Universität Göttingen, 2001. English abstract/download: Peter R. Schreiner, review: "Metal-free organocatalysis through explicit hydrogen bonding interactions", Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 289-296. abstract/download:Yoshiji Takemoto, review: "Recognition and activation by ureas and thioureas: stereoselective reactions using ureas and thioureas as hydrogen-bonding donors", Org. Biomol. Chem. 2005, 3, 4299-4306. abstract/download:     方酰胺利用双氢键进行催化的性能通常优于硫脲。 
左|缩略图|Schreiner使用的N,N'-双[3,5-双（三氟甲基）苯基硫脲形成的酮络合物，具有明显的双氢键螯合的特征  

 硫脲有机催化剂的优点 
（硫） 脲是符合绿色化学理念要求的催化剂，在应用中具有以下优势：

 由于氢键的结合焓相对较低，因此（硫）脲催化剂的活性通常不会被产物抑制，但是可以特异性识别底物
 催化剂用量低（可以低至0.001 mol%）
 高TOF （周转频率）值（高达 5,700 h-1 ） 
 可以由（手性）伯胺与异硫氰酸酯反应合成，较为简单、廉价
 性质较稳定，易于处理，不需要惰性气体氛围保护
 可以固定在固相聚合物上，便于催化剂回收与重复使用
 可以在中性、温和条件下进行催化（pKa(硫脲) =  21.0, DMSO），可兼容对酸敏感的底物
 不含金属，与传统含金属的路易斯酸催化剂相比毒性更小
 耐水，甚至在水溶液体系中仍然具有催化能力

 底物 
可接受氢键的底物包括羰基化合物、亚胺、硝基烯烃。 Diels-Alder反应也可以受（硫）脲催化。

 催化剂 
已开发出多种单官能和双官能的手性双氢键（硫）脲有机催化剂，以催各种可以用于合成的有机反应。

 拓展阅读 





 参考文献 

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