近年來，合成手性配體的一種發(fā)展趨勢是，在手性膦配體的基礎上，引 入氮、氧或硫等雜原子，生成多齒的混合功能團配體。本文選了幾個方面來綜述膦配合物的應用。

 1. 引言  

  手性化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑、功能高分子材料等領域有著廣泛的應用。對于許多有生物活性的化合物而言，其兩種對映體往往具有不同程度的活性，或具有完全不同的生理作用。因此如何能夠高產(chǎn)率、高光學純度、低成本低能耗地獲得單一對映體化合物是化學家研究的重要課題。研究表明，不對稱催化是制備單一對映體化合物最有效、最重要的途徑之一。它僅用少量手性催化劑，實現(xiàn)手性轉(zhuǎn)移、手性倍增，生成大量的旋光性產(chǎn)物。為實現(xiàn)高效的不對稱催化反應, 化學工作者需要設計合成優(yōu)秀的手性催化劑。通常，手性金屬催化劑由金屬中心和中性或陰離子的手性輔助配體組成。借助手性配體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型和剛性，能夠在催化活性中心周圍營造一種特殊的手性立體微環(huán)境，以有效控制反應物分子的空間取向和反應進程，發(fā)揮特異的光學選擇性。因此手性配體是實現(xiàn)不對稱催化反應的關鍵。近年來，合成手性配體的一種發(fā)展趨勢是，在手性膦配體的基礎上引入氮、氧或硫等雜原子，生成多齒的混合功能團配體。這類配體中的混合功能團，不僅能與金屬中心絡合，生成剛性較強的手性金屬絡合物，而且在催化反應的過程中，配體中功能團還能夠與底物絡合，生成活性中間絡合物，類似于酶催化中金屬中心及其周圍功能團與底物分子的多點相互作用，減少了過渡態(tài)的自由度，有利于提高光學選擇性。本文選了幾個方面來綜述膦配合物的應用。

2. 氫甲酰化反應方面  

  氫甲?；磻窍N與合成氣在過渡金屬絡合催化劑作用下生成醛或醇的均相催化反應過程。氫甲?；磻钤缪芯康拇呋瘎┦荈e(Co)6、Co2(CO)8和Rh4(CO)12等，這類催化劑需在高溫高壓下操作, 熱穩(wěn)定性差且選擇性也不高。經(jīng)過一系列探索研究后殼牌公司最早提出了用有機膦配體部分地取代CO配體的改性途徑，改性后的催化劑由于引入了比CO體積大且具有更強的電子給予能力的膦配體, 其熱穩(wěn)定性和選擇性都有了顯著提高，從而實現(xiàn)了低溫低壓氫甲酰化反應的操作過程。對于反應產(chǎn)物的收率和選擇性的改進仍不乏各種嘗試，在增加催化劑的活性和穩(wěn)定性方面也做了很多努力。其中最重要的是改變中心原子和配體，主要途徑包括:催化劑HM (CO)mLn，改進方法為M= Co、Rh、Fe、Ru、Os、Ir等，L=PR3、P(OR)3、PAr3等

  對配體的改性是氫甲酰化反應催化劑研究中的一個重要方面, 配體的引入會對整個反應的活性、選擇性及動力學等產(chǎn)生一系列的影響。在氫甲?；磻杏糜诖呋瘎└男缘呐潴w主要是叔膦。磷原子基態(tài)的外層電子組態(tài)為3S2 3P3，它以不等性SP 3 雜化軌道與3個取代基（烷基、芳基、烷(芳)氧基等) 分別形成3個σ鍵，余下的一對孤對電子與中心金屬原子配位形成配位鍵，磷原子的3d軌道可以和中心原子的適當?shù)膁 軌道重疊, 接受反饋電子。膦配體的立體效應對反應物烯烴和CO 與中心原子的配位也有著重要的影響，因此催化反應的活性、選擇性和穩(wěn)定性等都是與膦配體的電子和立體效應密切相關的。

2.1.1. 烯烴氫甲?；磻矫? 

  烯烴氫甲酰化反應是典型的原子經(jīng)濟反應，從最初使用的羰基鈷催化劑發(fā)展至今，其催化劑研究已有60 多年的歷史。50 年代中期，人們發(fā)現(xiàn)銠絡合物比鈷對氫甲?；磻哂懈叩幕钚?，可以使反應在更溫和的操作條件( 更低的溫度和壓力) 下進行。此后，關于氫甲?；磻谋姸嘌芯繄蟮乐饕性趯︺櫞呋瘎w系的改進，對活性更高、選擇性更好及環(huán)境友好的催化劑體系的追求，促成了銠催化劑體系從均相到負載液相、負載水相及水/ 有機兩相催化體系的快速發(fā)展。其中對大量不同結(jié)構(gòu)膦配體的合成研究, 在這一進程中擔當了極其重要的角色。  

  四川大學化學學院有機金屬絡合催化研究所張壽春, 陳華等研究了由Rh2(CO) 4Cl2 分別與兩種膦配體4-正丁苯基二苯基膦(1)和4-正辛苯基二苯基膦(2)形成的原位催化劑體系對烯烴氫甲酰化反應的催化性能。對影響反應的各種因素, 如P/ Rh 物質(zhì)的量比、反應溫度、反應壓力，不同烯烴等的影響作了探討。結(jié)果表明，配體1、2 與Rh2 ( CO) 4Cl2 形成的原位催化劑體系的催化活性與選擇性均高于結(jié)構(gòu)相似的PPh3， 在相同的條件下, 不同烯烴的氫甲?；磻钚砸乐辨溝N> 苯乙烯> 直鏈內(nèi)烯> 環(huán)己烯的順序遞增。

  中國藥科大學藥學院陳敏東、唐鋒以甘露醇為原料合成了兩個新的手性膦配體, 并用這些新的手性膦配體和醋酸鈀原位生成的催化劑體系催化苯乙烯的不對稱氫甲?；磻?，當配體為手性膦氧配體(DDPPIO) 時得到S構(gòu)型的2-苯基丙醛的e. e. 為21.19%。用手性膦硫配體( DDPPIS) 作配體時得到S構(gòu)型的2-苯基丙醛的e. e. 11.12%。

  中國科學院蘭州化學物理研究所寇元、殷元騏研究得到了崁烯的氫甲酰化( 100℃，10Mpa，CO +H2) 因銠-膦絡合物中膦配休的不同而給出完全不同的產(chǎn)物。圓錐角較大的膦配體傾向于給出更多的exo-產(chǎn)物。雙齒膦配體圓錐角雖較小, 但因生成雙膦橋聯(lián)的銠絡合物而使加氫能力下降, 所以只得到較低轉(zhuǎn)化率的enod-崁基醛。

2.1.2. 不飽和羧酸酯的氫甲酰化反應方面  

  中科院蘭州化物所羰基合成和選擇氧化國家重點實驗室周宏英、呂士杰等研究了由鈷-四膦配體組成的催化劑體系對丙烯酸甲酯氫甲酰化反應的催化作用。對反應溫度、反應壓力、不同P / Co比，不同結(jié)構(gòu)的烯烴等的影響作了探討, 并與不同膦配體體系催化丙烯酸甲酯氫甲?；慕Y(jié)果作對比, 發(fā)現(xiàn)這些膦配位體催化活性有如下順序: C (CH2PPh2)>Ph2P (CH2)3PPh2>Ph2P (CH2) 2PP h2>Ph2P (CH2)PP h2≈Ph2P (CH2)4PPh2。

3. 芐基氯的催化羰基化反應方面

  過渡金屬配合物催化的羰化反應是開展綠色化學“原子經(jīng)濟”型反應中最有前途的一類催化反應，但過渡金屬催化劑的分離回收和重復使用是這類反應工業(yè)化應用的最大障礙。目前，解決該難題主要采取兩種方法，一是均相絡合催化劑的多相化，將均相催化劑負載到二氧化硅、氧化鋁、活性炭、樹脂或聚合物等載體上；另一種方法是使用水溶性配體采取兩相催化過程，反應結(jié)束后催化劑與含有產(chǎn)物的有機相自動分居兩相而達到分離的目的。為了避免兩相催化中的傳質(zhì)效應對反應速度的影響，有報道使用含氮兩親催化劑，反應在均相中進行，反應完成后，根據(jù)含氮兩親催化劑在不同pH 水溶液中溶解度的不同，可將催化劑和過量的膦配體從有機相萃取到水相而與有機產(chǎn)物分離。但目前所報道的該類膦配體的合成條件較苛刻，如使用特殊試劑NaPPh2 ，絕對無水以及低溫( - 78 ℃) 環(huán)境條件等。

4. Heck反應方面

  鈀催化的鹵代芳烴與烯烴之間的Heck偶聯(lián)反應被廣泛用作藥物、天然產(chǎn)物及新型光電材料等研制中的關鍵反應；開發(fā)高效(TON＞10000, 反應條件溫和)、高活性(可利用未活化的氯代芳烴為原料)、價廉(涉及配體及助劑的價格)的鈀催化劑是近些年來乃至當今金屬有機化學和絡合催化研究領域的重要目標之一。富電子和有大空間要求的膦及N-雜環(huán)卡賓這2種支持配體(Supporting ligand)在Heck 反應中的應用推動了高效、高活性Heck 反應鈀催化劑的研制； 同時，無支持配體(Ligandless)“Jeffery條件”的發(fā)現(xiàn)以及納米Pd 顆粒的應用，為省去配體的費用提供了可能。近來Hartwig 等對Heck 反應機理研究發(fā)現(xiàn)(1)無支持配體的[ArPdBr2 ]22- 物種可高效催化Heck 反應，其可能是“Jeffery 條件”催化體系中的實際催化劑； (2)帶有很大立體要求的膦配體，如t-Bu3P，在Heck 反應中會離去形成無支持配體的 [ArPdBr2 ]22－ 物種；(3)無支持配體的 [ArPdBr2 ]22－ 物種在催化選擇性方面低于有支持配體的鈀催化體系。這些研究成果提示了Heck 催化反應的復雜性，也為設計、研制更高性能的催化劑提供了一定依據(jù)，同時也表明立體要求過大的膦配體拉長了Pd—P 鍵，導致鍵能降低到易于離去的地步， 減低了作為支持配體的作用。

  在以碳水化合物為原料合成手性膦及N-雜環(huán)卡賓的研究中，福建師范大學化學與材料學院鄭軍,周中高等成功地通過環(huán)氧物的開環(huán)反應高產(chǎn)率地將Ph2P－引入到立體位阻較大的糖環(huán)的二級碳原子上(Eq-2)， 制得甲基-3-脫氧-3-二苯膦基-4,6-氧-苯次甲基-α-D-吡喃阿卓糖苷(3-MBPA), 合成表征了一些其配位的過渡金屬配合物，包括trans-[PdCl2(3-MBPA)2]。

  海南大學材料與化工學院譚學梅、王寅等采用硝酸對活性炭進行氧化，增加

活性炭上羧基的含量，再與乙二胺反應，在活性炭上引入氨基，然后與氯代二苯基膦反應，將膦配體引入活性炭上，并以此為載體制得活性炭固載的膦鈀化合物。采用傅里葉變換紅外( FTIR) 光譜、X 射線光電子能譜( XPS) 和透射電鏡( TEM) 手段對其進行表征，并研究了該催化劑對Heck 反應的催化性能。實驗結(jié)果表明，催化劑中鈀通過配位鍵固定在載體上，在載體表面均勻分布，該催化劑對碘代芳烴和烯烴的Heck 反應具有較高的催化活性，并具有良好的循環(huán)使用性能。

5. Suzuki偶聯(lián)反應方面  

  Suzuki偶聯(lián)反應是用以形成碳-碳鍵的重要工具。和其它過渡金屬催化下的芳烴偶聯(lián)反應相比，Suzuki反應具有明顯的優(yōu)勢：溫和的反應條件；對多種官能團的可容忍性；化學選擇性及立體選擇性很高；在水中即可進行該反應，環(huán)境友好；有機硼試劑較有機鋅試劑、格氏試劑、錫試劑相對溫和，對空氣穩(wěn)定，且已商業(yè)化，此外含硼副產(chǎn)物無毒（對環(huán)境危害較?。子诔?。因此，Suzuki偶聯(lián)反應被廣泛用于化學和制藥業(yè)，而且其應用逐年增加。鈀催化的Suzuki反應取得了令人矚目的成果，如經(jīng)典鈀催化劑Pd(PPh3)4，通常使用膦配體來穩(wěn)定活性的鈀中間體，尤其是當空間體積龐大的單膦、二膦、二茂鐵衍生物膦用作配體時鈀催化劑的Suzuki反應結(jié)果更加優(yōu)異。  雖然Suzuki偶聯(lián)反應取得了長足的進步，大量新型的配體不斷涌現(xiàn)，但目前應用較廣、較成熟的仍然是膦配體，例如富電子的三烷基膦配體和鈀催化劑可催化鈍化的氯代芳烴的Suzuki反應。

5.1.1. 芳基膦配體

  早期多數(shù)催化劑應用三苯基膦作為配體，直到90年代中期，雖然三(甲基苯)膦配體作為配體能得到較好的結(jié)果，但Suzuki偶聯(lián)反應較多的應用Pd(PPh3)4催化劑。

  90年代后期，Buchwald報道了一類很重要的以聯(lián)苯為骨架的單膦配體結(jié)構(gòu)，此類配體具有耐氧化性，在空氣中可穩(wěn)定存在，有廣泛的商業(yè)化應用。這類配體結(jié)合一個鈀，形成有效的催化劑催化Suzuki偶聯(lián)反應。

  2010年Gholinejad報道了2-氨基苯二苯基膦(L-11)作為Suzuki-Miyaura反應多相鈀催化劑配體，水為溶劑，沒有加入任何有機溶劑的反應。通過2-氨基苯二苯基膦作為配體，Pd(OAc)2為主催化劑，結(jié)構(gòu)不同的鹵代芳烴(I, Br, Cl)與苯硼酸在水中反應可取得較高收率。優(yōu)點：其配體簡單易得，可回收再利用七次，無明顯喪失其催化活性。

5.1.2. 龐大的膦配體 5.1.3. 單齒膦配體

  2000年，Beller等報道了大位阻的單齒膦配體二金剛烷基-正丁基膦配體L-15催化氯代芳烴的Suzuki偶聯(lián)反應。后來，Beller應用二金剛烷基膦鹽做配體參與偶聯(lián)反應。

5.1.4. 二齒膦配體

  二苯基膦丙酸鈉是一個含有P、O雙齒配位原子的陰離子型水溶性膦配體，它可以和鎳、鈀等過渡金屬元素形成配合物。  2005年Liang報道了二齒配體NP-Pd(Ⅱ)配合物：{[NP]PdCl}2、[NP]PdCl(PCy3)，它們能夠高效的催化Suzuki偶聯(lián)反應（其中[NP]-為N-(2-(二苯基膦)苯)-2,6-二異丙基苯胺）。NP-Pd(II)配合物在高溫下對空氣和水穩(wěn)定，能廣泛的催化鹵代芳烴，包括帶有立體位阻效應、富電子的非活性底物及雜環(huán)底物。其中，[NP]PdCl(PCy3)的活性高于{[NP]PdCl}2，而且在反應過程中無Pd黑形成。應用[NP]PdCl(PCy3)催化活性氯代物的收率大于95%。 

5.1.5. 四齒膦配體

  Santelli報道了四齒膦配體L-20，對于催化空間位阻大的溴代雜環(huán)芳烴、溴代芳烴和帶有吸電子基團的氯代芳烴的Suzuki偶聯(lián)反應效果很好。這類配體不能提供高的σ-堿度（能活化氯代芳烴），說明σ-堿度不是催化劑活性的先決條件。由于配體L-20的四個二苯基膦基處于戊環(huán)的同一面，因此增大了與鈀的配位能力，同時增強了配合的穩(wěn)定性。

5.1.6. 二茂鐵衍生物膦配體

  近年來，二茂鐵類配體的合成和應用受到極大的關注，其配體與鈀催化劑催化鹵代芳烴。對配體L-21進行衍生，在其底部引入5個甲基，增大其空間位阻，經(jīng)優(yōu)化后的配體L-22催化活性顯著提高，催化活性低的或空間位阻大的氯代芳烴的Suzuki偶聯(lián)反應時產(chǎn)量很高（82%～95%），通過去掉三甲基硅基形成配體L-23，催化活性降低，說明TMS對配體的催化活性貢獻很大。新型配體C3-對稱性二茂鐵膦配體L-24和Pd2（dba）3作為Suzuki催化劑催化帶有吸電子基的氯代芳烴，表現(xiàn)出較高的催化活性。但反應5小時后，產(chǎn)生Pd黑，即催化劑分解。大分子的二茂鐵膦配體1在空氣中穩(wěn)定，可溶于常用溶劑如二氯甲烷、THF、甲苯。其在室溫下催化帶有吸電子基的氯代芳烴的Suzuki偶聯(lián)反應取得較好的效果。二茂鐵基比苯基大，而且具有較多的電子，但同三烷基膦相比為缺電子，即限制其應用。

6. 不對稱氫酯基化反應方面

  不對稱羰基化反應的研究近年來發(fā)展迅速，它是合成多種手性分子的有效途徑。而這些手性分子是合成藥物和農(nóng)業(yè)化學品非常有價值的前體。不對稱羰基化反應不僅涉及到對映體選擇性，而且涉及到化學選擇性( 羰基化反應與副反應) 和區(qū)域選擇性( 異構(gòu)與正構(gòu))。不對稱羰基化反應包括不對稱氫甲酰化反應、氫酯基化反應和氫羧基化反應。其中人們研究最廣泛的是不對稱氫甲?；磻?，而對氫酯基化反應的研究較少。由于氫酯基化反應的產(chǎn)物是羧酸酯，比氫甲酰化反應的產(chǎn)物醛要穩(wěn)定，不易發(fā)生外消旋化，所以此類反應的研究已經(jīng)引起了人們的興趣。Bot teghi 等首次報道了用PdCl2-( - ) DIOP 催化烯烴的氫酯基化反應。此后，人們對不對稱氫酯基化反應做了很多嘗試，企圖得到高的光學收率。Apler 等用PdCl2-BNPPA 催化劑體系研究了6-甲氧基萘乙烯的氫羧基化反應，得到了91%ee 的光學產(chǎn)率，并且有較高的化學產(chǎn)率。對環(huán)烯的不對稱羰基化反應的研究主要集中在氫甲?；磻?，但是所得的光學產(chǎn)率都較低，最高不超過30%。 

7. Mannich反應方面

  近年來，稀土化合物作為催化劑在有機合成反應中得到廣泛的應用，特別是稀土三氟甲基磺酸鹽RE(OTf)3更受到了重視。也有人報道了用稀土三氟甲基磺酸鹽與單膦氧配體(Ph3P=O)所形成的配合物來催化傅克?；?、烷基化反應。并且得出以膦氧配體配合物做催化劑時，與相應稀土三氟甲基磺酸鹽相比，有更高的選擇性。

8.膦配體保護的手性金納米團簇

  廈門大學化學化工學院王泉明課題組在手性金屬團簇研究方面取得重要進展，相關結(jié)果以‘Chiral Gold Nanocluster Au20 Protected by Tetradentate Phosphines’為題發(fā)表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2014,  53, 2923）。

   金納米團簇在催化、傳感、生物醫(yī)藥等方面具有廣泛的應用。目前發(fā)現(xiàn)的一些金納米團簇因具有手性而受到特別關注。王泉明課題組對膦配體保護的金團簇展開了研究，成功地合成了具有二十個金原子的手性Au20納米團簇。通過質(zhì)譜推斷它的分子式為[Au20(PP3)4]Cl (PP3為四膦配體)。單晶結(jié)構(gòu)分析表明該團簇由Au20的核心與四個PP3配體組成。Au20核心結(jié)構(gòu)可以解剖為二十面體的Au13和Y形的Au7兩部分。由于Y形的Au7作螺旋的排布，造成整個Au20具有C3的對稱性，是一個手性團簇分子。在已發(fā)表的手性金納米團簇中，其手性均來源于外圍配體的不對稱排布，而金核心是對稱的。該項研究提供了首例具有手性核心的金納米團簇的重要結(jié)構(gòu)證據(jù)。此外，研究表明多齒膦配體對穩(wěn)定具有特殊結(jié)構(gòu)的金納米團簇起了重要的作用。