新型四齒手性含硫(氮)配體的合成及其在芳香酮不對稱氫轉(zhuǎn)移中的應用*

于會娟，趙　營，何　軍，莫偉杰，余　林(廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東廣州　510006)

新型四齒手性含硫(氮)配體的合成及其在芳香酮不對稱氫轉(zhuǎn)移中的應用*

于會娟，趙營，何軍，莫偉杰，余林
(廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東廣州510006)

摘要:以(1R，2R) -環(huán)己二胺酒石酸鹽為原料，分別與2-噻唑甲醛和4-咪唑甲醛經(jīng)縮合反應合成了兩個四齒手性亞胺配體——(1R，2R) -N，N'-二(2-噻唑基) -1，2-環(huán)己二胺(L1，CCDC: 1 003 830)和(1R，2R) -N，N'-二(4-咪唑基) -1，2-環(huán)己二胺(L2)，其中L1為新化合物，其結構經(jīng)1H NMR，ESI-MS，元素分析和X-單晶衍射表征。研究了L1和L2分別與金屬絡合物［MR］經(jīng)原位反應制得的催化劑(和)對苯乙酮經(jīng)不對稱氫轉(zhuǎn)移反應合成手性α-苯乙醇的催化性能。結果表明: L1與［IrCl(cod)］2經(jīng)原位反應制得的催化劑的催化活性優(yōu)于。以異丙醇為氫源，在異丙醇/氫氧化鉀反應體系中，研究了對芳香酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移。結果表明:能有效地催化還原芳香酮，大部分芳香酮的轉(zhuǎn)化率均＞99%。

關鍵詞:手性四齒配體;不對稱氫轉(zhuǎn)移;芳香酮;手性芳香醇仲醇;合成;催化活性

E-mail: xiaoheiyu79@163．com

通信聯(lián)系人:余林，教授，博士生導師，E-mail: gychgdut@126．comAbstract: Two chiral sulphur(nitrogen) -containing tetradentate ligand，(1R，2R) -N，N'-bis(2-thiazolyl) -1，2-cyclohexyldiimine (L1) and (1R，2R) -N，N'-bis (4-imidazolyl) -1，2-cyclohexyldiimine (L2)，were synthesized by condensation of 1，2-cyclohexyldiimine with 2-thiazole and 4-imidazole，respectively．L1(CCDC: 1 003 830) was a novel compound and the structure was characterized by1H NMR，ESI-MS，elemental analysis and X-ray single crystal diffraction．Two series of catalysts，and，were prepared by reaction in-suit of L1 or L2 with metal complexes［MR］．The catalytic activities ofandwere investigated by asymmetric transfer hydrogenation(ATH) of acetophenone with i-PrOH．The results showed that，which was obtained by reaction in-suit of Cat1with［IrCl(cod)］2，exhibited better catalytic activity than．Catalytic activities ofwere investigated by ATH of aromatic ketones in i-PrOH/KOH．The results indicated that aromatic ketones with conversion of＞99% were reduced to chiral secondary aromatic alcohol，usingas the catalyst．

Synthesis of Novel Tetradentate Chiral Sulphur(nitrogen) -containing Ligands and Their Application in Asymmetric Transfer Hydrogenation

YU Hui-juan，ZHAO Ying，HE Jun，MO Wei-jie，YU Lin
(School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Keywords: tetradentate chiral ligand; asymmetric transfer hydrogenation; aromatic ketone; chiral secondary aromatic alcohol; synthesis; catalytic activity

具有光學活性的芳香仲醇是重要的化工產(chǎn)品，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料等精細化工領域應用廣泛。芳香酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移(AHT)催化由于具有高效、環(huán)保、成本低廉、操作簡單等優(yōu)點而成為制備手性芳香仲醇的最佳方法。手性配體是實現(xiàn)高選擇性不對稱氫化的關鍵，優(yōu)秀手性配體的設計與合成一直是科學家們關注的熱點［1－3］。近年來，研究者們在傳統(tǒng)的配體中引入了氮元素，同時發(fā)現(xiàn)含氮配體存在優(yōu)異的手性催化效果和立體選擇性，其中以Noyori等合成的Ts-DPEN最為著名［1－3］。

近年來，一系列［PN］，［NPN］，［NPO］及［PNNP］等優(yōu)異的“混合型”手性配體不斷涌現(xiàn)。由于這類“混合型”配體與金屬中心配位時具有更好的穩(wěn)定性并能夠形成特殊的手性環(huán)境，因而倍受關注［4－7］。而在這些“混合型”多齒配體中，含硫配體的報道則相對較少，但含硫手性配體比傳統(tǒng)的膦、氮、氧配體具有更好的通用性，而且含硫手性配體可以呈不同的立體形狀，具有豐富的配位化學性能，可以巧妙地修飾催化劑金屬中心的手性微環(huán)境，因此一些含硫手性配體被合成并表現(xiàn)出優(yōu)異的不對稱催化性能［8－11］。

噻唑是一個五元富電子含硫雜環(huán)，環(huán)上的硫和氮可以直接與金屬中心配位，而環(huán)的富電子效應又可以影響配體的催化性能，而噻唑類多齒配體用于芳香酮不對稱氫化領域的極少有報道。

在文獻［12］方法的基礎上，本文以(1R，2R) -環(huán)己二胺酒石酸鹽(1)為原料，分別與2-噻唑甲醛(2)和4-咪唑甲醛(3)經(jīng)縮合反應合成了兩個四齒手性亞胺配體——(1R，2R) -N，N'-二(2-噻唑基) -1，2-環(huán)己二胺(L1)和(1R，2R) -N，N'-二(4-咪唑基) -1，2-環(huán)己二胺(L2) (Scheme 1)，其中L1為新化合物，其結構經(jīng)1H NMR，ESI-MS，元素分析和X-單晶衍射表征。研究了L1和L2分別與金屬絡合物［MR］經(jīng)原位反應制得的催化劑(和)對苯乙酮(4a)經(jīng)AHT合成手性α-苯乙醇(5a)的催化性能。結果表明: L1與［IrCl(cod)］2經(jīng)原位反應制得的催化劑的催化活性優(yōu)于。對反應底物進行擴展，以異丙醇為氫源，在異丙醇/氫氧化鉀反應體系中，研究了對芳香酮(4b～4i)的ATH反應(Scheme 2)。結果表明:能有效地催化還原4b～4i，大部分芳香酮的轉(zhuǎn)化率均＞99%。

Scheme 1

Scheme 2aConversion and ee were determined by GC analysis using chiral CP-chirasil-dex CB column

1　實驗部分

1．1儀器與試劑

Bruker AV400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標) ; Nicolet Avatar 360 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片) ; LCQ System型液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀; Aglient GC-7820型氣相色譜儀［Astec CHIRALDEXTM G-TA Capillary Colum(30 m×0．25 mm×0．25 μm)手性毛細管色譜柱，F(xiàn)ID檢測器，柱溫110℃］; Perkin-Elmer 240Q型元素分析儀; Bruker SMART Platform CCD型X-射線衍射儀。

所用試劑均為分析純，廣州化學試劑廠或J＆K Chemical試劑公司。

1．2 L1和L2的合成(以L1為例)

在三頸圓底燒瓶中加入1 2．64 g(10 mmol) 和2 2．26 g(20 mmol)，通氮氣除氧，氮氣保護下加入無水乙醇45 mL，攪拌下回流反應8 h。氮氣保護下過濾，濾液減壓濃縮后于40℃真空干燥，用無水乙醇重結晶得棕色晶體L1 2．70 g，產(chǎn)率89%;1H NMR δ: 8．35(s，2H)，7．89(s，2H)，7．76(s，2H)，3．48(s，1H)，2．51(s，1H)，1．80 (d，J =8．0 Hz，4H)，1．65(d，J =9．0 Hz，4H) ; ESI-MS m/z: 305．1{［M + H］+} ; Anal．calcd for C14H16N4S2: C 55．23，H 5．30，N 18．40; found C 55．38，H 5．28，N 18．26。

用3替代2，用類似的方法合成棕色晶體L2 2．35 g，產(chǎn)率87%;1H NMR δ: 12．21(br，2H)，8．04(s，2H)，7．39(s，2H)，5．75(s，2H)，3．29 (s，1H)，2．50(s，1H)，1．75(m，4H)，1．42(d，J =7．0 Hz，4H) ; ESI-MS m/z: 271{［M + H］+} ; Anal．calc for C14H18N6: C 62．20，H 6．71，N 31．09; found C 62．38，H 6．80，N 30．82。

1．3 4的ATH反應

在Schlenk反應管中加入［MR］0．01 mmol和L 0．02 mmol，注入異丙醇6 mL，攪拌20 min;加入異丙醇/KOH溶液(PrOH 6 mL + KOH 2．2 mg)，反應10 min。注入4 1 mmol，于45℃反應13 h。經(jīng)氣相色譜測定轉(zhuǎn)化率和芳醇(5)的ee值。

1．4 L1的晶體結構測定

將L1 10 mg溶于20 mL乙醇中，攪拌使其溶解;于室溫靜置自然揮發(fā)得棕色晶體L1。選取合適的單晶L1置衍射儀上，于173．2 K下用經(jīng)石墨單色器單色純化的Mo-Kα射線為光源，以ω方式掃描，收集衍射數(shù)據(jù)，全部強度數(shù)據(jù)經(jīng)Lp校正和吸收校正。結構由直接法通過SHELXTL軟件解出，全部非氫原子坐標、各項異性溫度因子和氫原子坐標及各向同性溫度因子經(jīng)全矩陣最小二乘法F2精修修正至收斂。所有計算均使用SHELXL-97程序包完成，全部非氫原子經(jīng)Fourier合成及差值電子密度函數(shù)修正，全部氫原子坐標從差值電子密度函數(shù)并結合幾何分析方法獲得［13］。

2　結果與討論

2．1表征

L1的晶體結構見圖1。晶體結構解析表明: L1(304．08)屬正交晶系，P212121空間群，晶胞參數(shù)a =7．689 6(17)?，b =11．445(3)?，c =17．712 (4)?，α=β=γ=90°，V =1 558．8(6)?3，Dc = 1．297 g·cm－3，μ=0．337 mm－1，Z =4。L1的鍵長和鍵角數(shù)據(jù)以及原子坐標和等效溫度因子等相關晶體數(shù)據(jù)以DIF-file形式存放于劍橋晶體數(shù)據(jù)中心(CCDC: 1 003 830)。

圖1　　L1的分子結構圖Figure 1 　Molecular structure drawing of L1

L1和L2的CD光譜表明: (R，R) -L和(S，S) -L構型顯示出非常對稱的鏡面對映曲線(圖2)。

2．2催化活性

(1)［MR］

將L1和L2與［MR］原位制備組成催化體系，評價其對苯乙酮(4a)的催化氫化性能(表1)，篩選最佳的催化劑。從表1可見，L1與［IrCl (cod)］2原位制備的催化體系()對4a表現(xiàn)出一定的催化活性，獲得了30%的轉(zhuǎn)化率(No．4)。而L2與Ru，Rh，Ir三種金屬絡合物組成的催化體系均未表現(xiàn)出有效的催化效果(No．5～No．8)，說明噻唑環(huán)上的硫原子可能與金屬銥進行了配位，硫原子的引入有助于提高催化反應活性。

圖2　　L1和L2的CD光譜圖Figure 2 　CD spectra of L1 and L2

表1　　［MR］與L1或L2催化4a的ATH反應aTable 1 　ATH reaction of 4a with L1 or L2 and［MR］

(2) ATH反應條件優(yōu)化

堿的用量對反應的影響見表2中No．5～No．8。從中可見，在沒有添加堿時，4a基本沒有轉(zhuǎn)化(No．5) ;隨著其堿量的增加，轉(zhuǎn)化率明顯升高;當堿與金屬配合物的摩爾比為16∶1時，反應只需要2．5 h即可實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化(No．7) ;繼續(xù)增加堿量，反應時間增長(No．8)，說明16∶1為最佳堿添加量。

表2　　Cat1Ir催化體系反應條件優(yōu)化aTable 2 　Optimization of the reaction conditions of Cat1Ir

(3)底物擴展

3　結論

設計并合成了兩個手性四齒亞胺配體L1和L2。研究配體對芳香酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移催化效果。結果表明: L1和配合物［IrCl(cod)］2原位制備的催化劑可以有效催化還原芳香酮，對于絕大部分的芳香酮均可實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，并具有中等的立體選擇性(ee 42%)。L2與Ru，Rh，Ir三種金屬絡合物組成的催化體系均未表現(xiàn)出有效的催化效果，說明噻唑環(huán)的硫原子對于芳香酮的不對稱催化還原具有重要意義。雖然手性含P，N，O的配體被廣泛用于芳香酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移催化，而手性含硫配體的研究卻相對較少，手性含硫雜環(huán)配體的研究更為稀少，本文的結果將對新型高效手性含硫配體的設計提供重要的實驗依據(jù)。

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·研究論文·

作者簡介:于會娟(1979－)，女，漢族，山東濟寧人，講師，主要從事手性配體的設計合成和不對氫轉(zhuǎn)移催化性能的研究。

基金項目:國家自然科學基金資助項目(21306026) ; 2014廣東工業(yè)大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

*收稿日期:2014-12-01;

修訂日期:2015-05-18

DOI:10．15952/j．cnki．cjsc．1005－1511．2015．07．0569

文獻標識碼:A

中圖分類號:O626; O643．36