新型“NH-叔丁亞砜-烯”配體的合成及其在轉移氫化反應中的應用

林澤超, 唐 磊, 黃晴菲, 王啟衛, 鄧金根,2

(1. 中國科學院 成都有機化學研究所, 四川 成都 610041; 2. 四川大學 華西藥學院

靶向藥物及釋藥系統教育部重點實驗室, 四川 成都 610041; 3. 中國科學院大學, 北京 100049)

·研究簡報·

新型“NH-叔丁亞砜-烯”配體的合成及其在轉移氫化反應中的應用

林澤超1,3, 唐 磊1, 黃晴菲1, 王啟衛1, 鄧金根1,2

(1. 中國科學院 成都有機化學研究所, 四川 成都 610041; 2. 四川大學 華西藥學院

靶向藥物及釋藥系統教育部重點實驗室, 四川 成都 610041; 3. 中國科學院大學, 北京 100049)

鄰叔丁基亞砜芐胺與2-乙烯基苯甲醛(或2-苯乙烯-苯甲醛)經縮合反應制得亞胺，再經硼氫化鈉還原合成了兩個新型的NH-叔丁亞砜-烯類三齒柔性配體(4a和4b)，其結構經1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。考察了4a或4b與Ir的絡合物催化苯乙酮的轉移氫化反應，轉化率分別為94%和51%。

叔丁基亞砜芐胺; NH-叔丁亞砜-烯； 三齒配體; 合成； 催化； 轉移氫化

近年來，金屬絡合物催化劑因其在多種反應中具有很好的催化效果而得到了迅速發展[1-2]。亞砜基團因其氧或硫原子的兩種不同孤對電子都可以與金屬配位，從而在許多金屬催化反應中展現出很好的活性[3-11]。

Chart 1

本研究小組[12]報道了一類NH-叔丁亞砜-吡啶三齒配體(Ⅰ， Chart 1)，其與[IrCl(COE)2]2形成的絡合物可實現芳香酮的不對稱轉移氫化。

在此基礎上，本文根據金屬配位電子等排原理，將1的吡啶基團換為含有烯鍵的官能團，設計并合成了一類新型的柔性NH-叔丁亞砜-烯類三齒配體4，以期能提高該類配體的反應催化活性。即以鄰叔丁基亞砜芐胺(1)[5]為原料，與鄰位烯烴取代苯甲醛(2a和2b)經縮合反應制得亞胺(3a和3b)； 進一步用硼氫化鈉還原合成了兩個新的NH-叔丁亞砜-烯三齒配體(4a和4b, Scheme 1)，其結構經1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。并對4催化苯乙酮的轉移氫化反應(Scheme 2)進行了初步研究。選用[IrCl(COE)2]2作金屬前體，在叔丁醇鉀-異丙醇反應體系下，實現了NH-叔丁亞砜-烯配體對苯乙酮的轉移氫化反應。

Scheme 1

Scheme 2

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker-300型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Bruke P-SIMS-Gly FT-ICR型質譜儀。

1[5]， 2a[13]和2b[13]參考文獻方法合成，總收率分別為35%， 51%和54%； [IrCl(COE)2]2由stream公司提供；其余所用試劑均為分析純。

1.2 4a和4b的合成通法

在反應瓶中依次加入1 369 mg(1.75 mmol)，無水二氯甲烷10 mL和2 1.75 mmol)，攪拌使其混合均勻；加入無水硫酸鈉500 mg(3.5 mmol)，于30 ℃反應5 h；加入無水甲醇10 mL，冰浴冷卻，加入硼氫化鈉45 mg(1.75 mmol)，于室溫反應3 h。傾入30 mL冰水中，用KOH水溶液調至pH>12，用二氯甲烷(3×20 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鎂干燥，濃縮，殘留物經氧化鋁柱層析純化得淡黃色油狀物4。

N-[2-(叔丁亞砜基)芐基]-1-(2-乙烯基苯基)甲胺(4a)： 收率47%；1H NMRδ: 1.16(s, 9H), 2.03(br, 2H), 3.72(d,J=13.5 Hz, 1H), 3.91(s, 2H), 4.12(d,J=13.5 Hz, 1H), 5.32(dd,J=1.3 Hz, 11.2 Hz, 1H), 5.68(dd,J=1.3 Hz, 17.4 Hz, 1H), 6.98～7.01(m, 1H), 7.24～7.29(m, 3H), 7.44～7.59(m, 3H), 7.85(d,J=2.5 Hz, 1H), 7.85～7.88(m, 1H);13C NMRδ: 22.9, 49.1, 51.0, 57.3, 116.0, 125.8, 126.2, 127.3, 127.5, 128.8, 129.3, 131.0, 134.1, 136.6, 136.9, 138.7,139.9; HR-MS: Calcd for C20H26NOS{[M+H]+}328.173 0, found 328.173 0。

(E)-N-[2-(叔丁亞砜基)芐基]-1-[2-(苯乙烯)苯基]甲胺(4b)： 收率54%；1H NMRδ： 1.16(s, 9H), 2.24(br, 2H), 3.78(d,J=13.5 Hz, 1H), 3.91～3.98(m, 2H), 4.17(d,J=13.5 Hz, 1H), 7.03(d,J=16.1 Hz, 1H), 7.28～7.44(m, 10H), 7.47～7.51(m, 2H), 7.64(d,J=6.6 Hz, 2H), 7.83(m, 1H);13C NMRδ: 22.8, 51.0, 57.2, 76.6, 77.0, 77.4, 125.6, 125.7, 126.1, 126.5, 127.2, 127.4, 127.5, 127.6, 128.5, 128.8, 129.6, 130.5, 131.0, 136.5, 136.7, 137.3, 138.6, 139.6; HR-MS: Calcd for C26H30NOS{[M+H]+}404.586 9, found 404.587 5。

1.3 苯乙酮的轉移氫化反應

在5 mL反應瓶中加入4(1 mol%)，手套箱中加入[IrCl(COE)2]21.1 mg(1 mol%)和二氯甲烷1 mL，于40 ℃反應2 h。油泵抽干，充入氬氣。在無氧條件下依次加入苯乙酮(0.25 mmol)，異丙醇2.5 mL和叔丁醇鉀(10 mol%)的異丙醇(0.5 mL)溶液，于28 ℃反應3 h。經硅膠柱濾除金屬及無機鹽，濾液蒸干，經核磁分析測定轉化率。

2 結果與討論

2.1 合成

1不穩定，長時間放置容易被氧化，因此需要現制現用。在亞胺中間體2的合成中，由于鄰位叔丁基大位阻基團的存在，如果反應溶劑不做無水處理，很容易導致反應向逆反應進行，從而導致反應收率降低。因此，對二氯甲烷進行無水處理。

在4的合成中，由于亞胺中間體3比較不穩定，容易發生分解，因此4a和4b的合成收率分別僅為47%和54%。另外，亞中間體不好分離純化，因此，我們采取一鍋法，直接向反應液中加入硼氫化鈉進行還原。但是，實驗發現由于硼氫化鈉在二氯甲烷中溶解性差，容易粘在瓶壁上，導致反應幾乎不進行；因此，采用加入經過無水處理的甲醇，來促進硼氫化鈉在二氯甲烷中的溶解，從而促進反應進行。對于4的分離純化，因原料極性較小，與產物極性相差較大，故分離純化較簡單，可通過氧化鋁柱柱層析分離獲得。

4b的1H NMR分析表明：烯烴上氫質子的耦合常數為13.5 Hz。一般來說，對于順式烯烴上氫的耦合常數為8～12 Hz；而反式烯烴上氫的耦合常數為12～18 Hz[13-14]。因此，可推斷4b為反式構型。

2.2 轉移氫化

利用4和Ir的絡合物作為催化劑，研究了其在苯乙酮的轉移氫化反應中的應用，在底物和催化劑用量比為100,于28 ℃反應3 h，經后處理由核磁檢測產物的轉化率。結果表明：以4a和4b為配體時，轉化率分別為94%和51%，可以得到與配體Ⅰ應用于苯乙酮還原相當的結果[5]。另外，烯烴上未取代的配體(4a)的反應活性遠遠高于苯基取代的配體(4b)。我們嘗試了在4a上引入苯基取代，活化烯鍵，使4b與金屬銥配位更緊密，從而提高轉化率[15-16]。然而，實驗結果表明，端烯配體的活性明顯高于4b。原因可能在于，叔丁基亞砜的空間位阻，導致體積更大的苯基取代配體(4b)形成金屬絡合物的穩定性反而降低，從而導致反應活性減弱，轉化率顯著下降。

我們推測反應機理為：三齒配體首先與[IrCl(COE)2]2配位，形成相應金屬絡合物；然后在堿作用下，發生了消除反應；再通過加成從異丙醇中攝氫得到金屬絡合物中間體；再和苯乙酮形成六元環過渡態，N—H活化羰基，金屬-H轉移至羰基碳上，得到產物；而得到的催化劑再次進入催化循環中[17-18]。而且，我們也嘗試在不加入叔丁醇鉀的情況下進行該實驗，反應完全不進行，因此，推測該反應的關鍵在于金屬絡合物在堿的作用下消除氯化氫，以形成缺電子的金屬絡合物中間體。

3 結論

設計并合成了兩種新型的柔性NH-叔丁亞砜-烯類三齒配體，并將其成功應用于苯乙酮的轉移氫化中，取得了94%的轉化率。對這類配體的進一步研究正在進行中。

[1] Noyori R. Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis[M].New York:Wiley,1994.

[2] Ojima I. Catalytic Asymmetric Synthesis,2nd ed.[M].New York:Wiley,2000.

[3] Mariz R, Luan X, Dorta R J,etal. A chiral bis-sulfoxide ligand in late-transition metal catalysis;rhodium-catalyzed asymmetric addition of arylboronic acids to electron-deficient olefins[J].J Am Chem Soc,2008,130(7):2172-2173.

[4] Chen J, Chen J, Liao J,etal. A C2-symmetric chiral bis-sulfoxide ligand in a rhodium-Catalyzed reaction:Asymmetric 1,4-addition of sodium tetraarylborates to chromenones[J].J Am Chem Soc,2010,132(13):4552-4553.

[5] Chen J M, Lang F, Liao J,etal. Palladium-catalyzed asymmetric allylic nucleophilic substitution reactions using chiraltert-butanesulfinylphosphine ligands[J].Tetrahedron:Asymmetry 2009,20(17):1953-1956.

[6] Lang F, Li D, Liao J,etal. Tert-butanesulfinylphosphines:Simple chiral ligands in rhodium-catalyzed asymmetric addition of arylboronic acids to electron-deficient olefins[J].Adv Synth Catal, 2010,352(5):843-846.

[7] Lang F, Chen G Y, Liao J,etal. Rhodium-catalyzed highly enantioselective addition of arylboronic acids to 2-nitrostyrenes by tert-butanesulfinylphosphine Ligand[J].Chem Eur J,2011,17(19):5242-5245.

[8] Chen G H, Gui J Y, Liao J,etal. Chiral sulfoxide-olefin Ligands:Completely switchable stereoselectivity in rhodium-catalyzed asymmetric conjugate additions[J].Angew Chem,Int Ed,2011,50(33):7681-7685.

[9] Qi W Y, Zhu T S, Xu M H. Design of chiral sulfoxide-olefins as a new class of sulfur-based olefin ligands for asymmetric catalysis[J].Org Lett,2011,13(13):3410-3413.

[10] Feng X, Li X C, Wan B S. A class of benzene backbone-based olefin-sulfoxide ligands for rh-Catalyzed enantioselective addition of arylboronic acids to enones[J].J Org Chem，2011,76(17):7256-7262.

[11] Cheng H G, Lu L Q, Xiao W J,etal. Design of chiral sulfoxide-schiff base hybrids and their application in Cu-catalyzed asymmetric Henry reactions [J].Chem Commun，2012,48(45):5596-5598.

[12] Tang L, Wang Q W, Deng J G,etal. A new chiral sulfinyl-NH-pyridine ligand for ir-catalyzed asymmetric transfer hydrogenation reaction[J].Tetrahedron Lett,2012,53(30):3839-3842.

[13] Kleine T, Bergander K, Würthwein E U,etal. Ring-closure reactions of 1,2-diaza-4,5-benzoheptatrienyl metal compounds:Experiment and theory[J].J Org Chem,2011,76(7):1979-1991.

[14] 孟令芝,龔淑玲,何永炳,等. 有機波譜分析,第3版[M].武漢：武漢大學出版社,2009.

[15] Defieber C, Grützmacher H, Carreira E M. Chiral olefins as steering ligands in asymmetric catalysis[J].Angew Chem Int Ed,2008,47(24):4482-4502.

[16] Wang Z Q, Feng C G, Lin G Q,etal. Rhodium-catalyzed asymmetric conjugate addition of organoboronic acids to nitroalkenes using chiral bicyclo[3.3.0]diene ligands[J].Angew Chem Int Ed,2010,49(33):5780-5783.

[17] Zweifel T, Naubron J V, Grützmacher H,etal. Ethanol as hydrogen donor:Highly efficient transfer hydrogenations with rhodium(I) amides[J].Angew Chem Int Ed,2008,47(17):3245-3249.

[18] Baratta W, Bosco M, Rigo P,etal. Terdentate ruX(CNN)(PP)(X=Cl,H,OR) complexes:Synthesis,properties,and catalytic activity in fast transfer hydrogenation[J].Organometallics,2006,25(19):4611-4620.

Synthesis of Novel Sulfinyl-NH-olefine Ligands and Their Application in Transfer Hydrogenation Reaction

LIN Ze-chao1,3, TANG Lei1, HUANG Qing-fei1, WANG Qi-wei1, DENG Jin-gen1,2

(1. Chengdu Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041 China;2. Key Laboratory of Drug-Targeting and Drug Delivery System, Ministry of Education, West China School of Pharmacy,Sichuan University, Chengdu 610041, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Two novel flexible tert-butylsulfinyl-NH-olefine tridentate ligands(4a, 4b) were synthesized by condensation and reduction starting with 2-tert-butylsulfinyl-benzylamine and 2-vinyl-benzaldehyde or 2-styrylphenyl-benzaldehyde. The structures were characterized by1H NMR，13C NMR and HR-MS. The catalytic activities of 4a and 4b with iridium in transfer hydrogenation reaction of acetophenone were investigated. The conversion were 94% and 51%, respectively.

tert-butylsulfinyl moiety; sulfinyl-NH-olefine; tridentate ligand; synthesis; catalysis; transfer hydrogenation reaction

2015-03-31;

2016-02-24

國家自然科學基金資助項目(20972154， 21372161)； 國家重點基礎研究發展計劃(973)資助項目(2010CB833300)

林澤超(1986-)，男，漢族，福建泉州人，博士研究生，主要從事不對稱轉移氫化反應的研究。 E-mail: linzc86@163.com

鄧金根，博士，教授，博士生導師， E-mail: jgdeng@cioc.ac.cn

O625.73； O643.36

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.04.15128