手性脫氫樅胺希夫堿銅配合物催化不對稱Henry反應的研究

屠雙燕，寧 波，鐘建凱，姚曉菲，黃申林，費寶麗

(1.南京林業(yè)大學化學工程學院，江蘇 南京 210037；2.長春職業(yè)技術學院食品與生物技術分院，吉林 長春 130033)

自1992年Henry反應被報道以來，因其生成C—C鍵的方法而在有機合成領域引起了廣泛關注.[1]很多含氮配體的金屬配合物催化不對稱Henry反應成為近年來的研究熱點[2].手性希夫堿的金屬配合物已被用于包括Henry反應的許多不對稱催化反應中[1，3-6]，文獻[6]首次報道了手性銅希夫堿配合物催化的不對稱Henry反應.因為已有的不對稱Henry反應催化劑存在一些應用上的缺陷，所以有必要再開發(fā)性能優(yōu)良的新型催化劑.合成經(jīng)濟、環(huán)境友好型的手性催化劑備受人們關注，將天然產(chǎn)物及其衍生物作為手性骨架的研究引起了科研人員的高度重視.脫氫樅胺是天然林產(chǎn)品松香的重要衍生物，具有三環(huán)菲結構和3個手性中心的光學純手性源，其衍生物從未用于Henry反應中.[7]希夫堿與過渡金屬配位后能提高其催化能力.但即時生成和預先制備的具有確定晶體結構的手性希夫堿銅配合物催化不對稱Henry反應的效率是否存在區(qū)別還有待研究.因此，本文利用基于脫氫樅胺的吡啶希夫堿的光學純手性銅配合物(配合物的手性由配體遷移得到)，探討了配合物的類型、配體/金屬比例、溶劑種類、反應溫度、反應時間以及外加堿對不對稱催化Henry反應的影響，反應示意圖見圖1.

圖1 苯甲醛和硝基甲烷的不對稱催化Henry反應示意圖

1 實驗部分

1.1 試劑

圖2 光學純手性希夫堿配體L的結構式

光學純手性希夫堿配體L(見圖2)及其光學純手性銅配合物[Cu(L)2Cl]Cl(1)和[Cu(L)2Br]Br(2)(見圖3)由本實驗室合成，并采用X射線單晶衍射對配合物1和2進行了表征.[8]

1.2 不對稱催化Henry反應的實驗過程

將適量Cu(Ⅱ)鹽和0.1 mmol配體L置于20 mL無水乙醇中，所得的混合物在室溫下攪拌2 h，然后加入10 mmol苯甲醛和50 mmol硝基甲烷，在0℃條件下反應48 h.減壓蒸出溶劑，用[V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶4]柱層析分離出無色油狀產(chǎn)品C8H9NO3.相同方法，只是將Cu(Ⅱ)鹽和0.1 mmol配體分別換成0.1 mmol配合物1、0.1 mmol配合物2，不對稱催化Henry反應，同樣分離出無色油狀產(chǎn)品C8H9NO3.其1H NMR(500 MHz，d6-DMSO)δ：3.01(t，1H)， 4.5～4.75(d，2H)，5.39(s，1H)，7.31～7.46(m，5H).

2 結果與討論

2.1 晶體結構描述

晶體結構分析顯示配合物1和2屬于三斜晶系，P1空間群，Z值分別為4和2(見圖3).[8]每個Cu(Ⅱ)中心的配位數(shù)是五，Cu(Ⅱ)的配位構型介于四方錐和三角雙錐之間.

2.2 不對稱催化Henry反應

為尋找產(chǎn)率和對映選擇性最優(yōu)的催化劑，比較了由配體L與CuCl2，CuBr2，Cu(NO3)2和Cu(OAC)2即時生成的配合物及預先制備的配合物1和2等光學純手性銅配合物催化Henry反應的能力(見表1).CuCl2和配體L即時生成的配合物的催化效果最好，這不同于文獻中多數(shù)情況下Cu(OAC)2是最好的金屬源[5，9]，這可能是由于所用配體的構型和種類的不同所致.另外，配合物1和2并無催化活性，與手性Cu(Ⅱ)配合物作為不對稱催化Henry反應的結果不一致.[10-11]這證實了文獻[5]提出的機理，即該反應生成的中間體與Cu(Ⅱ)配位形成過渡態(tài)，配合物1和2中的Cu(Ⅱ)離子周圍被龐大的配體占據(jù)，阻礙了過渡態(tài)的形成，使得反應無法發(fā)生.因此，以CuCl2-L作為催化劑來優(yōu)化反應條件，得出了最佳的金屬/配體比(見表1)，顯然，CuCl2與配體L的物料比為3∶1時，產(chǎn)率及對映選擇性數(shù)據(jù)最好；當其低于或高于3∶1時，產(chǎn)率和對映選擇性均降低.

表1 不對稱催化Henry反應催化劑的篩選a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

反應溫度和時間對不對稱催化Henry反應的影響見表2.由表2可見：低于或高于0℃時，不對稱催化Henry反應不發(fā)生；反應時間在48 h以內，反應未發(fā)生；反應時間延長至72 h，產(chǎn)率和對映選擇性都降低.因此，適宜的反應溫度和時間分別是0℃和48 h.

表2 溫度和時間對不對稱催化Henry反應的影響a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物質的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

溶劑也是影響催化反應的關鍵性因素.無水乙醇、乙腈和二氯甲烷3種溶劑對不對稱催化Henry反應的影響見表3.由表3可知，極性質子溶劑無水乙醇是最佳溶劑.乙腈和二氯甲烷做溶劑時，反應未能進行.[13]

表3 溶劑對不對稱催化Henry反應的影響a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物質的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

外加堿在不對稱催化Henry反應中的作用是使親核試劑失去質子.[13]因此對不同堿的影響進行了探索，實驗結果見表4.不對稱催化Henry反應在3種條件下都能發(fā)生，但Et3N作為外加堿時，對映選擇性最高.綜合考慮產(chǎn)率和對映選擇性，Na2CO3是最適合的選擇.

表4 不同外加堿對不對稱催化Henry反應的影響a

a：加入0.5 mmol相應的堿，CuCl2-L物質的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

3 結論

綜上所述，得出不對稱催化Henry反應的最佳條件：以CuCl2與手性配體L(物質的量比為3∶1)生成的即時配合物作為催化劑，Na2CO3為外加堿，溶劑為無水乙醇，反應溫度為0℃，反應時間為48 h.研究結果表明，即時生成的手性配合物Cu(Ⅱ)-L能夠催化不對稱Henry反應.這是松香的希夫堿衍生物首次用于不對稱催化Henry反應的配體.對希夫堿的結構進行修飾和優(yōu)化，使該反應的產(chǎn)率和對映選擇性都得到提高.有助于開發(fā)新型松香基手性配體作為不對稱催化反應的助劑.