基于三苯基膦的氨基酸型兩性水溶性膦配體的合成及其在1-辛烯氫甲酰化反應中的應用*

滿迎迎，趙淑芳，宋湛謙，金 欣

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

膦配體結構對過渡金屬絡合物催化劑的性能有重要影響，通過改變膦配體結構可以改善其催化性能，為均相催化反應的進行提供催化基礎[1]。因此，膦配體結構的設計與合成，是研究過渡金屬均相催化的重點之一[2-4]。水溶性膦配體是向有機膦配體分子中引入水溶性基團，而使膦配體具有水溶性。目前水溶性膦配體的研究主要集中在陰離子型、陽離子型和非離子型3個方面[5-10]，涉及兩性離子型水溶性膦配體的研究文獻較少。

Herrmann等[11]合成了一種兩性離子型水溶性單膦配體，雖然具有較好的催化活性，但配體穩定性較差。Stelzer等[12]合成了含苯甘氨酸基團的兩性膦配體，具有優秀的金屬結合能力，在均相催化中具有廣闊的應用前景。Jin等[13]設計合成了氨基酸修飾的兩性離子型膦配體，應用于銠催化的1-辛烯氫甲酰化反應中，獲得了較高的活性。基于Stelzer等[12]和Jin等[13]的工作，作者合成出幾種基于三苯基膦(PPh3)的氨基酸型兩性水溶性膦配體，進一步研究不同配體結構對于1-辛烯的氫甲酰化反應的影響，并與Stelzer等的苯甘氨酸型膦配體進行了比較。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

Rh(acac)(CO)2：ChemPur GmbH公司；鄰氯苯甲酸、對氯苯甲酸、金屬鈉、金屬鉀、乙醚(DEE)：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；1-辛烯、三苯基膦：分析純，上海阿拉丁化學試劑有限公司；H-lys(Boc)-OtBu、Boc-L-lys-OtBu、N,N′-二異丙基碳二亞胺(DIC)、1-羥基-苯并三氮唑(HOBt)：分析純，上海瀚鴻化工科技有限公司；二苯基氯化磷：分析純，北京偶合試劑有限公司；二苯基膦：實驗室自制；其他試劑和藥品：均為分析純，市售；高純氣體(H2、Ar2、N2、CO)：純度99.999%，煙臺得一氣體有限公司。

質譜儀：MALDI-TOF MS，Q-Tof Ultima Global公司；不銹鋼高壓反應釜：50 mL，西安太康科技有限公司；核磁共振儀：BRUKER 500MB，瑞士Bruker公司；氣相色譜儀：SP2100A，北京北分瑞利分析儀器有限責任公司。

1.2 催化劑合成方法

催化劑合成路線見圖1。

圖1 催化劑合成路線

1.2.1 二苯基膦的合成方法

在Ar2保護下，將9.5 g LiAlH4加入125 mLDEE溶液后置于冰水浴中，t<5 ℃，開始滴加ρ(二苯基氯化磷)=0.188 g/mL的DEE溶液100 mL(控制t<5 ℃，以免產生HCl)。滴加完畢，t=25 ℃回流1 h，置于冰中冷卻至0 ℃。添加c(鹽酸)=61 mol/L溶液500 mL，取有機相用無水硫酸鈉干燥。過濾，減壓抽出溶劑，得產物12.4 g，產率為78%，沸點為280 ℃[14]。

1.2.2 鄰氯苯甲酸鈉的合成方法

將7.5 g鄰氯苯甲酸分批加入50 mLc(NaOH)=1 mol/L溶液中攪拌溶解。完全溶解后減壓將溶劑抽出，析出產物55 ℃真空干燥5 h，得到產品8.5 g，收率為97%(實驗涉及的其他鈉鹽采用相同方法制備)。

1.2.3 2-二苯膦基苯甲酸的合成方法

在Ar2保護下，將10.9 g二苯基膦、1.35 g金屬鈉加入120 mL乙二醇二甲醚(DME)中，t=25 ℃反應2 h。在Ar2保護下，加入4.7 g鄰氯苯甲酸鈉，反應24 h。減壓除DME,加150 mL去離子水(呈乳白色)，再加50 mL DEE攪拌混合均勻，靜置分層取水層，加濃鹽酸調至pH=2。過濾，用3×100 mL二氯甲烷(DCM)萃取有機相，無水硫酸鎂干燥3 h。減壓除DCM得粗產物。無氧甲醇作為溶劑重結晶，得淡黃色固體產物2.6 g，產率為44%。

1.2.4 4-二苯膦基苯甲酸的合成方法

將合成2-二苯膦基苯甲酸中的鄰氯苯甲酸鈉換為對氯苯甲酸鈉，其余步驟均相同，收率為25%。

1.2.5 膦配體1的合成方法

1.2.6 膦配體2的合成方法

1.2.7 膦配體3的合成方法

1.2.8 膦配體4的合成方法

1.2.9 膦配體5的合成方法

1.2.10 膦配體6的合成方法

1.2.11 膦配體7的合成方法

1.2.12 膦配體8的合成方法

1.2.13 膦配體9和10的合成方法

參照Stelzer等[12]報道的方法合成了膦配體9和10。

1.3 1-辛烯均相氫甲酰化反應的實驗方法

將自制50 mL高壓反應釜密封。在Ar2保護下，將1.0 mg(3.87×10-3mmol) Rh(acac)(CO)2、1.9×10-2mmol膦配體加入1.5 mL無氧甲醇中攪拌溶解后轉移至高壓反應釜內，再加入0.1 mL環己烷(內標)和0.6 mL 1-辛烯的混合液。用p=1.0 MPa[V(CO)：V(H2)=1∶1]合成氣體沖洗高壓反應釜5次，再充合成氣體至2.0 MPa，放入油浴中t=80 ℃反應2 h。反應結束后，將高壓反應釜放入冰水浴中降至室溫，釋放釜內氣體，有機相進氣相色譜分析。

2 結果與討論

以Rh(acac)(CO)2作為催化劑前體，考察不同配體結構對1-辛烯氫甲酰化反應的影響，并與Jin等[13]合成的配體6、Stelzer等[12]合成的配體9和10的催化性能進行了對比，結果見表1。

由表1可知，以甲醇為反應溶劑，三苯基膦為配體能夠獲得的98.9%轉化率和96.6%選擇性，鄰位氨基酸修飾的三苯基膦配體2未表現出催化活性，而在相同的反應條件下測試了Jin等[13]報道的對位氨基酸修飾的三苯基膦配體6，則能夠獲得98.4%的轉化率及98.1%的選擇性，這可能是由于三苯基膦鄰位氨基酸功能化使配位位點P周圍的空間位阻增加，不利于配體與銠之間的配位，阻礙了催化反應的進行[15]。與此同時，在測試Stelzer等[12]( 配體9、10) 所報道的甘氨酸修飾的三苯基膦配體時也得到了類似的反應規律。而當將氨基酸分子中距羧基較遠的氨基與三苯基膦羧基酰胺化后合成氨基酸功能化的三苯基膦配體應用于催化反應時，即使是三苯基膦的鄰位修飾的配體4也能夠獲得12.3%的轉化率和61.6%的選擇性。這可能是由于配體4中氨基酸結構的羧基位于碳鏈的遠端，導致其空間位阻明顯小于配體2。而相比于鄰位，對位修飾的三苯基膦配體8則表現出與配體6相當的催化活性和選擇性。

表1 Rh(caca)(CO)2催化的1-辛烯氫甲酰化反應的影響1)

1)V(1-辛烯)=0.6 mL,n[Rh(acac)(CO)2]=3.88×10-6mol,V(環己烷)=0.1 mL,n(銠)∶n(溶劑)=1∶1 000,n(銠)∶n(配體)=1∶5,p(合成氣體)=2.0 MPa,V(溶劑)=1.5 mL,t=80 ℃,t=2 h。

3 結 論

作者設計合成了幾種PPh3改性的氨基酸型兩性水溶性膦配體，考察了使用Rh(acac)(CO)2作為催化劑前體時，配體結構對1-辛烯氫甲酰化反應的影響。實驗表明，催化劑的催化活性受配體結構的影響較大，PPh3鄰位氨基酸功能化使膦配體的空間位阻增加，不利于配體與銠之間的配位，阻礙了催化反應的進行。