趙文善，賈曉波，宋玉杰

（1.河南大學 化學化工學院，河南 開封 475001；2.安陽鋼鐵集團有限公司動力廠，河南 安陽 455004）

近年來隨著立體化學的發(fā)展，手性化合物被廣泛應用于藥物、農藥、生物醫(yī)藥、功能材料等領域，且需求量越來越大［1］.而要合成各種各樣的手性化合物，尋找高效的不對稱合成催化劑是關鍵.而不對稱Aldol反應是該領域中最常見的反應之一，從1966年第一個手性金屬配合物催化劑被成功用于催化不對稱反應至今已有近50年的研究歷史［2］.在傳統(tǒng)的不對稱反應中，使用手性催化劑或手性輔助劑是必要的［3］.手性催化劑一般分為兩類：酶催化劑和過渡金屬手性配合物.酶催化具有對映選擇性高，環(huán)境污染小等優(yōu)點，但制備困難，價格昂貴；過渡金屬手性配合物活性高，選擇性好，但毒性大、價格高、污染嚴重等，因此二者的使用都受到了一定的限制.直到2000年，LIST［3］和SAKTHIVEL［4］等人發(fā)現L-脯氨酸分子能夠高選擇性地直接催化Aldol反應以來，有機小分子催化不對稱反應的研究得到了國內外學者的高度重視［5-10］和快速發(fā)展.L-脯氨酸這類有機小分子催化劑相對于傳統(tǒng)的酶催化劑［11-12］和過渡金屬手性配體類催化劑［13-14］具有來源廣、價格低、反應條件溫和、操作簡單等優(yōu)點，但也存在催化劑用量較大、反應多在有機溶劑中進行而造成環(huán)境污染、難以回收重復利用等不足之處.為克服這些缺點，化學家們進行了許多嘗試，例如CóRDOVA等［15］利用離子液體［bmim］PF6為溶劑，L-脯氨酸為催化劑催化Aldol反應.其優(yōu)點是立體選擇性和催化活性較高［16-17］、產品易分離，溶劑可重復使用，但回收次數較少.若將有機小分子催化劑負載在大分子上，則催化劑易于回收.這是一種克服有機小分子催化劑不足之處的有效方法.本文作者分別以三聚氰胺、氨基胍和DASA為連接臂，將L-脯氨酸接枝到氯甲基化聚苯乙烯載體上.利用大分子的不溶性和L-脯氨酸的催化性，應用于催化Aldol反應.考察了其在不同條件下的催化及重復使用性能.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

SHJM-1型數顯恒溫攪拌電熱套（山東鄄城現代實驗儀器廠），DZF-6050型真空箱式干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造公司），AVATAR-360型傅立葉變換紅外光譜儀（尼高力公司），Agilent1100HPLC儀（安捷倫公司）（Daicel Chiralpak AD-H型手性分離柱）；L-脯氨酸、碳酸氨基胍、三聚氰胺、芴甲氧羰酰琥珀酰亞胺（Fmoc-OSu）、氯化亞砜、二氯甲烷、氯甲基化聚苯乙烯（S.DCl＝1.23mmol/g），均為分析純.

1.2 催化劑的制備

其合成流程示意圖見圖1.

圖1 催化劑合成流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of catalyst synthesis process

1.3 催化Aldol反應的一般步驟

在試管中按順序加入0.04g催化劑，3mL水，環(huán)己酮（5.13mmol）和取代苯甲醛（0.497mmol），于室溫下攪拌反應直至反應完全（薄層色譜跟蹤）.用乙酸乙酯萃取，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸去溶劑.薄層色譜層析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝2.5∶1］分離后，稱重、計算產率，用手性柱高效液相色譜測得產物的對映選擇性，并且進行催化劑重復利用性能實驗.催化反應式見圖2.

圖2 催化劑催化Aldol反應的示意圖Fig.2 Schematic diagram of catalysts for Aldol reaction

2 結果與討論

2.1 催化劑的紅外光譜表征

2.1.1 接枝氨基胍催化劑

從IR圖可以看到：在3 480cm-1處出現N-H鍵的吸收峰，在1 600cm-1附近出現4個吸收峰，并且在1 265cm-1處的吸收峰較弱，說明產物中有苯環(huán)出現.另外在1 610cm-1處出現了C＝N的特征吸收峰.

2.1.2 接枝DASA催化劑

從IR圖可以看到：在3 400cm-1處出現了氨基的吸收峰，在1 600cm-1附近出現了4個吸收峰，在1 250 cm-1處出現一個弱的吸收峰，說明有苯環(huán)存在.在1 696cm-1處有一強的C＝O吸收峰，在1 156cm-1處出現C-S單鍵的特征吸收峰，在另外1 040cm-1處出現S＝O的特征吸收峰.

2.1.3 接枝三聚氰胺催化劑

從IR圖可以看到：在3 460cm-1附近出現了氨基的吸收峰，在1 600cm-1附近出現了4個吸收峰，且在1 265cm-1處出現微弱的吸收峰，說明有苯環(huán)存在.在1 551～1 436cm-1有三嗪環(huán)伸縮振動特征吸收峰，815cm-1處出現了三嗪環(huán)變形振動特征吸收峰，說明有三嗪環(huán)存在.在1 680cm-1處出現C＝O的吸收峰.

2.2 催化劑的催化性能

2.2.1 催化劑在不同溶劑中的催化性能

以對硝基苯甲醛和環(huán)己酮為Aldol反應的底物，將不同溶劑加入反應體系中，分別探究三種催化劑的催化效果.

表1 接枝不同分子臂的催化劑的催化性能Table 1 The catalytic performance of catalysts with different molecular arm of the graft

從表1可以看出：接枝氨基胍、DASA分子臂的催化劑在無其他溶劑下催化效果較好；而接枝三聚氰胺分子臂的催化劑在DMF的條件下催化效果較好.

2.2.2 催化劑對不同底物的催化性能

環(huán)己酮不變，改變另一底物，并在各個催化劑最適宜的溶劑中反應，以探究不同底物對催化劑催化性能的影響.

從表2可以看出，接枝三種分子臂的催化劑對催化對硝基苯甲醛與環(huán)己酮反應均具有較好的催化效果.

表2 催化劑對不同底物的催化性能Table 2 Catalyst on catalytic properties of different substrates

2.2.3 催化劑的重復利用性

以對硝基苯甲醛和環(huán)己酮為底物進行反應.從表3可以看出，接枝三種分子臂的催化劑均可以重復使用，產率和e.e.值均有所降低，但接枝DASA的催化劑，降幅較小，相比而言該催化劑活性較好.而接枝三聚氰胺的催化劑，產率和e.e.值均降低較多，重復利用效果不理想.

3 結論

由以上實驗可知，三種催化劑對反應都有一定的催化效果，但接枝DASA的催化劑催化效果較好（產率達到83%，e.e.值達86%），且回收5次仍能達到40%的產率和78%的e.e.值，說明該催化劑在無溶劑的條件下，對催化以硝基苯甲醛和環(huán)己酮為底物的Aldol反應有一定的應用價值.

表3 催化劑重復使用性能Table 3 Repeated use of catalyst performance

［1］王 欽，夏傳琴，杜 曦，等.不對稱催化反應在手性藥物合成中的應用進展［J］.化學研究與應用，2006，18（10）：1137-1141.

［2］郭超紅，丁奎嶺.不對稱催化研究進展［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［3］LIST B，LEMER R A，BARBAS III C F.Proline-catalyzed direct asymmetric Aldol reactions［J］.J Am Chem Soc，2000，122：2395-2396.

［4］SAKTHIVEL K，NOTZ W，BUI T，et al.Amino acid catalyzed direct asymmetric aldol reactions：abioor ganic approach to catalytic asymmetric carbon-carbon bond-forming reactions［J］.J Am Chem Soc，2001，123：5260-5267.

［5］DALKO P I，MOISAN L.Enantioselective organocatalysis［J］.Angew Chem Int Ed，2001，40：3726-3748.

［6］JARVO E R，MILLER S J.Amino acids and peptides as asymmetric organocatalysts［J］.Tetrahedron，2002，58：2481-2495.

［7］ALCAIDE B，ALMENDROS P.The direct catalytic asymmetric cross-Aldol reaction of aldehydes［J］.Angew Chem Int Ed，2003，42：858-860.

［8］KAZMAIER U.Amino acids-valuable organocatalysts in carbohydrate synthesis［J］.Angew Chem Int Ed，2005，44：2186-2188.

［9］ZEITLER K.Extending mechanistic routes in heterazolium catalysis-promising concepts for versatile synthetic methods［J］.Angew Chem Int Ed，2005，44：7506-7510.

［10］XU X Y，WANG Y Z，CUN L F，et al.L-Proline amides catalyze direct asymmetric aldol reactions of aldehydes with methylthioacetone and fluoroacetone［J］.Tetrahedron：Asymmetry，2007，18（2）：237-242.

［11］WANG Y，LI Y，WU Y，et al.Mechanism of dihydroneopterin aldolase：NMR，equilibrium and transient kinetic studies of the Staphylococcus aureus and Escherichia coli enzymes［J］.Febs J，2007，274（9）：2240-2252.

［12］AHN M，PIETERSMA A L，SCHOFIELD L R，et al.Mechanistic divergence of two closely related Aldol-like enzymecatalysed reactions［J］.Org Biomol Chem，2005，3：4046-4049.

［13］BARI I D，LELLI M，SALVADORI P.Ligand lability and chirality inversion in Yb heterobimetallic catalysts［J］.Chem Eur J，2004，10：4594-4598.

［14］ZHONG Y W，MATSUO Y，NAKAMURA E.Chiral ruthenium-allenylidene complexes that bear a fullerene cyclopentadienyl ligand：synthesis，characterization，and remote chirality transfer［J］.Chem Asian J，2007，2：358-366.

［15］CORDOVA A.Direct catalytic asymmetric cross-Aldol reactions in ionic liquid media［J］.Tetrahedron Letters，2004，45：3949-3952.

［16］LIST B.Proline-catalyzed asymmetric reactions［J］.Tetrahedron，2002，58：5573-5590.

［17］曲程科，李煜東，張 磊，等.Merrifield樹脂負載的L-脯氨酰L-蘇氨酸二肽催化劑的合成及其對不對稱Aldol反應的催化性能［J］.高分子學報，2013，11：1384-1388.