俞黃琴，劉訓(xùn)高，沈 良

（杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，浙江 杭州310036）

由于催化反應(yīng)易操作及氫源易得的優(yōu)點，酮的不對稱轉(zhuǎn)移氫化已成為手性仲醇的一種高效合成方法［1-3］.日本化學(xué)家野依良治的TsDPEN 是不對稱轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)中一個非常重要的配體，表現(xiàn)出了優(yōu)異的對映選擇性和催化活性［4-6］.

近年來，手性氮雜配體備受關(guān)注，因為它們不僅價格便宜、合成簡單，而且比磷烷配體在空氣中更加穩(wěn)定［7］.此外，可以通過結(jié)構(gòu)修飾來調(diào)控配體及其金屬配合物的空間效應(yīng)和電子效應(yīng)［8］.手性氮雜配體已成功用作許多不對稱催化反應(yīng)的手性輔助劑，如不對稱烯丙基烷基化反應(yīng)［9-10］、不對稱硅氫化反應(yīng)［11-12］、不對稱硅腈化反應(yīng)［13-14］以及二烷基化反應(yīng)［15-16］.然而，在用于潛手性酮的不對稱轉(zhuǎn)移氫化時，催化性能卻表現(xiàn)得并不令人滿意［17-18］.本文報道4 個手性四氮配體的合成、表征及在異丙醇／KOH 體系中與［Ru（p-cymene）Cl2］2原位催化苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，獲得了較好的效果.

1 實驗部分

1.1 主要儀器

所使用試劑和原料如無特殊說明，均為購置無需進一步處理.柱層析硅膠（200～300目，青島海洋化工廠分廠），硅膠板（厚度：0.20～0.25 mm，青島海洋化工廠分廠）.X-5熔點儀器（上海精細科學(xué)儀器有限公司）、薄層層析用紫外燈（254 nm）、旋光儀（Perkin Elmer 341）、紅外光譜儀（KBr壓片，Bruker Tensor 27）、核磁共振儀（TMS 內(nèi)標(biāo)，Brucker公司，400 MHz）、質(zhì)譜儀（Agilent 5979）、氣相色譜儀（Shimadzu GC-2014）、高效液相色譜法（Elite P230，大賽璐CHIRALCEL OZ-H 柱）.

1.2 手性四氮配體（2a-d）的制備

如圖1，按文獻方法［19］合成（1S，2S）-（＋）-N-對甲苯磺?；?1，2-二苯基乙二胺［（S，S）-TsDPEN］.白色固體，熔點：123.2～126.9 ℃＝＋67.5°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C21H22N2SO2：C，68.82；H，6.05；N，7.64%；Found（%）：C，68.41；H，6.287；N，7.519%.Selected IR，ν（cm-1）：3344.19，3286.73（N—H），3084.91，2863.55，1595.07，1492.11，1455.14（benzene C＝C），1329.21（—SO2—），1154.95，1085.24，1055.13，810.85，768.70，699.07.1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ（ppm）：7.320，7.300［d，2H，J＝8.0 Hz］，7.164～7.128［m，10H］，6.979，6.959［d，2H，J＝8.0 Hz］，4.399，4.386［d，2 H，J＝5.2 Hz］，4.166，4.153［d，2 H，J＝5.2 Hz］，2.318［s，3H，-CH3］，EI-MSm／z：367［M＋H］＋，260，155，106，91，79，65，51.

圖1 C2對稱手性四氮配體（2a-d）的合成Fig.1 The synthesis of C2-symmetric chiral tetraaza ligands（2a-d）

1.2.1 （S，S，S，S）-（＋）-N，N′-2［2-（對-甲苯磺酰基）氨基-1，2-二苯基乙基］乙二胺（2a）的制備

將（S，S）-TsDPEN（366.5 mg，1.0 mmol）和1，2-二溴乙烷（94.0 mg，0.5 mmol）置于一個密封玻璃容器中，加熱至130 ℃，反應(yīng)過夜.將粗產(chǎn)物溶于二氯甲烷（15 m L）中，并用20%NaOH 溶液（20 m L）洗滌.加入NaOH 溶液，沉淀出白色固體.該化合物用二氯甲烷（3×20 m L）萃取，Na2SO4干燥，蒸發(fā)溶劑得到粗產(chǎn)物.粗產(chǎn)物用硅膠柱層析（33%→67%v／v乙酸乙酯己烷）純化，得到產(chǎn)物為白色固體.m.p：167.5～169.2 ℃；＝＋15.97°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C44H46N4S2O4：C，69.63；H，6.11；N，7.38%；Found（%）：C，69.28；H，6.14；N，7.36%.Selected IR，υ（cm-1）：3327.45，3030.49，2919.17，1598.86，1494.51，1452.05，1329.45，811.52，773.01，770.03，672.90.1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ（ppm）：7.453，7.433［d，4 H，J＝8.0 Hz］，7.149～6.978［m，20H］，6.855，6.835［d，4 H，J＝8.0 Hz］，4.424，4.403［d，2H，J＝8.4 Hz］，3.751，3.730［d，2 H，J＝8.4 Hz］，2.616，2.596［d，2 H，J＝8.0 Hz］，2.333，2.313［d，2H，J＝8.0 Hz］，2.312［s，6H］.EI-MSm／z：759［M＋H］＋，498，379，350，327，294，260，237，196，155.

1.2.2 （S，S，S，S）-（＋）-N，N′-2［2-（對-甲苯磺酰基）氨基-1，2-二苯基乙基］丙二胺（2b）的制備

將（S，S）-TsDPEN（366.5 mg，1.0 mmol）和1，3-二溴丙烷（101.0 mg，0.5 mmol）置于一個密封玻璃容器中，加熱至130 ℃，反應(yīng)過夜.將粗產(chǎn)物溶于二氯甲烷（15 m L）中，并用20%NaOH 溶液（20 m L）洗滌.加入NaOH 溶液，沉淀出白色固體.該化合物用二氯甲烷（3×20 m L）萃取，Na2SO4干燥，旋轉(zhuǎn)蒸干得到粗產(chǎn)物.粗產(chǎn)物用硅膠柱層析（25%→50%v／v乙酸乙酯己烷）純化，得到產(chǎn)物為白色固體.m.p：75.2～76.8 ℃；＝＋18.63°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C45H48N4S2O4：C，69.95；H，6.22；N，7.25%；Found（%）：C，70.23；H，6.48；N，6.7%.Selected IR，υ（cm-1）：3260.01，3029.81，2924.02，1599.23，1494.55，1454.77，1326.44，1158.68，1092.69，812.62，767.73，699.95，668.38.1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ（ppm）：7.435，7.415［d，4 H，J＝8.0 Hz］，7.073～6.844［m，20H］，6.781，6.761［d，4 H，J＝8.0 Hz］，4.375，4.352［d，2H，J＝7.2 Hz］，3.824，3.812［d，2 H，J＝4.8 Hz］，2.696［m，2 H］，2.561［m，2 H］，2.253［s，6 H］，1.667［m，2 H］.EI-MSm／z：773［M＋H］＋，512，393，350，251，196，155.

1.2.3 （S，S，S，S）-（＋）-N，N′-2［2-（對-甲苯磺?；┌被?1，2-二苯基乙基］-1，3-苯二甲胺（2c）的制備

（S，S）-TsDPEN（366.5 mg，1.0 mmol）和間-二溴甲基苯（132.0 mg，0.5 mmol）置于一個密封玻璃容器中，并加熱至130 ℃過夜.將粗產(chǎn)物溶于二氯甲烷（15 m L）中，并用20%NaOH 溶液（20 m L）洗滌.加入NaOH 溶液，沉淀出白色固體.該化合物用二氯甲烷（3×20 m L）萃取，Na2SO4干燥，蒸發(fā)溶劑得到粗產(chǎn)物.粗產(chǎn)物用硅膠柱色譜法（30%→60%v／v乙酸乙酯／己烷）純化，得到產(chǎn)物為白色固體.m.p：139.9～141.5 ℃；＝＋61.62°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C50H50N4S2O4：C，71.94；H，5.99；N，6.71%；Found（%）：C，71.39；H，6.081；N，6.464%.Selected IR，υ（cm-1）：3248.73，3059.78，3027.73，2926.55，1736.29，1599.61，1492.76，1454.45，1333.33，1184.42，806.52，699.53，670.73.1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ（ppm）：7.391，7.370［d，4 H，J＝8.4 Hz］，7.158～7.143［m，8 H］，7.048～7.003［m，8 H］，6.976～6.942［m，8 H］，6.861，6.840［d，4 H，J＝8.4 Hz］，4.341，4.321［d，2H，J＝8.0 Hz］，3.789，3.769［d，2H，J＝8.0 Hz］，3.665，3.632［d，2H，J＝13.2 Hz］，2.433，2.300［d，2H，J＝13.2 Hz］，2.283［s，6H］.EI-MSm／z：574，379，313，290，260，235，209，155，130，105，65.1.2.4 （R，R，S，S，S，S）-1，3-二［4，5-二苯基-1-（對甲苯磺?；?2-咪唑烷］苯（2d）的制備

（S，S）-TsDPEN（366.5 mg，1.0 mmol），1，3-苯二甲醛（67 mg，0.5 mmol）和2-丙醇（8 m L）置于圓底燒瓶中.將反應(yīng)混合物加熱回流并攪拌直至溶液中出現(xiàn)白色固體，并通過過濾分離，用熱乙醇洗滌并真空干燥.乙醇中揮發(fā)析出白色晶體（R，R，S，S，S，S）-2d，適于用X 射線進行衍射.m.p：178.7～179.5℃；＝＋117.83°（c 0.4，CH2Cl2）；Selected IR，υ（cm-1）：3291.33，3027.58，2919.59，1598.64，1492.72，1449.35，347.82，1167.60，1091.72，1044.48，770.56，699.72.1H NMR（CDCl3，400 MHz），δ（ppm）：8.333［s，1H］，7.976～7.953［m，1H］，7.868～7.887［m，2H］，7.751，7.730［d，4 H，J＝8.4 Hz］，7.227～7.172［m，12H］，6.981～6.971［m，8 H］，6.895，6.874［d，4 H，J＝8.4 Hz］，4.584，4.565［d，2 H，J＝7.6 Hz］，4.214，4.195［d，2 H，J＝7.6 Hz］，2.389［s，6 H，-CH3］.EI-MSm／z：416，377，284，260，207，179，155，91，65，50.

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

選取尺寸為0.49 mm×0.28 mm×0.17 mm 的單晶（2d），將其置于Rigaku RAXIS-RAPID射線衍射儀上，采用石墨單色化的MoKα射線（λ＝0.71073?），在296（1）K，以ω掃描方式，在（2θ）max＝54.8°的范圍內(nèi)收集到8049個獨立衍射點，其中可觀測衍射點［I＞2σ（I）］4477個，這些數(shù)據(jù)用于結(jié)構(gòu)解析和修正.數(shù)據(jù)經(jīng)Lp和經(jīng)驗吸收校正.晶體結(jié)構(gòu)解析用SHELX 97程序［20］，用直接法求得結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)全矩陣最小二乘法修正.所有非氫原子采用各向異性熱參數(shù)修正，氫原子理論加氫.各向異性的修正包括所有非氫原子收斂于一致的因子R＝0.0518，Rw＝0.1096，最終差值密度圖上最高峰為0.253 e·?-3.（R，R，S，S，S，S）-2d的晶體學(xué)數(shù)據(jù)見表1.

表1 （R，R，S，S，S，S）-2d的晶體學(xué)數(shù)據(jù)Tab.1 The crystallographic data of（R，R，S，S，S，S）-2d

1.4 苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)研究

將金屬前體［Ru（p-cymene）Cl2］2（0.02 mmol）和手性配體2a-2d（0.042 mmol）加入到新蒸餾的2-丙醇中，在氮氣保護下80℃攪拌2 h.加入氫氧化鉀的2-丙醇溶液，繼續(xù)攪拌3 h.然后加入苯乙酮（4 mmol），在給定溫度時間下進行（TCL監(jiān)測）.反應(yīng)完成后，用氯化鈉的飽和水溶液洗滌，用HCl溶液（C＝2 mmol／L）中和，用Et2O（3×10 m L）萃取.將有機相合并，用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，并通過快速柱層析純化.用HPLC法測定對映體過量（ee），GC測定轉(zhuǎn)化率［21-22］.催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和ee值數(shù)據(jù)列于表2.

表2 在異丙醇的KOH 體系中，用Ru（II）-配體（2a-d）原位催化苯乙酮不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和ee值Tab.2 The conversations and ee values of Ru（II）-Ligand（2a-2d）catalysts for the asymmetric transfer hydrogenation of acetophenone by 2-propanol in the presence of KOH

反應(yīng)條件：催化劑，2.0×10-5mol；配體，4.4×10-5mol；苯乙酮，4.0×10-3mol；IPA，25 m L S／M／L／base（S＝Substrate，M＝Metal，L＝Ligand，base＝KOH）.

采用氣相色譜法測定轉(zhuǎn)化率；S和R 構(gòu)型由高效液相色譜法確定.

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)描述

圖1 （R，R，S，S，S，S）-2d的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of（R，R，S，S，S，S）-2d

如圖2所示，配體（R，R，S，S，S，S）-2d包含6個手性中心.在合成反應(yīng)中，形成2個咪唑環(huán)和2個R 構(gòu)型的手性中心.此外，TsDPEN 的S構(gòu)型在反應(yīng)中并沒有發(fā)生變化.

咪唑環(huán)的C9—C10和C30—C31鍵長分別為1.561（6）和1.548（6）?，明顯長于C—Cσ單鍵鍵長［1.498（6）～1.530（4）?］.而咪唑環(huán)的C—N 鍵長為1.454（5）～1.512（5）?，S1—N1 和S2—N3的鍵長分別為1.629（3）和1.626（3）?.S—O 平均距離為1.427（4）?，最小的N—S—O 鍵角為105.6（2）°，最大N—S—O 鍵角為107.0（2）°，與文獻［23］中報道的N—S—O 鍵角比較接近.

2.2 催化研究

2.2.1 配體對催化活性的影響

根據(jù)表2的實驗結(jié)果，催化產(chǎn)物1-苯乙醇的絕對構(gòu)型高度依賴于手性配體的構(gòu)型.在本實驗條件下，當(dāng)手性配體為（S）構(gòu)型對映體時，可以獲得（R）構(gòu)型的（R）-1-苯乙醇對映體.

手性配體2a-2d均表現(xiàn)出良好的催化活性（轉(zhuǎn)化率），但與配體2a-2c相比，2d顯示出明顯高的對映選擇性（ee值）（編號4，10，13，16）.結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)，我們認為配體2d中兩個新生成的手性中心在對映體過量中發(fā)揮了重要作用，而配體2a-2c中C—C單鍵的存在減小了分子骨架的剛性，從而導(dǎo)致催化反應(yīng)對映選擇性的降低，這個結(jié)果與Noyori提出的金屬-配體-底物形成的六元環(huán)過渡態(tài)理論相一致［24］.此外，配體2b比配體2a和2c表現(xiàn)出較高的對映體性（編號5，12），我們推測，活性中心間的距離可能會影響催化反應(yīng)的對映選擇性［25］.

2.2.2 堿量對催化活性的影響

催化劑與堿的量比對不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的催化活性有非常重要的影響，同時堿量對對映選擇性也有重要的影響［26］.對于2d配體，很少的堿量就能獲得較高的ee值和轉(zhuǎn)化率（編號16-18）.對于配體2a-2c，轉(zhuǎn)化率隨著堿量的增加而緩慢下降，ee值在底物／金屬／配體／堿（S／M／L／Base）比為100∶1∶1.1∶25時給出了最好的結(jié)果（編號10-12，13-15）.

2.2.3 溫度對催化活性的影響

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，反應(yīng)溫度從60 ℃到80 ℃時，轉(zhuǎn)化率和ee值分別明顯增加（編號1-3，7-9）.溫度對催化反應(yīng)的研究結(jié)果表明，本催化體系中苯乙酮不對稱轉(zhuǎn)移氫化的合適溫度為80 ℃.

3 結(jié)論

本文首次以C2對稱手性四氮配體（2a-d）和［RuCl2（p-cymene）］2為催化劑，原位催化苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移.這些配體的制備簡單易行，在苯乙酮的不對稱氫化中表現(xiàn)出較好的催化活性，催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高達98%，對映選擇性最高達60%.

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