新型四齒手性含硫(氮)配體的合成及其在芳香酮不對稱氫轉移中的應用*

于會娟，趙　營，何　軍，莫偉杰，余　林(廣東工業大學輕工化工學院，廣東廣州　510006)

新型四齒手性含硫(氮)配體的合成及其在芳香酮不對稱氫轉移中的應用*

于會娟，趙營，何軍，莫偉杰，余林
(廣東工業大學輕工化工學院，廣東廣州510006)

摘要:以(1R，2R) -環己二胺酒石酸鹽為原料，分別與2-噻唑甲醛和4-咪唑甲醛經縮合反應合成了兩個四齒手性亞胺配體——(1R，2R) -N，N'-二(2-噻唑基) -1，2-環己二胺(L1，CCDC: 1 003 830)和(1R，2R) -N，N'-二(4-咪唑基) -1，2-環己二胺(L2)，其中L1為新化合物，其結構經1H NMR，ESI-MS，元素分析和X-單晶衍射表征。研究了L1和L2分別與金屬絡合物［MR］經原位反應制得的催化劑(和)對苯乙酮經不對稱氫轉移反應合成手性α-苯乙醇的催化性能。結果表明: L1與［IrCl(cod)］2經原位反應制得的催化劑的催化活性優于。以異丙醇為氫源，在異丙醇/氫氧化鉀反應體系中，研究了對芳香酮的不對稱氫轉移。結果表明:能有效地催化還原芳香酮，大部分芳香酮的轉化率均＞99%。

關鍵詞:手性四齒配體;不對稱氫轉移;芳香酮;手性芳香醇仲醇;合成;催化活性

E-mail: xiaoheiyu79@163．com

通信聯系人:余林，教授，博士生導師，E-mail: gychgdut@126．comAbstract: Two chiral sulphur(nitrogen) -containing tetradentate ligand，(1R，2R) -N，N'-bis(2-thiazolyl) -1，2-cyclohexyldiimine (L1) and (1R，2R) -N，N'-bis (4-imidazolyl) -1，2-cyclohexyldiimine (L2)，were synthesized by condensation of 1，2-cyclohexyldiimine with 2-thiazole and 4-imidazole，respectively．L1(CCDC: 1 003 830) was a novel compound and the structure was characterized by1H NMR，ESI-MS，elemental analysis and X-ray single crystal diffraction．Two series of catalysts，and，were prepared by reaction in-suit of L1 or L2 with metal complexes［MR］．The catalytic activities ofandwere investigated by asymmetric transfer hydrogenation(ATH) of acetophenone with i-PrOH．The results showed that，which was obtained by reaction in-suit of Cat1with［IrCl(cod)］2，exhibited better catalytic activity than．Catalytic activities ofwere investigated by ATH of aromatic ketones in i-PrOH/KOH．The results indicated that aromatic ketones with conversion of＞99% were reduced to chiral secondary aromatic alcohol，usingas the catalyst．

Synthesis of Novel Tetradentate Chiral Sulphur(nitrogen) -containing Ligands and Their Application in Asymmetric Transfer Hydrogenation

YU Hui-juan，ZHAO Ying，HE Jun，MO Wei-jie，YU Lin
(School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China)

Keywords: tetradentate chiral ligand; asymmetric transfer hydrogenation; aromatic ketone; chiral secondary aromatic alcohol; synthesis; catalytic activity

具有光學活性的芳香仲醇是重要的化工產品，在醫藥、農藥、香料等精細化工領域應用廣泛。芳香酮的不對稱氫轉移(AHT)催化由于具有高效、環保、成本低廉、操作簡單等優點而成為制備手性芳香仲醇的最佳方法。手性配體是實現高選擇性不對稱氫化的關鍵，優秀手性配體的設計與合成一直是科學家們關注的熱點［1－3］。近年來，研究者們在傳統的配體中引入了氮元素，同時發現含氮配體存在優異的手性催化效果和立體選擇性，其中以Noyori等合成的Ts-DPEN最為著名［1－3］。

近年來，一系列［PN］，［NPN］，［NPO］及［PNNP］等優異的“混合型”手性配體不斷涌現。由于這類“混合型”配體與金屬中心配位時具有更好的穩定性并能夠形成特殊的手性環境，因而倍受關注［4－7］。而在這些“混合型”多齒配體中，含硫配體的報道則相對較少，但含硫手性配體比傳統的膦、氮、氧配體具有更好的通用性，而且含硫手性配體可以呈不同的立體形狀，具有豐富的配位化學性能，可以巧妙地修飾催化劑金屬中心的手性微環境，因此一些含硫手性配體被合成并表現出優異的不對稱催化性能［8－11］。

噻唑是一個五元富電子含硫雜環，環上的硫和氮可以直接與金屬中心配位，而環的富電子效應又可以影響配體的催化性能，而噻唑類多齒配體用于芳香酮不對稱氫化領域的極少有報道。

在文獻［12］方法的基礎上，本文以(1R，2R) -環己二胺酒石酸鹽(1)為原料，分別與2-噻唑甲醛(2)和4-咪唑甲醛(3)經縮合反應合成了兩個四齒手性亞胺配體——(1R，2R) -N，N'-二(2-噻唑基) -1，2-環己二胺(L1)和(1R，2R) -N，N'-二(4-咪唑基) -1，2-環己二胺(L2) (Scheme 1)，其中L1為新化合物，其結構經1H NMR，ESI-MS，元素分析和X-單晶衍射表征。研究了L1和L2分別與金屬絡合物［MR］經原位反應制得的催化劑(和)對苯乙酮(4a)經AHT合成手性α-苯乙醇(5a)的催化性能。結果表明: L1與［IrCl(cod)］2經原位反應制得的催化劑的催化活性優于。對反應底物進行擴展，以異丙醇為氫源，在異丙醇/氫氧化鉀反應體系中，研究了對芳香酮(4b～4i)的ATH反應(Scheme 2)。結果表明:能有效地催化還原4b～4i，大部分芳香酮的轉化率均＞99%。

Scheme 1

Scheme 2aConversion and ee were determined by GC analysis using chiral CP-chirasil-dex CB column

1　實驗部分

1．1儀器與試劑

Bruker AV400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標) ; Nicolet Avatar 360 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片) ; LCQ System型液相色譜質譜聯用儀; Aglient GC-7820型氣相色譜儀［Astec CHIRALDEXTM G-TA Capillary Colum(30 m×0．25 mm×0．25 μm)手性毛細管色譜柱，FID檢測器，柱溫110℃］; Perkin-Elmer 240Q型元素分析儀; Bruker SMART Platform CCD型X-射線衍射儀。

所用試劑均為分析純，廣州化學試劑廠或J＆K Chemical試劑公司。

1．2 L1和L2的合成(以L1為例)

在三頸圓底燒瓶中加入1 2．64 g(10 mmol) 和2 2．26 g(20 mmol)，通氮氣除氧，氮氣保護下加入無水乙醇45 mL，攪拌下回流反應8 h。氮氣保護下過濾，濾液減壓濃縮后于40℃真空干燥，用無水乙醇重結晶得棕色晶體L1 2．70 g，產率89%;1H NMR δ: 8．35(s，2H)，7．89(s，2H)，7．76(s，2H)，3．48(s，1H)，2．51(s，1H)，1．80 (d，J =8．0 Hz，4H)，1．65(d，J =9．0 Hz，4H) ; ESI-MS m/z: 305．1{［M + H］+} ; Anal．calcd for C14H16N4S2: C 55．23，H 5．30，N 18．40; found C 55．38，H 5．28，N 18．26。

用3替代2，用類似的方法合成棕色晶體L2 2．35 g，產率87%;1H NMR δ: 12．21(br，2H)，8．04(s，2H)，7．39(s，2H)，5．75(s，2H)，3．29 (s，1H)，2．50(s，1H)，1．75(m，4H)，1．42(d，J =7．0 Hz，4H) ; ESI-MS m/z: 271{［M + H］+} ; Anal．calc for C14H18N6: C 62．20，H 6．71，N 31．09; found C 62．38，H 6．80，N 30．82。

1．3 4的ATH反應

在Schlenk反應管中加入［MR］0．01 mmol和L 0．02 mmol，注入異丙醇6 mL，攪拌20 min;加入異丙醇/KOH溶液(PrOH 6 mL + KOH 2．2 mg)，反應10 min。注入4 1 mmol，于45℃反應13 h。經氣相色譜測定轉化率和芳醇(5)的ee值。

1．4 L1的晶體結構測定

將L1 10 mg溶于20 mL乙醇中，攪拌使其溶解;于室溫靜置自然揮發得棕色晶體L1。選取合適的單晶L1置衍射儀上，于173．2 K下用經石墨單色器單色純化的Mo-Kα射線為光源，以ω方式掃描，收集衍射數據，全部強度數據經Lp校正和吸收校正。結構由直接法通過SHELXTL軟件解出，全部非氫原子坐標、各項異性溫度因子和氫原子坐標及各向同性溫度因子經全矩陣最小二乘法F2精修修正至收斂。所有計算均使用SHELXL-97程序包完成，全部非氫原子經Fourier合成及差值電子密度函數修正，全部氫原子坐標從差值電子密度函數并結合幾何分析方法獲得［13］。

2　結果與討論

2．1表征

L1的晶體結構見圖1。晶體結構解析表明: L1(304．08)屬正交晶系，P212121空間群，晶胞參數a =7．689 6(17)?，b =11．445(3)?，c =17．712 (4)?，α=β=γ=90°，V =1 558．8(6)?3，Dc = 1．297 g·cm－3，μ=0．337 mm－1，Z =4。L1的鍵長和鍵角數據以及原子坐標和等效溫度因子等相關晶體數據以DIF-file形式存放于劍橋晶體數據中心(CCDC: 1 003 830)。

圖1　　L1的分子結構圖Figure 1 　Molecular structure drawing of L1

L1和L2的CD光譜表明: (R，R) -L和(S，S) -L構型顯示出非常對稱的鏡面對映曲線(圖2)。

2．2催化活性

(1)［MR］

將L1和L2與［MR］原位制備組成催化體系，評價其對苯乙酮(4a)的催化氫化性能(表1)，篩選最佳的催化劑。從表1可見，L1與［IrCl (cod)］2原位制備的催化體系()對4a表現出一定的催化活性，獲得了30%的轉化率(No．4)。而L2與Ru，Rh，Ir三種金屬絡合物組成的催化體系均未表現出有效的催化效果(No．5～No．8)，說明噻唑環上的硫原子可能與金屬銥進行了配位，硫原子的引入有助于提高催化反應活性。

圖2　　L1和L2的CD光譜圖Figure 2 　CD spectra of L1 and L2

表1　　［MR］與L1或L2催化4a的ATH反應aTable 1 　ATH reaction of 4a with L1 or L2 and［MR］

(2) ATH反應條件優化

堿的用量對反應的影響見表2中No．5～No．8。從中可見，在沒有添加堿時，4a基本沒有轉化(No．5) ;隨著其堿量的增加，轉化率明顯升高;當堿與金屬配合物的摩爾比為16∶1時，反應只需要2．5 h即可實現完全轉化(No．7) ;繼續增加堿量，反應時間增長(No．8)，說明16∶1為最佳堿添加量。

表2　　Cat1Ir催化體系反應條件優化aTable 2 　Optimization of the reaction conditions of Cat1Ir

(3)底物擴展

3　結論

設計并合成了兩個手性四齒亞胺配體L1和L2。研究配體對芳香酮的不對稱氫轉移催化效果。結果表明: L1和配合物［IrCl(cod)］2原位制備的催化劑可以有效催化還原芳香酮，對于絕大部分的芳香酮均可實現完全轉化，并具有中等的立體選擇性(ee 42%)。L2與Ru，Rh，Ir三種金屬絡合物組成的催化體系均未表現出有效的催化效果，說明噻唑環的硫原子對于芳香酮的不對稱催化還原具有重要意義。雖然手性含P，N，O的配體被廣泛用于芳香酮的不對稱氫轉移催化，而手性含硫配體的研究卻相對較少，手性含硫雜環配體的研究更為稀少，本文的結果將對新型高效手性含硫配體的設計提供重要的實驗依據。

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·研究論文·

作者簡介:于會娟(1979－)，女，漢族，山東濟寧人，講師，主要從事手性配體的設計合成和不對氫轉移催化性能的研究。

基金項目:國家自然科學基金資助項目(21306026) ; 2014廣東工業大學創新創業項目

*收稿日期:2014-12-01;

修訂日期:2015-05-18

DOI:10．15952/j．cnki．cjsc．1005－1511．2015．07．0569

文獻標識碼:A

中圖分類號:O626; O643．36