(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基膦基-1，1'-聯萘的綠色合成*

樂傳俊，趙子彪，蘇 揚，劉寶亮

(常州工學院理學院，江蘇常州 213022)

(S)-2，2'-雙二苯基磷基-1，1'-聯萘［BINAP，(S)-1］是一個用途極其廣泛的手性配體，其與Ru，Rh，Pd或Ni等配位形成的催化劑能有效地催化烯烴和羰基的不對稱氫化反應［1－4］。自Noyori等［5］首次合成(S)-1以來，其為為數不多的可工業化生產的手性配體。目前，由于其均相手性催化劑回收重復使用困難，從而使得許多高效手性催化劑成本過高而難以工業化應用。因此，手性催化劑的多相化一直是該領域的重要研究課題［6］。

Scheme 1

研究發現，修飾的(S)-1與(S)-1在協助中心金屬催化不對稱反應時表現的效果幾乎沒有差別，從而使得BINAP衍生物的修飾合成成為一個基礎的研究方向［7－8］。(S)-1 的修飾往往在 4，4'-，5，5'-和 6，6'-位上進行［9－11］，而具有實用價值的是 5，5'-位的修飾。Liu［12］和 Wang［13］分別利用修飾的(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基磷基-1，1'-聯萘［(S)-5］實現了與Ru配位的負載型催化劑的合成并將其應用于烯烴和β-酮酯的不對稱還原。

(S)-5的合成最早由 Okano等［14］在一篇專利中報道，其以氧化的2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯萘(2)為原料經均相硝化、SnCl2硝基還原和HSiCl3/NEt3膦 氧 雙 鍵 還 原 制 得。Sun［15］和Huang［16］等分別采用肼和 Pd/C代替 SnCl2改進硝基還原反應，但未見Pd/C催化硝基還原的具體結果。

鑒于使用環境友好試劑的考慮，本文在文獻［15］方法的基礎上，以(S)-1為原料，與 H2O2經氧化反應制得(S)-2;(S)-2經酸性樹脂催化硝化制得(S)-5，5'-二硝基-2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯萘［(S)-3］;(S)-3經Pd/C催化硝基氫化還原制得(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯萘［(S)-4］;(S)-4經 HSiCl3/PPh3還原制得(S)-5(Scheme 1)，總產率 65.6%。其結構經1H NMR，31P NMR和IR確認。并優化了酸性樹脂催化硝化和Pd/C催化硝基還原的反應條件。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WXG-4型圓盤旋光儀;AVANCE III 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);IR 200型FT-IR紅外光譜儀;EA 2400Ⅱ型元素分析儀;CD 60型薄層色譜掃描儀。

(S)-2 按文獻［15］方法合成(產率 98.70%);(S)-5按文獻［15］方法合成{－ 102.6°(c 1，DMF，下同);Anal.calcd for C43H33N2P2:C 80.74，H 5.20，N 4.38，P 9.68;found C 80.73，H 5.21，N 4.36，P 9.70};(S)-1(≥98.0%)，石家莊市圣佳化工有限公司;5%Pd/C，732型強酸苯乙烯陽離子交換樹脂、三苯基膦、三氯硅烷、雙氧水和硝酸，分析純，上海阿拉丁藥品公司;高純氫和高純氮氣(＞99.999%)，常州三井氣體公司;甲苯和二氯甲烷在使用前進行脫氣處理;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)(S)-3的合成

在三口瓶中依次加入(S)-2 1.0 g(1.5 mmol)，CH2Cl215 mL 和酸性樹脂 0.5 g，攪拌使其溶解;于0℃滴加濃硝酸6.0 mL(96 mmol)，滴畢，于 0℃反應 4 h。過濾，濾液依次用 0.1 mol·L－1NaHSO3溶液，0.1 mol·L－1NaCl溶液和0.1 mol·L－1Na2CO3溶液各10 mL 洗滌，靜置分層，水層用CH2Cl2萃取，合并有機相，用無水硫酸鎂干燥，除溶，殘余物用硅膠板薄層層析［展開劑:A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶5］純化后(純度98.70%)用乙醇重結晶得淡黃色微晶(S)-3 0.99 g，產率為 86.3%，－ 192.8°(c 0.5);1H NMR δ:7.2 ～ 7.7(m，20H)，7.6 ～7.72(m，6H)，8.5(d，J=8.3 Hz，4H);31P NMR δ:27.40;IR ν:3 047，3 009(C － H)，1 475(C=C)，1 522，1 345(NO2)，1 435(P=O)，1 306，1 175，1 108，1 079，1 090，772 cm－1。

(2)(S)-4的合成

在高壓反應釜中加入(S)-3 0.99 g(1.3 mmol)和無水乙醇10 mL，攪拌使其溶解;加入5%Pd/C 0.2 g，氮氣沖洗三次;通入氫氣至 2.0 MPa，于55℃攪拌反應6 h。過濾，回收Pd/C，濾液用無水Na2SO4干燥，除溶，殘余物經硅膠板薄層層析(展開劑:A=1∶2)純化后(純度99.98%)用CH2Cl2重結晶得黃棕色微晶(S)-4 1.02 g，產率 90.1%，－ 101.2°;1H NMR δ:5.7(s，4H)，6.4 ～7.1(m，6H)，7.3 ～7.8(m，20H)，7.8(d，J=8.3 Hz，4H);31P NMR δ:29.8;IR ν:3 052，3 011(C －H)，1 478(C=C)，3 431，1 610(NH2)，1 438(P=O)，1 309，1 234，1 175，1 108，1 082，1 093，776 cm－1。

2 結果和討論

2.1 反應條件優化

(1)(S)-3的合成條件優化

(S)-2 1.5 mmol，其余反應條件同 1.2(1)，考察反應溫度、硝酸用量及酸性樹脂的循環使用次數對(S)-3產率的影響，其結果分別見表1～表3。

表1 反應溫度對(S)-3產率的影響*Table 1 Effect of reaction temperature on the yield of(S)-3

由表1可見，以0℃為分界點，隨著溫度升高，產率先升后降，較佳溫度為0℃。由表1還可見，低溫下反應產率較低，但反應選擇性較高。

表2 硝酸的用量對(S)-3產率的影響*Table 2 Effect of amount of nitric acid on the yield of(S)-3

由表2可見，隨著硝酸用量由2 mL增至10 mL，產率由 49.2%增至 86.3%后降為 76.3%，而選擇性隨硝酸用量增加而降低。硝化的主要反應活性位點在5，5'-位，硝酸用量少時反應在5，5'-位，顯示出高的選擇性，而當硝酸用量大于其最佳值后，則會引起其它位置硝化產物的增加，導致選擇性和產率降低。

由表3可見，酸性樹脂連續使用7次后仍未見其活性降低，這表明該酸性樹脂使用壽命長，可操作性強，且環境友好，具有很好的工業應用潛力。

表3 酸性樹脂的循環使用對(S)-3產率的影響*Table 3 Effect of the recycling of acid resin on the yield of(S)-3

綜上所述，合成(S)-3的最佳反應條件為:硝酸6.0 mL，酸性樹脂0.5 g，于0 ℃反應4 h。

(2)(S)-4的合成條件優化

3 1.3 mmol，其余反應條件同 1.2(2)，考察反應溫度和氫氣壓力對(S)-4產率的影響，結果分別見表4和表5。

由表4可見，隨著溫度的增加，產率由82.4%升至90.1%再降為87.5%。這可能是由于在較高反應溫度時硝基氫化的中間體轉化成了其它副產物。因此較佳反應溫度為55℃。

表4 溫度對(S)-4產率的影響*Table 4 Effect of temperature on the yield of(S)-4

由表5可見，隨著氫氣壓力的增加，產率逐漸升高，在氫氣壓力為 2.0 MPa時，產率最高(90.1%);當氫氣壓力增至3.0 MPa時，產率則降至86.3%。這是因為催化硝基氫化是在氣體、液體和固體間進行的多相催化氫化反應，氫氣壓力增加有助于氫氣克服傳質的障礙，提升反應進程。然而，過高的氫氣壓力會導致過度氫化，副產物增多，降低了產率。因此最佳氫壓為2.0 MPa。

表5 氫氣壓力對(S)-4產率的影響*Table 5 Effect of hydrogen pressure on the yield of(S)-4

Pd/C的循環使用次數對(S)-4產率的影響見表6。由表6可見，未活化處理的Pd/C催化劑使用5次后仍能表現出較好的催化氫化活性，分離產率降低接近5個百分點。這可能由于催化硝基還原反應在相對較低的溫度下進行，催化劑活性降低可能和Pd/C經過多次使用后的集聚有關［17］。

表6 Pd/C循環使用次數對(S)-4產率的影響*Table 6 Effect of recycling of Pd/C on the yield of(S)-4

2.2 表征

(S)-3的IR譜圖中772 cm－1處的中強吸收峰顯示硝化反應主要發生在(S)-2的5，5'-位［14］，說明該條件下的催化硝化反應具有較好的選擇性。這可能由于膦的氧化使(S)-1中的磷由給電子基團變成吸電子基團，導致4個苯環以及和萘環中與磷相連的苯環鈍化，而在萘環中遠離膦氧基團的苯環相比之下處于活化狀態，加上萘環固有的親電取代反應性質，使得主要產物為5，5'-位取代硝基的產物。TLC分析表明硝化反應有一個主要副產物，推測為6，6'-位硝化的產物，然而其含量很低，5，5'-位與 6，6'-位硝化產物的比值(反應選擇性)在反應溫度為0℃時為82.3。

3 結論

本文以使用綠色化學試劑為指導，以(S)-1為原料，用強酸性樹脂代替腐蝕性強和選擇性差的濃硫酸作為硝化反應催化劑，用Pd/C代替毒害性很大的肼作為硝基氫化還原的催化劑，改進合成了(S)-5，并優化了上述兩個反應的反應條件，為進一步的工業化應用提供了研究基礎。

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