一類軸手性噁唑啉-鉑卡賓絡合物的合成

江 鵬, 劉云龍, 王 艷, 王飛軍

(華東理工大學 化學與分子工程學院，上海 200237)

軸手性配體在多種不對稱催化反應中表現出較高的反應活性和對映選擇性[1]。1980年，Noyori首次合成了BINAP，并將其用于手性催化，表現出了很好的對映選擇性[2]。目前已報道了許多具有軸手性的配體(Chart 1)[3-4]。軸手性配體具有容易修飾和引入大位阻及有電子效應的官能團等優點[5-9]。這些具有軸手性的配體已被證實在許多催化反應中均起到了重要作用[10]，如分子內的不對稱氫化[11-14]、環丙基化、烯丙基化和Wacker環化等[15-17]反應。

N-雜環卡賓配位的過渡金屬催化劑也是多種交叉偶聯反應領域的研究熱點[18]。N-雜環卡賓[19-20]能夠與過渡金屬形成比傳統的膦配體更加穩定的碳金屬鍵，并且具有更突出的電子效應和立體效應。

近年來，本課題組報道了幾種基于N-芳基骨架的軸安定手性配體(1, Chart 2)和軸不安定手性配體(2, Chart 2)。軸不安定手性配體2能夠圍繞N-芳基軸自由旋轉。當這些配體和醋酸鈀配位時，最終只能得到(aS,S)構型的絡合物(Chart 3)。 (aR,S)構型的絡合物因噁唑環上取代基和鈀鹽之間位阻過大而無法穩定存在。

Chart 1

Chart 2

Chart 3

鉑卡賓絡合物在許多反應中都有廣泛的應用[21]。在本課題組前期研究的基礎上(Scheme 1)，本文設計了如Scheme 2所示的合成路線，合成了表1中的一類軸手性鉑卡賓絡合物。

Scheme 1

Scheme 2

表 1 與Pt(COD)Cl2的配位結果

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AM-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；RigakuAFC7R型X-射線衍射儀。

5、6a、6c、6d按文獻[22]方法合成；其余所用試劑均均為化學純或分析純。

1.2 合成

(1)6的合成

將化合物55 mmol和芐溴6 mL(50 mmol)溶于20 mL無水乙腈中，氮氣保護下回流反應24 h(TLC檢測)。冷卻至室溫,旋蒸除溶，殘余物經硅膠柱層析[洗脫劑：V(乙醇)/V(二氯甲烷)=1/10]純化得黃色固體6。

6a: 黃色固體，產率95%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 10.70(s, 1H), 8.97(s, 2H), 7.93(s, 1H), 7.47～7.91(m, 17H), 6.43(d,J=6.6 Hz, 1H), 4.60(dd,J=8.7 Hz, 10.2 Hz, 1H), 3.95(d,J=7.8 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 161.7, 143.3, 134.7, 132.8, 132.7, 132.5, 132.4, 132.0, 131.4, 130.5, 129.6, 129.3, 129.2, 128.7, 128.5, 128.5, 128.3, 128.1, 127.9, 127.3, 127.2, 127.2, 126.4, 115.4, 114.0, 113.1, 67.7, 54.4, 53.0。

6b: 黃色固體，產率92%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 10.74(s, 1H), 8.22(s, 1H), 7.21～7.77(m, 17H), 6.43(d,J=6.6 Hz, 1H), 4.60(dd,J=10.2 Hz, 8.7 Hz, 1H), 3.95(d,J=7.8 Hz, 1H), 2.91(s, 3H), 2.81(s, 3H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 162.7, 143.2, 134.7, 132.8, 132.7, 132.6, 132.5, 132.3, 132.0, 131.2, 130.5, 129.5, 129.3, 129.1, 128.7, 128.5, 128.4, 128.1, 127.8, 127.3, 127.2, 127.1, 126.3, 114.4, 114.0, 113.1, 65.7, 54.2, 52.0, 36.6, 31.5。

6c: 黃色固體，產率93%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 10.97(s, 1H), 8.14(dd,J=2.0 Hz, 7.3 Hz, 1H), 7.85(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.78～7.70(m, 3H), 7.61(dd,J=11.3 Hz, 4.2 Hz, 2H), 7.53(dt,J=14.9 Hz, 7.8 Hz, 2H), 7.42～7.29(m, 4H), 7.21(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.46(d,J=15.1 Hz, 1H), 5.85(d,J=15.1 Hz, 1H), 4.11(t,J=9.1 Hz, 1H), 3.82(t,J=8.0 Hz, 1H), 3.80～3.63(m, 1H), 1.12～0.94(m, 1H), 0.63(s, 1H), 0.25(d,J=6.7 Hz, 2H), 0.18(d,J=6.7 Hz, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 158.5, 143.6, 133.1, 133.1, 132.8, 131.8, 131.4, 130.9, 129.3, 129.2, 129.1, 128.9, 128.7, 128.6, 128.5, 127.3, 126.9, 125.0, 113.6, 113.0, 72.6, 69.3, 51.2, 32.2, 17.7, 17.6。

6d: 黃色固體，產率75%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 10.79(s, 1H), 8.10～8.14(m, 1H), 7.71(dd,J=7.0 Hz, 2.5 Hz, 2H), 7.54 (d,J=6.5 Hz, 2H), 7.41～7.28(m, 5H), 6.90(s, 1H), 6.31(d,J=15.1 Hz, 1H), 5.79(d,J=15.1 Hz, 1H), 4.03～3.96(m, 1H), 3.88(t,J=8.2 Hz, 1H), 3.60～3.55(m, 1H), 2.33(s, 3H), 2.25(s, 3H), 0.23(s, 9H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 162.3, 154.5, 134.8, 133.1, 133.0, 132.9, 132.8, 132.7, 131.9, 130.7, 128.6, 128.5, 127.6, 127.3, 126.8, 122.8, 119.7, 114.2, 112.2, 110.3, 70.3, 51.1, 33.3, 28.9, 25.0, 19.2。

(2)7的合成

將651 mg(0.1 mmol), Pt(COD)Cl238 mg(0.1 mmol), NaOAc 12.3 mg(0.15 mmol)和KI 166 mg(1 mmol)加入干燥的圓底燒瓶中，加入10 mL無水乙腈，氮氣保護下回流反應過夜。冷卻至室溫,旋蒸除溶，殘余物經硅膠柱層析[洗脫劑：V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=1/2]純化得淡黃色固體7。

7a: 淡黃色固體，產率69%；1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.05(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.95(dd,J=10.9 Hz, 4.6 Hz, 1H), 7.88～7.71(m, 2H), 7.49(t,J=7.5 Hz, 1H), 7.36～7.24(m, 5H), 7.21(t,J=7.7 Hz, 2H), 7.21～7.15(m, 2H), 7.14～7.08(m, 1H), 6.96(d,J=8.2 Hz, 2H), 6.39(d,J=15.6 Hz, 1H), 6.24(dd,J=10.2 Hz, 5.2 Hz, 1H), 5.08(t,J=9.8 Hz, 1H), 4.69(dd,J=9.2 Hz, 5.3 Hz, 2H), 3.74(d,J=15.9 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 162.8, 162.2, 139.1, 135.3, 134.6, 134.3, 133.8, 131.2, 129.9, 129.5, 129.1, 128.5, 128.0, 127.9, 127.8, 127.2, 124.4, 124.4, 123.4, 113.0, 110.8, 70.9, 53.1。7a(CCDC: 995271)的晶體學數據見表2。

表2 7a的晶體學數據

7b: 淡黃色固體，產率72%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.96(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.90(t,J=7.5 Hz, 1H), 7.78～7.68 (m, 2H), 7.43(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.28～7.13(m, 7H), 7.15～6.90(m, 3H), 6.42(s, 1H), 6.26(d,J=16.1 Hz, 1H), 6.23～6.16(m, 1H), 5.00(t,J=9.8 Hz, 1H), 4.60(dd,J=9.1 Hz, 5.4 Hz, 1H), 3.67(d,J=15.9 Hz, 1H), 2.23(s, 3H), 2.12(s, 3H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 162.9, 160.3, 139.0, 135.6, 134.3, 134.0, 133.8, 133.7, 133.1, 132.2, 131.0, 129.7, 129.5, 129.0, 128.4, 128.0, 127.8, 127.8, 127.3, 123.4, 113.0, 111.1, 70.9, 52.8, 20.4, 20.3。

7c： 淡黃色固體，產率70%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.01～7.93(m, 2H), 7.75～7.66(m, 2H), 7.63～7.56(m, 2H), 7.42～7.33(m, 4H), 7.27(q,J=3.4 Hz, 3H), 6.31(d,J=15.5 Hz, 1H), 6.03(d,J=15.5 Hz, 1H), 5.23～5.06(m, 1H), 4.59(t,J=9.7 Hz, 1H), 4.35(dd,J=9.1 Hz, 5.7 Hz, 1H), 0.90～0.84(m, 1H), 0.72(d,J=7.0 Hz, 3H), 0.07(d,J=5.6 Hz, 3H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 162.9, 162.5, 135.2, 134.4, 134.3, 134.3, 134.1, 131.3, 129.7, 128.8, 128.5, 128.4, 127.7, 127.4, 124.8, 124.6, 123.4, 112.7, 111.4, 102.6, 72.5, 70.4, 53.4, 22.7, 18.4, 14.0。

7d: 淡黃色固體，產率67%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.97(dd,J=7.8 Hz, 1.3 Hz, 1H), 7.87(td,J=7.9 Hz, 1.5 Hz, 1H), 7.70(dd,J=9.9 Hz, 4.0 Hz, 2H), 7.40(dd,J=6.4 Hz, 2.7 Hz, 2H), 7.33(dd,J=7.5 Hz, 2.9 Hz, 3H), 7.04(s, 1H), 6.69(s, 1H), 6.63(d,J=15.9 Hz, 1H), 5.66(d,J=15.9 Hz, 1H), 5.18(dd,J=10.6 Hz, 6.2 Hz, 1H), 4.65(t,J=10.0 Hz, 1H), 4.48(dd,J=9.3 Hz, 6.3 Hz, 1H), 2.26(s, 3H), 2.17(s, 3H), 0.92(s, 9H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 164.1, 160.9, 135.5, 134.1, 134.0, 134.0, 133.9, 132.9, 132.7, 131.6, 129.4, 128.6, 128.0, 127.7, 127.5, 123.7, 113.5, 111.5, 75.6, 71.3, 54.4, 33.8, 26.1, 25.9, 20.3。

2 結果與討論

2.1 合成

當含有手性噁唑啉配位基團的軸不安定配體，與金屬配位形成雙齒有機金屬化合物時，我們發現只能得到立體位阻較小的金屬化合物。為了進一步發展基于金屬鉑的手性催化劑，設計了這些配體與鉑絡合的實驗。

首先，我們選擇取代噁唑啉的配體與芐溴在乙腈中回流，得到相應的噁唑啉鹽。之后，我們通過以下反應條件：NaOAc為堿，Pt(COD)Cl2作為鉑源，KI催化，在乙腈中回流，得到了收率大于50%的最終產物。

對比化合物6d和7d的1H NMR譜圖(圖 1)，發現卡賓氫δ10.79 處信號消失。同時，噁唑啉上的3個氫和叔丁基的9個氫的信號向低場移動。而芐基亞甲基上的氫原子，一個向高場移動，另一個向低場移動。因此，認定鉑同時和卡賓與唑啉配位。

δ

2.2 晶體結構

根據7a的X-ray結果(圖 2)，發現只得到了(aS,S)構型的7a。綜合核磁和X-ray的結果，確證只得到了一種構型(aS,S)的鉑絡合物。避免了非對映異構體的拆分，突出了綠色經濟的優點。

圖 2 7a的晶體結構

研究了部分軸手性配體與鉑的絡合情況和晶體結構，以較高的收率得到了經X-ray證實的(aS,S)構型的鉑絡合物。本方法所用試劑經濟易得，實驗步驟簡便，反應條件相對溫和，有望在不對稱催化方面得到應用。由于含有手性取代基團的噁唑啉環的配體在與金屬鉑配位后，理論上可以得到一對非對映異構體。然而，因為受到軸手性與噁唑啉環上取代基手性的共同影響，最終只得到能量上占優勢的(aS,S)構型的絡合物。