Co(Ⅲ)席夫堿配合物的合成及其在硫醚催化上的研究

唐潔

摘 要：利用2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺在高溫下合成了Co（Ⅲ）配合物（CoL）。通過MS、元素分析以及單晶衍射分析方法對該配合物進行了詳細表征。在試驗中為了盡可能減少化學污染，選擇了成本較低、無毒無污染的過氧化氫作為氧化劑，反應溶劑選擇水溶液，金屬配合物作為催化劑，牛血清白蛋白作為手性助劑，探究了CoL對苯基甲基硫醚氧化的催化活性和對映體選擇性。在環境友好的條件下，考察了不同氧化劑、反應溶液的pH、各物質的濃度、氧化劑用量和溫度等反應條件對催化活性的影響。通過單因素試驗并篩選出最優反應條件，試驗結果表明，最優的反應條件為：pH為8，氧化劑用量28.7 μL，催化劑用量37.31 μL，反應溫度0 ℃、底物濃度22.16 μmol/L，在最優反應條件下獲得了較高的轉化率（98%）和化學選擇性（100%），但對映體選擇性較差（6.3%）。

關鍵詞：席夫堿配合物;硫醚不對稱催化氧化;牛血清白蛋白;手性亞砜

中圖分類號：O643.3 ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）4-0086-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.019

Synthesis of Co （Ⅲ） Schiff Base Complexes and Application in Sulfide Catalysis

TANG Jie

（Guilin Normal College， Guilin 541001，China）

Abstract： Co （Ⅲ） complex （CoL） was synthesized by 2′，4′ - dihydroxyacetophenone and ethylenediamine at high temperature. The complex was characterized by MS， elemental analysis and single crystal diffraction. In the experiment， in order to reduce chemical pollution as much as possible， hydrogen peroxide with low cost， non-toxic and pollution-free was selected as the oxidant， the reaction solvent was aqueous solution， the metal complex was used as the catalyst， and bovine serum albumin was used as the chiral assistant to explore the catalytic activity and enantioselectivity? of col for the oxidation of phenylmethyl sulfide. Under environmentally friendly conditions， the effects of different oxidants， pH of reaction solution， concentration of various substances， amount of oxidant and temperature on catalytic activity were investigated. The results showed that the optimal reaction conditions ， pH was 8， dosage of oxidant was? 28.7 μL ， dosage of catalyst was 37.31 μL， reaction temperature was 0 ℃，substrate concentration was 22.16 μmol/L， high conversion （98%） and chemical selectivity （100%） were obtained， but the enantioselectivity was poor （6.3%）.

Keywords： schiff base complex; asymmetric catalytic oxidation of sulfide; bovine serum albumin; chiral sulfoxide

0 引言

手性物質普遍存在于自然界中。具有手性的有機分子因具有特殊的空間結構在生物體中發揮著非常重要的作用[1]。近30年來，隨著人們對手性識別過程和對映體在手性環境中性質認識的逐步深入，對參與生命活動過程的手性化合物商品化也提出了越來越嚴格的要求。手性藥物之所以成為制藥與精細化工業關注的熱點，是因為考慮到手性對映體可能對人們的健康產生危害。因此，許多藥物都不能以消旋體形式銷售。

在過去30年，亞砜類藥物已經成為了醫藥行業的重要組成部分之一。在20世紀90年代就有很多亞砜類藥物被研制出來。如艾美拉唑（1）、雷貝拉唑（2）、蘭索拉唑（3）和泮托拉唑（4），這4種胃酸抑制劑的結構見圖1。

近年來，制備手性亞砜一直都是合成化學最熱門的研究領域，其制備方法主要分為以下幾類：①硫醚的酶催化氧化;②硫醚的非對映選擇性氧化;③手性氧化劑對映選擇性氧化硫醚;④手性金屬絡合物誘導的硫醚的不對稱氧化;⑤手性亞磺酰衍生物的親核取代;⑥手性金屬絡合物催化硫醚不對稱氧化等。相較于其他方法，催化硫醚不對稱氧化是合成手性亞砜最有效的方法。因為手性底物有選擇性好、價格便宜、容易獲取、來源廣泛等優點，在不對稱合成工業中是最有前途的制備方法。對于這個方法，研究人員為了尋找更好的新型的催化體系（包括催化劑），希望能高效低能地獲得單一手性的亞砜產物。雖然有很多種不對稱催化方法，但很多不對稱催化體系存在會對環境造成破壞、效果不好、催化速度慢等問題。因此，尋找高效、廉價且對環境友好的新型不對稱催化體系依然是催化和合成領域中最受關注的研究方向之一。

1 硫醚不對稱催化氧化體系

近30年來，化學家們不斷研究各種不同手性亞砜的制備方案，并取得了很大的發展，但根據大量文獻進行分析和對比后，發現硫醚不對稱催化氧化是制備具有輔助作用的手性亞砜的最佳方案。自1980年開始，科研工作者們已經探索出各種不同的催化體系來實現硫醚到手性亞砜的轉化。根據催化劑的性質，傳統意義上的催化體系一般分為：①生物催化體系，②金屬配合物催化體系，③非金屬化合物催化體系。但由于金屬配合物具有催化活性高、實用性好和有效性高等優點，非常適合用來做硫醚不對稱催化氧化體系的催化劑，并且成為了近年來最熱門的研究領域。

在硫醚不對稱催化氧化體系中，金屬配合物作為催化劑引起了化學家們的關注。在1984年，Kagan等首次報道了鈦手性絡合物作為催化劑進行硫醚不對稱催化氧化。甲基對甲苯基硫醚獲得了高達93%的對映體選擇性。在同一年Modena課題組報道了類似的氧化體系，也得到了88%的對映體選擇性。

在Kagan和Modena體系已有成果的基礎上，科研人員對其進行了總結歸納，并在這一領域進行了廣泛深入的研究與探索。除鈦催化體系外的鈮、鋯、鋨等稀土金屬以及鐵、鈷、釩、錳、銅等過渡金屬配合物作為不對稱硫醚氧化催化劑被大量研究和報道，并在很長一段時間里被認為是最具有吸引力的催化劑。實際上，對映體的活化能非常接近，金屬配合物體系很難預測反應手性拆分的結果，通常在直接氧化過程中同時獲得兩種構型的產物，能夠根據需求高效地進行對映體拆分的金屬配合物催化劑仍然不多。金屬催化劑體系不僅副反應多，而且存在浪費，同時有毒試劑對環境的污染等問題也有待解決。

2 席夫堿配合物

席夫堿因價格便宜、自身的合成條件溫和等優點，被廣泛應用到很多領域，如醫藥、催化、分析等領域。根據大量文獻表明，大多數配合物是很難合成的，部分配合物對空氣或潮濕的環境敏感[2]。手性席夫堿被廣泛應用在手性識別和不對稱催化中。席夫堿的鈷配合物在實驗催化中被當作催化劑使用，席夫堿在分析領域中具有良好的配位能力，因為席夫堿配體可以與不同金屬離子配位形成結構和形狀不同且穩定的配合物。席夫堿類化合物在醫學領域也是極其重要的物質。

有實驗結果表明，在沒有配合物時，化學選擇性達到了100%，反應的轉化率達到56%，產物的對映體選擇性只有1.45%，但只有在CoL存在下，對映體選擇性才變高，這表明配合物有催化功能，其在不對稱氧化中也是非常重要的[3]。

3 實驗部分

3.1 藥品與儀器

表1中列出了實驗中用到的主要試劑。

用到的實驗儀器如下。電子天平（AR224CN，奧豪斯儀器有限公司）;SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵（鄭州長城科工貿有限公司）;真空恒溫干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）;Finnpipette F3 （Thermoscientific）可調式微量進樣器;Sartorius PP-20 酸度計;無菌注射器;液相色譜：UV2302Ⅱ/P2302Ⅱ高效液相色譜儀;手性柱Chiralcel OB-H （4.6 mm × 250 mm）;KQ2200DE型數控超聲波清洗器;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責任公司）;pH計：Sartorius PP-20;采用 Perkin-Elmer 240C 元素分析儀對樣品進行 C、H、N 含量分析。

3.2 2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺配體的合成

配體合成方法參照相關文獻[4-6]。稱取9.129 g（60 mmol）2′，4′-二羥基苯乙酮并加入60 mL無水乙醇進行攪拌，再稱取1.803 g （30 mmol）乙二胺并加入60 mL無水乙醇進行攪拌，然后將乙二胺倒入2′，4′-二羥基苯乙酮并搖勻，在60 ℃回流4～5 h后，讓其自然冷卻至室溫。用真空泵抽濾，收集沉淀物，得到黃色粉末，產率為89%。所得配體C18H2N2O4的結構如圖2所示。

3.3 CoL席夫堿配合物的合成

取配體0.3 mmol和金屬鹽Co（Ac）3放入容積為15 mL、襯底為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，加入10 mL甲醇和5 mL乙酸乙酯，放入攪拌子再加2～3滴二乙胺，磁力攪拌器攪拌約30 min，再放入80 oC真空恒溫干燥箱中72 h。然后每間隔1 h降溫5 ℃，直至40 oC，可得到產物為棕褐色晶體。用酒精反復清洗表面的雜質后放在空氣中自然干燥，得到的產率為30%。

4 結果與討論

4.1 對照實驗

考慮氧化劑會對環境造成污染，而H₂O₂的反應產物是水，因此，優先考慮以H₂O₂作為氧化劑。使用常用的甲基苯基硫醚作為底物進行不對稱氧化反應，在BSA存在下對比了有無配合物時對催化反應是否有影響。反應結果如圖3所示。在配合物存在時，獲得的轉化率和對映體選擇性明顯提高。因此，在后面的實驗中會繼續加入配合物來進行硫醚不對稱催化氧化反應。

4.2 氧化劑對硫醚催化反應的影響

從環保角度考慮，優先選擇了H₂O₂作為氧化劑，但需要進一步提高對映體選擇性和催化效率。因此，以CoL配合物作為催化劑，以甲基苯基硫醚作為底物，考察了叔丁基過氧化氫（TBHP）和H₂O₂兩種氧化劑對硫醚不對稱氧化反應的化學選擇性、轉化率和對映體選擇性的影響。

如圖4所示，對金屬配合物CoL來說，除了氧化劑H₂O₂，TBHP對化學選擇性和轉化率的影響并不大，幾乎都能100%轉化為亞砜產物，同時都獲得了較高的轉化率（≥56%）。但實驗結果表明，氧化劑H₂O₂和TBHP對轉化率和對映體選擇性的影響并不大。綜合考慮，在后面的實驗中繼續使用H₂O₂作為催化體系的氧化劑，因為TBHP有毒且會對環境造成污染，而H₂O₂是綠色環保的氧化劑，氧化產物是水，對環境無污染，它們的對映體選擇性相差不大。

5 結語

采用2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺合成的配體，再與金屬離子配位，合成出金屬配合物。考察了CoL在有BSA存在時對甲基苯基硫醚的催化活性的影響。實驗結果表明，最優的反應條件為：pH為8，氧化劑用量28.7 μL，催化劑用量37.31 μL，反應溫度0 ℃、底物濃度22.16 μmol/L，在最優反應條件下獲得了較高的轉化率（98%）和化學選擇性（100%），但對映體選擇性較差（6.3%）。

參考文獻：

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